Tutkimus porausnopeutta lisäävistä työkaluista

Tällä hetkellä porausnopeutta lisäävät työkalut jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: mekaanisiin ja hydraulisiin. Mekaaniset työkalut käyttävät terän painoa (WOB) iskuvoiman tuottamiseen, mikä parantaa tehokkaasti kivenmurskaustehokkuutta kovissa muodostumissa, mutta niihin liittyy ongelmia, kuten voimakas tärinä, korkea energiankulutus ja helppo väsymisvaurio. Hydrauliset työkalut käyttävät porausnestettä iskuvasaroiden käyttämiseen yhdistäen iskun, pyörimisen ja suihkun kivenmurskaimeen. Niillä on merkittäviä etuja tunkeutumisnopeuden (ROP) lisäämisessä, kaivon poikkeaman hallinnassa ja terän käyttöiän pidentämisessä, mutta niillä on yleensä ongelmia, kuten yksittäisten iskujen taajuus ja vaikeudet sopeutua eri muodostumien tarpeisiin.

Iskuporaustekniikka jaetaan pääasiassa kolmeen luokkaan vaikutustavan mukaan: vääntöiskutekniikka, aksiaalinen iskutekniikka ja aksiaali-vääntökomposiitti-iskutekniikka. Iskuporauksen ydin nopeuden lisäämiseksi on muuntaa kaasun tai nesteen paine-energia aksiaaliseksi tai vääntöiskumekaaniseksi energiaksi iskulaitteen avulla, joka kohdistetaan suoraan terän takaosaan, mikä parantaa terän leikkausolosuhteita ja lisää terän kivenmurtotehokkuutta.

Vääntöiskuporaustekniikka on viime vuosina nouseva porausnopeutta lisäävä tekniikka, jota on käytetty pääasiassa PDC-kruunujen aiheuttaman "tikkuluisto"-värähtelyn ratkaisemiseen. Käytössä vääntöiskulaite asennetaan terän takaosaan. Sisäisen rakenteensa ansiosta se voi muuntaa nesteen hydraulisen energian vääntöiskumekaaniseksi energiaksi. Terä rikkoo kiven poratangon tasaisen vääntömomentin ja iskulaitteen tuottaman iskumomentin yhteisvaikutuksesta.

Seuraavat esimerkit esittelevät kaksi innovatiivista työkalua

1. Porausnopeutta lisäävä työkalu säädettävällä iskutaajuudella

Taajuussäädettävässä hydraulisessa porausnopeutta lisäävässä työkalussa on ydiniskurakenne, joka koostuu laakereista, alemmasta akselirungosta, mäntäpareista, iskuvasarasta, kaasuläpän suuttimesta ja muista komponenteista.

Toimintaperiaate:Se hyödyntää iskuvasaran ylä- ja alakammioissa porausnesteen muodostamaa jaksoittaista paine-eroa ajaakseen iskuvasaran edestakaiseen liikkeeseen suurella nopeudella, mikä tuottaa aksiaalisen iskuvoiman, joka välittyy suoraan terään ja auttaa rikkomaan kiveä. Olennaista on, että tämä työkalu voi säätää iskutaajuutta muuttamalla symmetristen reikien määrää alemmassa akselirungossa, mikä mukautuu eri muodostelmien poraustarpeisiin.

Porausnopeutta lisäävän työkalun käyttö säädettävällä iskutaajuudella

Kenttäkoe keskikovalla muodostumalla: Numeerisen simulaation avulla valitun optimaalisen iskutaajuuden (16 Hz) perusteella tätä työkalua testattiin Xinjiangin öljykentän kaivossa X1. Muodostumassa, jossa on voimakas hankauskyky ja alhainen tunkeutumisnopeus (ROP), vertailu viereiseen kaivoon ruuviporatyökalulla osoitti, että tämän työkalun käytön jälkeen yksittäisen porausreiän materiaalimäärä kasvoi 53 % ja mekaaninen tunkeutumisnopeus 27,0 %, mikä vähensi tehokkaasti porauskertojen määrää ja säästi rakennusaikaa.

Kenttäkoe kovissa muodostumissa: Numeerisella simulaatiolla valitun optimaalisen iskutaajuuden (18 Hz) mukaisesti tätä työkalua testattiin Xinjiangin öljykentän kaivon X3 kivihiilikauden andesiitti- ja basalttimuodostumissa, joiden porattavuus oli heikko.

Johtopäätös: Tulokset osoittavat, että tämän työkalun käytön jälkeen mekaaninen ROP kasvaa merkittävästi 103,2 % viereisiin kaivoihin verrattuna, mikä tehokkaasti osoittaa, että se voi parantaa merkittävästi poraustehokkuutta ja lyhentää poraussykliä eri muodostelmissa.

2. Komposiittisen iskuporausnopeuden lisäämiseen tarkoitetun työkalun suunnittelu

Suunnitellaan hydraulinen vääntöiskumekanismi, jonka ydin koostuu kolmesta osasta: virtauksen jakomekanismista, peruutusmekanismista ja iskumekanismista.

Liikeprosessi: Aluksi (tila a) korkeapaineinen neste tulee hydraulivasaran vasempaan onteloon peruutusventtiilin sydämen vasemman virtauskanavan kautta, työntäen hydraulivasaran ja venttiilin sydämen pyörimään myötäpäivään yhdessä, kunnes hydraulivasara osuu hydraulivasaran istukkaan (tila b). Iskun jälkeen korkeapaineinen neste tulee sitten hydraulivasaran ja venttiilin sydämen muodostamaan oikeaan onteloon oikean ohjausvirtauskanavan kautta, työntäen venttiilin sydämen jatkamaan pyörimistä myötäpäivään peruutusasentoon (tila c), jolloin korkeapaineinen neste siirtyy oikeaan virtauskanavaan ja tulee hydraulivasaran oikeaan onteloon, työntäen hydraulivasaran ja venttiilin sydämen pyörimään vastapäivään (tila c). Kunnes hydraulivasara osuu uudelleen hydraulivasaran istukkaan (tila d), korkeapaineinen neste tulee vasempaan onteloon vasemman ohjausvirtauskanavan kautta, työntäen venttiilin sydämen pyörimään vastapäivään peruutusta varten ja palaamaan alkuperäiseen tilaan (tila a). Tämä syklii muodostaen korkeataajuisen edestakaisen vääntöiskun jatkuvan peruutuksen ja nesteen ohjaaman iskun kautta.

Toimintaperiaate:Kun neste (muta) on virtannut virtauksen jakoputkeen ylemmän liitoksen ja ohjausputken kautta, se jakautuu peruutusmekanismiin ja iskumekanismiin, ja nesteen kaksi reittiä erotetaan toisistaan ​​virtauksen jakolevyllä. Tämän jälkeen neste kulkee suuttimen läpi karan sisällä muodostaen korkea- ja matalapainevyöhykkeet sen eteen ja taakse. Peruutusventtiilin ydin pyörii paine-eron vaikutuksesta, ohjaten hydraulivasaran vasenta ja oikeaa onteloa vuorotellen yhdistymään korkea- ja matalapainevyöhykkeisiin, jolloin hydraulivasara liikkuu edestakaisin ja iskee hydraulivasaran istukkaan paine-eron vaikutuksesta muodostaen korkeataajuisen edestakaisen vääntöiskun.

1. Ylempi alipaineventtiili; 2. Ulkokotelo; 3. Ohjainputki; 4. Virtauksen jakoholkki; 5. Virtauksen jakolevy; 6. Pultti; 7. Ylempi tukirengas; 8. Hydraulisen vasaran istukka; 9. Hydraulinen vasara; 10. Peruutusventtiilin sisus; 11. Alempi tukirengas; 12. Kara; 13. Alempi alipaineventtiili;

Vääntöiskumekanismin rakenteen kaaviokuva

Vääntömomenttimekanismin liikeprosessi

Suunnitellaan eräänlainen aksiaalinen iskumekanismi. Hydrauliset aksiaaliset iskurit jaetaan pääasiassa kahteen tyyppiin: venttiilityyppisiin ja venttiilittömiin. Venttiilityyppisten iskurien sisäinen rakenne on monimutkainen ja niiden luotettavuus on heikko; venttiilittömiin tyyppeihin kuuluvat pääasiassa suihkutyyppiset ja suihkuimutyyppiset, joista suihkutyypillä on lyhyt käyttöikä. Suihkutusimuhydraulisella iskulaitteella on yksinkertainen rakenne, se toteuttaa iskun suihkun imun ja vesivasaran värähtelyvaikutuksen perusteella, siinä on vähän sisäisiä liikkuvia osia eikä lainkaan haavoittuvia osia, ja se soveltuu paremmin monimutkaisiin porausreiän olosuhteisiin.

1. Ylempi suuttimen istukka; 2. Ylempi suutin; 3. Ylempi venttiili; 4. Ylempi venttiilin holkki; 5. Toissijainen suutin; 6. Aksiaalinen ulkokotelo; 7. Tukiholkki; 8. Iskuvasara; 9. Vasaran pää; 10. Vasaran istukka; 11. Suojakorkki; 12. Kuusikulmainen nivel. Aksiaalisen iskumekanismin toimintaperiaate.

Alkuvirtauksen ja paine-eron muodostuminen: Korkeapaineinen neste muodostaa suurnopeuksisen suihkun ylemmän suuttimen läpi. Suihkun mukaansatempaavuuden ja kuristusvaikutuksen yhteisvaikutuksesta ylemmän venttiilin ylä- ja alakammioihin sekä iskuvasaran ulomman yläkammion ja vasaran pään alapään välille muodostuu paine-eroja.

Komponenttien ylöspäin suuntautuva liike ja virtauskanavan tiivistys: Paine-erojensa vaikutuksesta ylempi venttiili liikkuu ylöspäin, ja iskukomponentit (toissijainen suutin, iskuvasara ja vasaran pää) liikkuvat myös ylöspäin, kunnes toissijainen suutin koskettaa ylempää venttiiliä ja tiivistää virtauskanavan.

Vesivasaran syntyminen ja nivel alaspäin suuntautuva liike: Virtauskanavan välitön sulkeutuminen laukaisee vesivasaran värähtelyn, ja paine kammiossa nousee jyrkästi, mikä työntää ylemmän venttiilin ja iskukomponentit kiihtymään yhdessä alaspäin.

Inertiaisku ja palautumissykli: Kun ylempi venttiili on siirtynyt alempaan raja-asentoon, iskukomponentit jatkavat liikettään alaspäin inertian vaikutuksesta ja lopulta iskevät vasaran istukkaan aksiaalisen iskun loppuun saattamiseksi. Iskun jälkeen virtauskanava palautuu tasaiseksi ja mekanismi palautuu alkuasentoon painon vaikutuksesta (WOB), aloittaen seuraavan syklin.

Yhteystiedot:Jessie Zhou

Mobiili/WhatsApp:+0086-18109206861
Sähköposti:energy@landrilltools.com