Porareiän avaintyökalut: Täydellinen opas rullakartioterien ja timanttiterien luokitteluun ja käyttöön

Öljynporaustoiminnassa poranterä on tärkein työkalu kiven rikkomiseen, ja sen suorituskyky vaikuttaa suoraan poraustehokkuuteen ja kustannuksiin. Monimutkaisissa ja vaihtelevissa muodostumaolosuhteissa valssikartioterien ja timanttiterien oikeanlainen valinta on tullut porausinsinöörien keskeiseksi tehtäväksi.

01 Rullakartioterät: Monipuoliset työkalut, jotka mukautuvat muodostelmiin

Rullakartioteristä on niiden käyttöönotosta vuonna 1909 lähtien tullut yleisimmin käytetty terätyyppi pyörivässä porauksessa. Niiden ainutlaatuinen monikartiorakenne mahdollistaa niiden sopeutumisen erilaisiin muodostusolosuhteisiin pehmeistä erittäin koviin.

Rakenne ja ydinteknologia

Rullakartioterä koostuu viidestä pääkomponentista:

· Terän runko: Kolme yhteen hitsattua kartiomainen jalkaa, joiden yläosassa on liitoskierre.

· Kartiot: Kartiomaiset metallirungot, joiden pinnalla on jyrsityt hampaat tai volframikarbiditerät (TCI).

· Laakerijärjestelmä: Sisältää neljä laakerisarjaa: suuri, keskikokoinen, pieni ja työntölaakeri.

· Suuttimet: Tyypillisesti 3,4 suutinta, joiden halkaisija on 7,14 mm.

· Voitelu- ja tiivistysjärjestelmä: Kumi- tai metallitiivisteet yhdistettynä paineentasauslaitteeseen.

Laakeritiivisteiden teknologia on merkittävä läpimurto rullakartioterissä. Nykyaikaisissa terissä käytetään painekompensoitua voitelujärjestelmää, joka ylläpitää dynaamista tasapainoa laakeripesän voiteluaineen paineen ja porausnesteen patruunan paineen välillä paineensiirtokanavan, paineenkompensointikalvon ja voiteluainekupin avulla.

Luokittelujärjestelmä ja IADC-koodi

Kansainvälinen porausurakoitsijoiden yhdistys (IADC) on laatinut maailmanlaajuisen standardin rullakartioterien luokittelulle käyttäen kolminumeroista koodijärjestelmää:

· Ensimmäinen numero: Hampaan tyyppi ja soveltuva muodostuma

· 1: Jyrsitty hammas, pehmeä muodostus

· 2: Jyrsitty hammas, keskikova tai keskikova muodostus

· 3: Jyrsitty hammas, kova, hiova muodostus

· 5: TCI, pehmeästä keskikovaan muodostumiseen

· 6: TCI, keskikova muodostuma

· 7: TCI, kova, hiova muodostuma

· 8: TCI, erittäin kova, erittäin kuluttava muodostuma

· Toinen numero: Pohjamaan kovuusmuodostuma (1,4, suurempi luku osoittaa kovempaa muodostumaa)

· Kolmas numero: Bitin rakenteelliset ominaisuudet

· 4: Tiivistetty vierintälaakeri

· 6: Tiivistetty liukulaakeri

· 7: Tiivistetty liukulaakeri + mittarin suojaus TCI:llä

· 8: Suuntakaivojen aloituspora

Yksinkertaistettu IADC-luokittelujärjestelmä rullakartioterille

Kivenmurtomekanismi ja liikeominaisuudet

Kun rullakartioterä toimii, se osoittaa kolmea yhdistelmäliikettä:

· Kierto: Kartiot pyörivät myötäpäivään terän rungon mukana.

· Rotaatio: Hampaat pyörivät vastapäivään kartion akselin ympäri.

· Liukuva: Sisältää säteittäisen ja tangentiaalisen liukumisen.

Tämä yhdistetty liike tuottaa kaksinkertaisen kivenmurtovaikutuksen:

1. Iskumurskaus: Yksittäisten ja kaksoishampaiden vuorotteleva kosketus aiheuttaa pystysuoraa värähtelyä, joka synnyttää iskukuormituksen.

2. Leikkaus: Saavutetaan ulkoneman, siirtymän ja monikartiogeometrian avulla, mikä mahdollistaa kiven leikkauksen.

Bitin valintastrategia ja muodostelman yhteensovitus

Perusperiaatteet rullakartioteräksien valinnalle kallio-ominaisuuksien mukaan:

· Pehmeät muodot: Valitse terät, joissa on offset-, uloke- ja monikartiorakenne; varustettu korkeilla, leveillä ja harvavälisillä jyrsityillä hampailla tai TCI:llä.

· Keskikovat muodostelmat: Pienennä offset-, ulkonema- ja monikartioarvoja; käytä lyhyitä, kapeita ja lähellä toisiaan olevia hampaita.

· Kovat ja kuluttavat muodostelmat: Käytä yksikartiogeometriaa, ei ulkonemaa, ei siirtymää; varusta pallomaisella tai kartiomaisella-pallomaisella TCI:llä.

· Vinoille rei'ille alttiit muodostelmat: Valitse lyhythampaisia ​​​​teriä, joissa on vähän tai ei lainkaan siirtymää ja ilman mittaussuojaa, ja valitse hieman pehmeämpi kuin todellinen muodostelma.

· Lomitetut pehmeä-kovat muodostumat: Valitse terä kovemman kiven perusteella ja säädä porausparametreja dynaamisesti.

Erikoisolosuhteiden vastaukset:

· Kapeat reiät (<177 mm): Käytä yksikartioisia poranteriä, joissa on suuremmat kartiot, hampaat ja laakerit suuremman lujuuden saavuttamiseksi.

· Suuntaporaus: Valitse terät, joiden IADC:n kolmas numero on 8 (erikoislähtöterät).

02 Timanttiporat: Paras työkalu kovien muodostelmien työstämiseen

Timantilla on korkein luonnollinen kovuus (Mohsin kovuus 10, puristuslujuus jopa 8800 MPa, kulutuskestävyys 9000 kertaa teräksen). Timanttiterät hyödyntävät tätä ominaisuutta ja niistä tulee lopullinen ase kovien muodostumien työstämiseen.

Luokittelu ja teknologinen kehitys

Nykyaikaiset timanttiterät jaetaan pääasiassa kolmeen tyyppiin:

1. Pintakarkaistut timanttiterät

· Kruunun pinnalla näkyvissä timanttihiukkasia.

· Sopii keskikoville ja koville muodostelmille.

· Timanttien kokoluokitus:

· Pehmeät muodostelmat: 2 kiveä/karaatti (halkaisija noin 4 mm)

· Keskikovat muodostumat: 3–4 kiveä/karaatti (noin 3,6 mm)

· Kovat muodostumat: 10–15 kiveä/karaatti (noin 2,0 mm)

2. Kyllästetyt timanttiterät

· Matriisiin upotetut timantit (60–400 kiveä/karaatti).

· Sopii erittäin koville ja kuluttaville muodostumille (chert, silikaattipitoinen dolomiitti jne.).

· Itseteroittuminen matriisin kulumisen ansiosta.

3. PDC-kruunuja (polykiteisiä timanttihöyliä)

· General Electric esitteli sen ensimmäisen kerran vuonna 1973.

· Leikkurin rakenne: timanttikerros + volframikarbidisubstraatti.

· Sovellettavat muodostelmat: pehmeät ja keskikovat homogeeniset muodostelmat.

Rakenne ja keskeiset suunnitteluparametrit

Timanttiterissä on kiinteä runko ilman liikkuvia osia, ja se koostuu pääasiassa:

· Teräsrunko: Keskihiiliterästä, kierteitetty pää.

· Matriisi: Volframikarbidijauhe + kuparipohjainen sideaine, kovuus HRC 30–45.

· Leikkauselementit: Luonnon-/synteettiset timantit tai PDC-leikkurit.

· Hydraulinen suunnittelu: Suuttimet, vesiväylät (säteittäiset, spiraalimaiset jne.).

Keskeiset suunnitteluparametrit:

· Timanttipitoisuus: Säädä muodostuman kuluttavuuden mukaan – korkeampi pitoisuus kuluttavampia muodostumia varten.

· Valotuskorkeus:

· Pehmeät muodostelmat: 1/3 timantin halkaisijasta

· Kovat muodostumat: 1/6–1/10 timantin halkaisijasta

· Kruunun muoto: Litteä (homogeeniset muodostumat), pyöreä (kovat muodostumat), sahalaitainen (kuluvat muodostumat).

Kivenmurtumismekanismi ja muodostumisvaste

Timanttiterien kivenmurtumistapa muuttuu muodostuman ominaisuuksien mukaan:

· Plastiset muodostumat (lietekivi, kipsi jne.) – Samanlainen kuin "kyntö"prosessi; timantit tunkeutuvat kiveen ja aiheuttavat sen plastisen virtauksen.

· Hauraat muodostumat (kvartsihiekkakivi jne.) – Tuottaa tilavuudeltaan murskauskuoppia; leikkuujätteen koko on 2–4 kertaa timanttialttiuteen verrattuna, erittäin tehokas.

· Kovat kivet (chertti, piipitoinen kivi) – Käytä kyllästettyjä paloja; rikkominen tapahtuu mikroleikkaamalla ja raapimalla, samalla tavalla kuin laikalla hiottaessa.

PDC-bittien edut ja rajoitukset

Timanttiteräperheen vallankumouksellisena tuotteena PDC-terillä on ainutlaatuisia etuja:

Rakenteelliset ominaisuudet:

· Teräsrunkoinen PDC-kruunu: Yhdestä kappaleesta valmistettu keskihiiliteräs, pintakarkaistu.

· Matriisirunkoinen PDC-terä: Ylempi teräsrunko + alempi volframikarbidimatriisi – parempi suorituskyky.

Profiilin suunnittelu:

· Parabolinen: Pehmeät muodostelmat, korkea kuvapinta-ala, korkea ROP.

· Pyöreä: Sopii pyöröpöytäporaukseen, auttaa tunkeutumaan koviin välikerroksiin.

· Kartiomainen: Nopea poraus, hyvä tunkeutumiskyky.

Rajoitukset:

· Ei sovellu sorakerroksille tai pehmeiden ja kovien kerrosten välisille muodostumille.

· Lämpötilarajoitus (yli 350 °C:ssa kuluminen kiihtyy; 700 °C:ssa lujuus pettää).

· Alhaisempi iskunkestävyys; uudet jyrsimet ovat alttiita reunojen lohkeilulle.

Timanttiterän sovellettavuuden vertailu muodostuman mukaan

03 Tieteellinen valintaopas: Muodostelman ja operatiivisten tarpeiden yhteensovittaminen

Kultaiset säännöt rullakartioterän valintaan

1. Muodostumisen kovuuden sovitus

· Pehmeät muodot: valitse terät, joissa on suuri offset, ulkonema, monikartio ja kiila- tai kauhamaiset hampaat.

· Kovat muodostelmat: käytä yksikartioista, ei offsettiä ja pallomaisia ​​tai kartiomaisia-pallomaisia ​​hampaita.

2. Hankaavuuden käsittely

· Hiomapinnoille valitse TCI-kärjet, joissa on suojaus.

· Jos ulomman rivin hampaat ovat pyöristyneet ja sisähampaissa on vain vähän kulumaa, lisää seuraavan terän suojauskerrointa.

3. Erityisehtojen vasteet

· Vinoille rei'ille alttiit muodostelmat: valitse lyhythampaiset terät, joissa on vähän tai ei lainkaan siirtymää; valitse hieman pehmeämpi terä kuin todellinen muodostelma.

· Pehmeä-kovat välikerrokset: valitse bitti kovemman kiven perusteella, säädä parametreja dynaamisesti.

· Syvät poikkileikkaukset: valitse bittejä, joilla on paljon kokonaismateriaalia, kompensoidaksesi laukaisuaikahäviötä.

Timanttiterän valintastrategia

1. Milloin PDC-bittejä käytetään

· Paras käyttökohde: pitkät, homogeeniset, pehmeät ja keskikovat muodostumat (liuskekivi, savikivi, kipsi jne.).

· Kielletyt käyttökohteet: sorakerrokset, chert-välikerrokset, pehmeä-kovat välikerrostumat.

· Parametriasetus: pieni WOB (30–60 kN), suuri kierrosluku (100–300 rpm), suuri virtausnopeus

2. Milloin käyttää luonnon-/synteettisiä timanttiteriä

· Kovista erittäin koviin muodostumiin (graniitti, kvartsihiekkakivi jne.).

· Erittäin kuluttavat muodostumat (chertti, piipitoinen dolomiitti).

· Turbiiniporaus, syvät ja ultrasyvät kaivot, ytimenottotoiminnot.

3. Ydinporausterien erityisvaatimukset

· Rullakartioporauskruunut: nelikartioinen (kartiomainen/lieriömäinen) tai kuusikartioinen (täysputkinen) rakenne.

· Timanttiporauskruunujen on oltava symmetrisesti järjestettyjä ja kulumiskestävyyden on oltava tasainen.

· Keskeinen indikaattori: sisäreikä on samankeskinen ulkohalkaisijan kanssa elliptisen ytimen välttämiseksi.

Porakaivon poikkeavuuksien diagnosointi ja käsittely

Rullakartioterän käyttöolosuhteiden tunnistaminen:

· Laakerin vikaantuminen: Pyöröpöydän syklinen pomppiminen, pahenee korkealla WOB-arvolla, ROP laskee, mutta pumpun paine normaali.

· Kadonnut kartio: Voimakas vääntömomentin vaihtelu, painoindikaattori heilahtelee villisti, kielen pituus muuttuu nostettaessa.

· Hampaat kuluneet litteiksi: Pyöröpöydän kuormitus pienenee, ei pomppimista, ROP:n jyrkkä lasku.

Timanttiterien käyttökiellot:

· Pohjareiän on oltava puhdas ennen sisään työntämistä; varmista, ettei siinä ole metalliromua.

· Aloita poraus kevyellä WOB-aallolla ja alhaisella kierrosluvulla "sisäänajoa" varten (0,5 m pohjareiän profilointi).

· Vältä avartamista; käytä tarvittaessa kevyttä akseliväliä, alhaista kierroslukua ja tasaista toimintaa.

04 Huippuluokan trendit ja kenttäharjoittelun pointit

Teknologisen innovaation suunnat

Korkeapainesuihkuporaustekniikka:

· Käyttää erittäin korkeapaineisia suihkuja (150–200 MPa) kivenmurskan apuna.

· Porakaivon tehostimet ovat tutkimus- ja kehitystyön kohteena; testit osoittavat, että ROP voi kasvaa 3–5-kertaiseksi.

· Teknisiin haasteisiin kuuluvat erittäin korkeapaineinen tiivistys ja siirto.

Älykkäät bittijärjestelmät:

· Upotetut anturit valvovat terän kuntoa reaaliajassa.

· Leikkausparametrien mukautuva säätö vastaamaan muodostelman muutoksia.

· Laaja data-analyysi terän valinnan optimoimiseksi ja käyttöiän ennustamiseksi.

Kultaiset säännöt kentällä

1. Päätös siitä, milloin vedetään ulos reiästä

· Jatkuva ROP-lasku (homogeenisissa muodostelmissa).

· Äkillinen ROP-lasku tehottomilla korjaavilla toimenpiteillä (muodostelman muutos).

· Jyrkkä vääntömomentin kasvu, johon liittyy ROP-lasku (terän vaurioituminen).

· Äkillinen pumpun paineen lasku (irronnut suutin tai huuhtoutunut porauslanka).

2. Toimenpiteet terän käyttöiän pidentämiseksi

· Käytä uutta terää kevyellä WOB-liikkeellä ja alhaisella kierrosluvulla sisäänajoa varten.

· Käytä teränsuojusta (pomppimisenestolaitetta).

· Säännölliset lyhyet matkat pohjareiän roskien poistamiseksi.

· Vältä liiallista pyörittämistä pohjalla.

3. Taloudellinen analyysi

· Laske hinta metriä kohden = (terän hinta + porausajan hinta) / jalkapinta-ala.

· Vaikka PDC-kruunujen yksikköhinta on korkeampi, sopivissa muodostelmissa yksi PDC-kruunu voi porata 3–5 kertaa suuremman materiaalin kuin rullakartioterä.

· Syvissä osissa priorisoi bittejä, joilla on paljon kokonaismateriaalia, kompensoidaksesi laukaisuaikahäviöitä.

Teränvalinta on tarkkaa teknologiaa, joka yhdistää tieteellisen teorian ja kenttäkokemuksen. Rullakartioterät ovat edelleen yleisin terätyyppi laajan mukautuvuusalueensa ansiosta. Timanttiterät, erityisesti PDC-terät, osoittavat vertaansa vailla olevaa tehokkuutta tietyissä muodostelmissa.

IADC-luokittelujärjestelmän hallinta, eri kappaleiden kivenmurtomekanismien ymmärtäminen sekä litologian, porausreiän kokoonpanon ja toiminnallisten vaatimusten kattava arviointi takaavat täydellisen yhteensopivuuden kappaleen ja muodostuman välillä. Porakaivoantureiden, big data -analytiikan ja tekoälyn avulla kappaleiden valinta siirtyy kokemuspohjaisista päätöksistä älykkääseen tarkkuussovitukseen, mikä jatkuvasti edistää poraustehokkuuden mullistavia parannuksia.

Yhteyshenkilö: Jessie Zhou

Matkapuhelin/WhatsApp: +0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com