Diskusija apie PDC grąžto veikimo optimizavimą, siekiant padidinti gręžimo greitį
Gręžimo inžinerijoje vienas iš pagrindinių būdų pagerinti gręžimo efektyvumą yra maksimaliai išnaudoti PDC (polikristalinio deimantinio kompozito) grąžtus. Šiame straipsnyje bus išsamiai išnagrinėti tiesioginiai veiksniai, turintys įtakos PDC grąžtų gręžimo greičio padidėjimui, ir analizuojamas ryšys tarp didelio gręžimo slėgio, didelio sukimosi greičio ir danties tankio, atsižvelgiant į gręžimo greitį ir PDC grąžtų susidėvėjimą, siekiant ištirti priešlaikinio PDC grąžtų gedimo ir jų susidėvėjimo mechanizmo priežastis.
Teoriniai tyrimai parodė, kad gręžimo slėgis (ty grąžto įsiskverbimo gylis) ir sukimosi greitis yra tiesioginiai veiksniai, turintys įtakos mechaniniam grąžto gręžimo greičiui, ir paprastai tarp šių dviejų ir mechaninio gręžimo greičio yra tiesinis ryšys. Tačiau tikrovėje tarp gręžimo slėgio ir mechaninio gręžimo greičio dažnai atsiranda netiesinės reakcijos. Lauko technikai dažnai tai sieja su grąžto gedimu arba formavimosi veiksniais, tačiau iš tikrųjų priežastis yra „nenormalūs“ veiksniai, atsirandantys gręžimo metu.
Šie veiksniai apima:
1. Veiksniai, kurie turi tiesioginės įtakos grąžto veikimui, yra ašinė, sukimo, šoninė grąžto vibracija (sūkurys, slydimas, slydimas, grąžto šokinėjimas ir kt.), prastas dugno valymas, pjovimo dantų ar grąžto purvas, formacijos nevienalytiškumas ir uolienų skaldymo metodo bei apšviesto formavimo neatitikimas.
ne
Field practice abroad shows that under high drilling pressure (>200 kN), PDC grąžtų gręžimo greitis žymiai pagerėja nepadidinant susidėvėjimo. Ši išvada prieštarauja „žemo gręžimo slėgio, didelio greičio“ PDC grąžto naudojimo principui, kurio jau seniai laikosi Kinijos gręžimo technikai. Išvada, kad „kuo didesnis gręžimo slėgis, tuo mažesnis grąžto susidėvėjimas“, buvo patikrinta atliekant vertikaliojo bokštelio tekinimo staklės pjovimo granito šlapio šlifavimo bandymą (VTL bandymą). Bandymų rezultatai rodo, kad esant vienodiems pjovimo parametrams, kuo didesnis PDC pjovimo dantų įsiskverbimo gylis (tai reiškia didesnį gręžimo slėgį), tuo mažesnis susidėvėjimo tūris, o tai įrodo išvados teisingumą.
1. Kai PDC grąžtas yra efektyvaus uolienų laužymo būsenoje, padidinus gręžimo slėgį, grąžto susidėvėjimas gali sumažėti.
2 "PDC grąžtas + didelis gręžimo slėgis" kartu su gręžimo gręžimo įrankiais (pvz., didelio sukimo momento varžtais ir kt.) gali efektyviai padidinti mechaninį gręžimo greitį ir sumažinti grąžto susidėvėjimą.
3. Kietose uolienose (pvz., granite) PDC grąžto mechaninis gręžimo greitis ir gręžimo slėgis vis dar išlaiko linijinį ryšį, o padidinus gręžimo slėgį galima veiksmingai sulėtinti grąžto susidėvėjimą.
4. Konkretus "PDC grąžtas + didelis gręžimo slėgis" įgyvendinimas ribojamas faktinėmis gręžimo sąlygomis, tačiau tai gali būti išspręsta naudojant pažangias gręžimo technologijas ir įrangą.
Ryšys tarp sukimosi greičio ir PDC pjaustytuvo nusidėvėjimo buvo tiriamas naudojant VTL testą (PDC cutter cut granite). Bandymo rezultatai parodė, kad didėjant linijiniam greičiui (sukimosi greičiui) didėja PDC pjaustytuvų dėvėjimosi tūris, o linijiniam greičiui viršijus tam tikrą ribą, pjaustytuvų susidėvėjimo tūris nebėra tiesiškai susijęs su važiavimo atstumu, o dėvėjimosi greitis gerokai padidėja. „National Oilwell Corporation“ tyrimai parodė, kad „didelio greičio ir mažo įjungimo{2}} sąlygomis pjaustytuvų temperatūra greitai pakils, todėl jos susidėvės ir suges per labai trumpą kelionės atstumą. Tačiau dabartinė PDC pjaustytuvų kokybė gali visiškai patenkinti ilgalaikio ir efektyvaus gręžimo poreikius daugumoje formacijų esant dideliam 400-500 aps./min. greičiui. Greitaeigiai elektriniai gręžimo įrankiai su PDC grąžtais taip pat tapo įprasta gręžimo užsienyje priemone. Dėl šios priežasties buvo pasiūlytas trijų -didelio greičio-technologijų sprendimas: „didelis gręžimo slėgis + didelis greitis + didelio dantų tankio PDC grąžtas“. Lauko bandymai parodė, kad šis sprendimas labai pagerino vienos kelionės gręžimo filmuotą medžiagą ir PDC grąžtų mechaninio gręžimo greitį.
Siekiant ištirti ryšį tarp grąžto dantų tankio (menčių skaičiaus, pjovimo danties dydžio) ir mechaninio įsiskverbimo greičio, buvo atliktas lauko bandymas Shengli naftos telkinio Luojia bloke. Rezultatai parodė, kad dažniausiai naudojamas φ19,0 mm sudėtinis keturių-menčių SK419-YS PDC grąžtas turėjo mažiausią mechaninį įsiskverbimo greitį, o φ19,0 mm sudėtinis penkių-menčių SK519-YS PDC grąžtas veikė geriau. Didžiausias mechaninis įsiskverbimo greitis buvo φ22,0 mm kompozitinio gabalo penkių ašmenų SK522-YS PDC grąžtas, kuriam pritaikyta didelio danties greito pjovimo greitis.
1. „Kelių ašmenų, didelių ašmenų“ grąžto privalumus galima visiškai realizuoti patobulinus gręžimo parametrus.
2. Kol užtikrinamas pakankamas gręžimo slėgis, sukimo momentas, siurblio slėgis ir poslinkis, kad būtų užtikrinta dinamiška „įsiurbimo, nupjovimo ir iškrovimo laiku“ pusiausvyra, net didelio{1}}dantų tankio PDC grąžtu su „keliais ašmenimis ir mažais dantimis“ galima pasiekti optimalų ir greitą didelio tankio grąžto gręžimą.
Remiantis VTL testavimo įrenginiu, buvo atlikti bandymai patalpose su φ6,0 mm nano polikristalinio deimantinio bloko (NPD) cilindrais. Rezultatai parodė, kad NPD greitai sulūžo po kontakto su granitu, o lūžis buvo gana sklandus. Palyginti su PDC pjaustytuvais, nors NPD kietumas yra aukštas (NPD kietumas yra 130{6}}140 GPa, o PDC pjaustytuvų kietumas tik 50–70 GPa), NPD atsparumas smūgiams yra silpnas ir vis tiek sunku tenkinti aukštesnius gręžimo ir uolienų ardymo reikalavimus. Todėl uolienų ardymo medžiagos, skirtos naftos ir dujų gręžimui, negali aklai siekti itin didelio kietumo, bet turėtų siekti geriausios kietumo ir kietumo pusiausvyros, o techninis medžiagos stiprumo ir kietumo integravimo lygis turi būti nuolat tobulinamas.
Kobalto šalinimo įtaka PDC pjaustytuvų atsparumui dilimui ir smūgiams tirta naudojant VTL testus. Rezultatai rodo, kad PDC pjaustytuvų atsparumas dilimui ir terminis stabilumas po dekobaltavimo efektyviai pagerėja, tačiau dekobaluotų PDC pjaustytuvų atsparumas smūgiams yra gana menkas. Greitas PDC pjaustytuvų susidėvėjimas priklauso nuo dviejų sąlygų: viena yra ta, kad pjaustytuvai turi didelius šlifavimo kraštus, o šlifavimo kraštai pateko į ne-dekobaluotą sritį; kita – pakanka šilumos, susidarančios dėl trinties tarp šlifavimo briaunų ir uolos. Pradiniame PDC pjaustytuvų įvedimo į gręžinį etape rekomenduojama naudoti gręžimo parametrų pagerinimą (didinant gręžimo slėgį, didinant poslinkį ir kt.), kad būtų sutrumpintas važiavimo atstumas, reikalingas tokiai pačiai filmuotai medžiagai gauti, ir laiku iškrauti nuopjovas ir trinties šilumą, taip sulėtinant pjaustytuvų susidėvėjimą.
Apibendrinant galime padaryti tokias išvadas:
1. Didinant gręžimo slėgį galima padidinti gręžimo greitį.
2. Gręžimo parametrų pagerinimas tinka kietųjų uolienų greičiui padidinti.
3.Padidinus sukimosi greitį, padidės mechaninis grąžto gręžimo greitis.
4.Dantų tankis (ašmenų skaičius, pjaustytuvo dydis, tarpas tarp dantų ir kt.) yra vienas iš veiksnių, turinčių įtakos mechaniniam PDC grąžtų gręžimo greičiui, tačiau tai nėra tiesioginis veiksnys.
5. Šiuo metu PDC pjaustytuvų atsparumas dilimui yra pakankamai geras, kad būtų užtikrintas ilgalaikis-grąžtų gręžimas vienalytėse kietose uolienose, tokiose kaip smiltainis ir granitas.
6. Gręžiant bendruose dariniuose, PDC frezų nereikia dekobaltuoti arba reikia tik vidutinio dekobaltavimo. Labai abrazyviems dariniams rekomenduojama naudoti PDC pjaustytuvus, pasižyminčius geru terminiu stabilumu ir dideliu atsparumu dilimui bei giliu dekobaltavimu.
