Zlepší vyšší tlak vždy rychlost vrtání?

Tlak vrtání, jako axiální síla působící na vrták, je nezbytnou podmínkou pro rozbití horniny na dně vrtu-poskytuje hnací sílu pro řezné zuby vrtáku, aby pronikly do horniny a odstřihly ji, což přímo určuje způsob a účinek rozbití horniny. Když je tlak řízen ve vědeckém rozsahu, je zřejmý jeho podpůrný účinek na rychlost vrtání, což se projevuje hlavně ve třech fázích lámání hornin:

Za prvé, fáze drcení povrchu: Když je tlak menší než tlaková tvrdost horniny, řezné zuby se nemohou zařezat do horniny a mohou pouze rozbít povrch horniny třením, což má za následek nízkou rychlost vrtání, ale úměrný nárůst tlaku. Za druhé, fáze únavového drcení: Když se tlak blíží tvrdosti horniny, povrch horniny vytvoří velké množství trhlin opakovaným působením řezných zubů, čímž dojde k objemovému lomu horniny. Za třetí, fáze objemového drcení: Když tlak překročí tvrdost horniny, řezné zuby se mohou přímo zařezat do horniny a vytvořit tak účinné objemové drcení, což je ideální stav normálního vrtání. V této fázi může sladění tlaku s vysoce-výkonnými vrtáky maximalizovat efektivitu-např. Baker HughesPDC vrtákymají zvýšenou odolnost frézy a při použití s ​​vhodným tlakem mohou výrazně zlepšit ROP v tvrdých a abrazivních útvarech.

Kromě toho technologie asistovaného vrtání-vysokotlakým paprskem{1}}další ověřuje pozitivní roli přiměřeného tlaku: pomocí vysokotlakých čerpadel, která generují vysokorychlostní proudy vrtné kapaliny, trysky vyřezávají štěrbiny ve skále, což pomáhá vrtacímu vrtáku snadněji řezat skálu, což může zvýšit rychlost vrtání v 10 řízených vrtech na 2 až 004krát vyšší, než je 2004krát vyšší rychlost vrtání. 15 000 psi. To ukazuje, že za předpokladu shody zařízení a podmínek formování je vhodný tlak skutečně účinným prostředkem ke zlepšení rychlosti vrtání.

Když tlak překročí rozumný rozsah, pozitivní korelace mezi tlakem a rychlostí vrtání se přeruší a dojde k řadě problémů, které nakonec sníží efektivitu vrtání a zvýší náklady. Konkrétní projevy jsou následující:

1. Zrychlené opotřebení vrtáku a zkrácená životnost

Ložiska vrtáku, řezné zuby a další součásti budou pod nadměrným tlakem více zatěžovány, zrychlují se opotřebení, otupují nebo dokonce poškozují-a rychlost opotřebení řezných zubů se s rostoucím tlakem výrazně zvyšuje, a dokonce má tendenci být nekonečná, když tlak dosáhne mezní hodnoty. Například při použití trikónických vrtáků k vrtání abrazivních útvarů způsobí nadměrný tlak rychlé opotřebení břitových destiček z karbidu wolframu, což způsobí, že vrták předem ztratí schopnost lámat horninu-, což vyžaduje časté zakopávání při výměně vrtáku, což nejen prodlužuje-produktivní čas, ale také zvyšuje náklady na vrtání. Naopak, výběr vhodných vrtáků a přizpůsobení přiměřeného tlaku může minimalizovat opotřebení řezných zubů a prodloužit životnost vrtáku.

2. Stagnace nebo pokles rychlosti vrtání

Podle křivky vztahu mezi tlakem vrtání a rychlostí vrtání, když se tlak zvýší na určitou hodnotu, rychlost růstu rychlosti vrtání se výrazně zpomalí, a dokonce se zastaví růst nebo pokles. Důvodem je, že nadměrný tlak způsobí přetížení vrtáku, což má za následek nestabilní provoz vrtacího nástroje-, jako je přeskakování vrtáku ve zlomených útvarech, což nejenže nezlepší rychlost vrtání, ale také způsobí vylamování nebo zlomení řezných zubů, což dále snižuje efektivitu vrtání. Navíc u soudržných měkkých hornin nadměrný tlak pravděpodobně způsobí ucpání vodou a kuličkování vrtáku, což způsobí, že vrták nebude schopen účinně rozbít horninu a rychlost vrtání prudce klesne.

3. Zvýšená rizika vrtů a selhání zařízení

Nadměrný tlak zvýší zatížení vrtné kolony, vrtné soupravy a hydraulického systému, což snadno povede k poruchám zařízení, jako je deformace vrtné kolony, prasknutí a poškození čerpadla. Pokud při vrtání s pomocí vysokotlakého-proudu- překročí tlak únosnost stočeného potrubí a motoru vrtného otvoru, způsobí netěsnost ve spoji vrtné trubky nebo poškození těsnění motoru, což má za následek nehody při vrtání. Nadměrný tlak zároveň zvýší diferenciální tlak ve spodním otvoru, což vede k efektu zadržování tlaku-Skalní úlomky se obtížně opouštějí spodním otvorem, což má za následek opakované drcení, což nejen snižuje rychlost vrtání, ale také může vyvolat kolaps vrtu a další rizika.

Aby se zabránilo kontraproduktivnímu efektu nadměrného tlaku a plně sehrála roli tlaku při zlepšování rychlosti vrtání, je nutné komplexně zvážit tři základní faktory a sladit odpovídající produkty a parametry:

1. Vlastnosti hornin: Základní základ pro nastavení tlaku

Různé druhy hornin mají velmi odlišné odezvy na tlak. Středně-tvrdé horniny (hornina stupně 6 až 7) mají nejvyšší rychlost růstu při zvýšení tlaku; měkké horniny (třída horniny 4 až 5) jsou náchylné k koulení, takže tlak by měl být přiměřeně snížen; tvrdé horniny (hornina třídy 8 až 9) mají vysokou tvrdost v tlaku a rychlost růstu rychlosti vrtání s tlakem je malá, takže je nutné použít vysoce výkonné vrtáky místo pouhého zvyšování tlaku. Například při vrtání geotermálních útvarů s komplexními vlastnostmi hornin lze dosáhnout optimální účinnosti vrtání výběrem geotermálních vrtáků Baker Hughes (včetně typů tricon, PDC a hybridních) a nastavením tlaku podle tvrdosti útvaru.

2. Typ vrtáku: Odpovídající tlak, který dává přednost výhodám produktu

Různé typy vrtáků mají různé rozsahy přizpůsobení tlaku. PDC vrtáky jsou vhodné pro prostředí se středním a vysokým tlakem a jejich nepřetržitý střih může být plně vyvíjen pod přiměřeným tlakem pro zlepšení rychlosti vrtání; tříkónické vrtáky mají silnou drtící sílu-kamen, ale nadměrný tlak urychluje opotřebení ložisek; Hybridní vrtáky Kymera kombinují výhody válečkových kuželů a diamantových vrtáků a dokážou se přizpůsobit různým tlakovým prostředím, ale přesto je třeba je upravit podle podmínek ve spádu. Adaptivní vrtáky navíc dokážou upravit hloubku řezu podle změn tlaku ve vývrtu a automaticky tak optimalizovat efektivitu vrtání, což je ideální volba pro složité útvary, kde je obtížné stabilně kontrolovat tlak.

3. Vrtací systém a pomocné podmínky: Zajištění stability tlaku a účinnosti

Výkon vrtné soupravy, kvalita vrtné kapaliny a kombinace vrtných nástrojů, to vše ovlivní účinek nastavení tlaku. Například výkon vrtné soupravy určuje maximální tlak, který lze stabilně poskytovat; hustota a viskozita vrtného výplachu ovlivní diferenciální tlak ve spodním otvoru a nepřiměřený výkon vrtného výplachu vyrovná pozitivní účinek nastavení tlaku. Pokročilý vysokotlaký -vinutý-systém vrtání trubek vyvinutý National Energy Technology Laboratory řeší problém-přenosu vysokotlaké kapaliny prostřednictvím soustředných spirálových trubek, zabraňuje úniku a zajišťuje, že tlak může být účinně přenášen na vrták, čímž se zvyšuje rychlost vrtání.