Recerca sobre eines que augmenten la velocitat de perforació

Actualment, les eines que augmenten la velocitat de perforació es divideixen principalment en dues categories: tipus mecànic i tipus hidràulic. Les eines mecàniques utilitzen el pes sobre la broca (WOB) per generar força d'impacte, cosa que millora eficaçment l'eficiència de trencament de roca en formacions dures, però hi ha problemes com ara fortes vibracions, alt consum d'energia i danys per fatiga fàcils. Les eines hidràuliques utilitzen fluid de perforació per impulsar martells d'impacte, combinant impacte, rotació i jet per trencar roca. Tenen avantatges significatius en augmentar la taxa de penetració (ROP), controlar la desviació del pou i allargar la vida útil de la broca, però generalment tenen problemes com ara la freqüència d'impacte únic i la dificultat per adaptar-se a les necessitats de diferents formacions.

La tecnologia de perforació per impacte es divideix principalment en tres categories segons el mode d'acció: tecnologia d'impacte torsional, tecnologia d'impacte axial i tecnologia d'impacte compost axial-torsional. L'essència de la perforació per impacte per augmentar la velocitat és convertir l'energia de pressió del gas o líquid en energia mecànica d'impacte axial o torsional mitjançant un impactador, que s'aplica directament a l'extrem posterior de la broca, millorant la condició de tall de la broca i augmentant l'eficiència de trencament de roca de la broca.

La tecnologia de perforació per impacte torsional és una tecnologia emergent que ha augmentat la velocitat de perforació en els darrers anys, principalment utilitzada per resoldre la vibració de "stick-slip" generada per les broques PDC. Quan està en ús, l'impactador torsional s'instal·la a l'extrem posterior de la broca. Gràcies al seu disseny d'estructura interna, pot convertir l'energia hidràulica del fluid en energia mecànica d'impacte torsional. La broca trenca la roca sota l'acció combinada del parell motor en estat estacionari de la cadena de perforació i el parell motor d'impacte generat per l'impactador.

Els exemples següents presenten dues eines innovadores

1. Eina que augmenta la velocitat de perforació amb freqüència d'impacte ajustable

L'eina d'augment de velocitat de perforació hidràulica amb freqüència ajustable té una estructura d'impacte central composta per coixinets, cos d'eix inferior, parells de pistons, martell d'impacte, broquet d'acceleració i altres components.

Principi de funcionament:Utilitza la diferència de pressió periòdica formada pel fluid de perforació a les cambres superior i inferior del martell d'impacte per impulsar el martell d'impacte perquè es mogui alternativament a alta velocitat, generant una força d'impacte axial que es transmet directament a la broca per ajudar a trencar la roca. La clau és que aquesta eina pot ajustar la freqüència d'impacte canviant el nombre de forats simètrics al cos inferior de l'eix, adaptant-se així a les necessitats de perforació de diferents formacions.

Aplicació de l'eina d'augment de la velocitat de perforació amb freqüència d'impacte ajustable

Prova de camp en formació de dura mitjana: Basant-se en la freqüència d'impacte òptima (16 Hz) seleccionada mitjançant simulació numèrica, aquesta eina es va provar al pou X1 del camp petrolier de Xinjiang. A la secció de formació amb forta abrasivitat i baixa taxa de penetració (ROP), la comparació amb el pou adjacent utilitzant una eina de perforació de cargol mostra que després d'utilitzar aquesta eina, el metratge d'una sola passada va augmentar un 53%, la ROP mecànica va augmentar un 27,0%, reduint eficaçment el nombre de viatges i estalviant el període de construcció.

Prova de camp en formacions dures: D'acord amb la freqüència d'impacte òptima (18 Hz) seleccionada mitjançant simulació numèrica, aquesta eina es va provar en les formacions carboníferes d'andesita i basalt amb poca perforabilitat al pou X3 del camp petrolier de Xinjiang.

Conclusió: Els resultats mostren que després d'utilitzar aquesta eina, la ROP mecànica augmenta significativament en un 103,2% en comparació amb els pous adjacents, la qual cosa demostra eficaçment que pot millorar significativament l'eficiència de perforació i escurçar el cicle de perforació en diferents formacions.

2. Disseny d'una eina de perforació d'impacte composta que augmenta la velocitat

Es dissenya un mecanisme d'impacte torsional hidràulic, el nucli del qual consta de tres parts: un mecanisme de distribució de flux, un mecanisme d'inversió i un mecanisme d'impacte.

Procés de moviment: Inicialment (estat a), el fluid d'alta pressió entra a la cavitat esquerra del martell hidràulic a través del canal de flux esquerre del nucli de la vàlvula d'inversió, empenyent el martell hidràulic i el nucli de la vàlvula a girar junts en sentit horari fins que el martell hidràulic impacta el seient del martell hidràulic (estat b). Després de l'impacte, el fluid d'alta pressió entra a la cavitat dreta formada pel martell hidràulic i el nucli de la vàlvula a través del canal de flux de control dret, empenyent el nucli de la vàlvula a continuar girant en sentit horari fins a la posició d'inversió (estat c), de manera que el fluid d'alta pressió canvia al canal de flux dret i entra a la cavitat dreta del martell hidràulic, impulsant el martell hidràulic i el nucli de la vàlvula a girar en sentit antihorari (estat c). Fins que el martell hidràulic torna a impactar el seient del martell hidràulic (estat d), el fluid d'alta pressió entra a la cavitat esquerra a través del canal de flux de control esquerre, empenyent el nucli de la vàlvula a girar en sentit antihorari per invertir i tornar a l'estat inicial (estat a). Això cicla, formant un impacte torsional alternatiu d'alta freqüència a través de la inversió contínua i l'impacte impulsat pel fluid.

Principi de funcionament:Després que el fluid (fang) flueixi cap al màniga de distribució de flux a través de la junta superior i el tub guia, es distribueix al mecanisme d'inversió i al mecanisme d'impacte, i els dos camins de fluid queden separats per la placa de distribució de flux. Posteriorment, el fluid passa a través de la broqueta dins del mandril, formant zones d'alta i baixa pressió abans i després. El nucli de la vàlvula d'inversió gira sota l'accionament de la diferència de pressió, controlant les cavitats esquerra i dreta del martell hidràulic per connectar-se alternativament a les zones d'alta i baixa pressió, fent que el martell hidràulic es mogui alternativament per impactar el seient del martell hidràulic sota l'acció de la diferència de pressió, formant així un impacte torsional alternatiu d'alta freqüència.

1-Subtactor superior; 2-Carcassa exterior; 3-Tub guia; 4-Maniga de distribució de flux; 5-Placa de distribució de flux; 6-Cargó; 7-Anell de suport superior; 8-Seient del martell hidràulic; 9-Martell hidràulic; 10-Nucli de la vàlvula d'inversió; 11-Anell de suport inferior; 12-Mandril; 13-Subtactor inferior;

Diagrama esquemàtic de l'estructura del mecanisme d'impacte torsional

Procés de moviment del mecanisme d'impacte torsional

Es dissenya un tipus de mecanisme d'impacte axial. Els impactadors axials hidràulics es divideixen principalment en dos tipus: tipus vàlvula i tipus sense vàlvula. L'estructura interna dels impactadors tipus vàlvula és complexa i la seva fiabilitat és deficient; el tipus sense vàlvula inclou principalment el tipus de raig i el tipus de succió per raig, entre els quals el tipus de raig té una vida útil curta. L'impactador hidràulic de succió per raig té una estructura senzilla, realitza l'impacte basant-se en l'arrossegament del raig i l'efecte d'oscil·lació del cop d'ariet, té poques parts mòbils internes i cap part vulnerable, i es pot adaptar millor a condicions complexes de fons de pou.

1-Seient de la boquilla superior; 2-Boquilla superior; 3-Vàlvula superior; 4-Maniga de la vàlvula superior; 5-Boquilla secundària; 6-Carcassa exterior axial; 7-Maniga de suport; 8-Martell d'impacte; 9-Capçal del martell; 10-Seient del martell; 11-Tapa de protecció; 12-Junta hexagonal. Principi de funcionament del mecanisme d'impacte axial.

Formació del flux inicial i la diferència de pressió: El fluid d'alta pressió forma un raig d'alta velocitat a través de la boquilla superior. Sota l'acció combinada de l'arrossegament del raig i l'efecte d'estrangulació, es formen diferències de pressió a les cambres superior i inferior de la vàlvula superior, així com entre la cambra superior exterior del martell d'impacte i l'extrem inferior del cap del martell.

Moviment ascendent dels components i segellat del canal de flux: Impulsada per les seves respectives diferències de pressió, la vàlvula superior es mou cap amunt, i els components d'impacte (broquet secundari, martell d'impacte i cap de martell) també es mouen cap amunt fins que el broquet secundari entra en contacte amb la vàlvula superior i segella el canal de flux.

Generació de cops d'ariet i moviment articular cap avall: el tancament instantani del canal de flux desencadena l'oscil·lació del cop d'ariet i la pressió a la cambra augmenta bruscament, empenyent la vàlvula superior i els components d'impacte a accelerar cap avall junts.

Impacte inercial i recuperació del cicle: Després que la vàlvula superior es mogui a la posició límit inferior, els components d'impacte continuen movent-se cap avall per inèrcia i finalment colpegen el seient del martell per completar l'impacte axial. Després de l'impacte, el canal de flux torna a ser suau i el mecanisme es reinicia sota l'acció del pes sobre la broca (WOB), iniciant el següent cicle.

Contacte:Jessie Zhou

Mòbil/Whatsapp:+0086-18109206861
Correu electrònic:energy@landrilltools.com