Zvyšuje vyšší tlak vždy rýchlosť vŕtania?

Tlak pri vŕtaní, ako axiálna sila pôsobiaca na vrták, je nevyhnutnou podmienkou pre rozbitie horniny na dne vrtu-poskytuje hnaciu silu rezným zubom vrtáku, aby prenikli do horniny a odrezali ju, čím priamo určuje spôsob a účinok rozbíjania horniny. Keď je tlak kontrolovaný vo vedeckom rozsahu, je jeho podporný účinok na rýchlosť vŕtania zrejmý, čo sa prejavuje hlavne v troch fázach lámania hornín:

Po prvé, fáza drvenia povrchu: Keď je tlak menší ako tvrdosť horniny v tlaku, rezné zuby sa nemôžu zarezať do horniny a môžu rozbiť povrch horniny iba trením, čo má za následok nízku rýchlosť vŕtania, ale úmerné zvýšenie tlaku. Po druhé, fáza únavového drvenia: Keď sa tlak blíži k tvrdosti horniny, povrch horniny vytvorí veľké množstvo trhlín pod opakovaným pôsobením rezných zubov, čím dôjde k objemovému zlomu horniny. Po tretie, fáza objemového drvenia: Keď tlak prekročí tvrdosť horniny, rezné zuby sa môžu priamo zarezať do horniny, čím sa vytvorí efektívne objemové drvenie, čo je ideálny stav bežného vŕtania. V tejto fáze môže prispôsobenie tlaku vysokovýkonným vrtákom maximalizovať efektivitu-napríklad Baker HughesPDC vrtákymajú zvýšenú odolnosť frézy a pri použití s ​​primeraným tlakom môžu výrazne zlepšiť ROP v tvrdých a abrazívnych formáciách.

Okrem toho technológia asistovaného vŕtania-vysokotlakovým prúdom{1}}ďalej overuje pozitívnu úlohu primeraného tlaku: pomocou vysokotlakových čerpadiel na generovanie vysokorýchlostných prúdov vrtnej kvapaliny trysky vyrezávajú štrbiny v hornine, čo pomáha vrtáku ľahšie rezať horninu, čo môže zvýšiť rýchlosť vŕtania o 2 až 004 násobok tlaku v mnohých 10004 násobných ropných vrtoch. 15 000 psi. To ukazuje, že za predpokladu zodpovedajúceho zariadenia a podmienok formovania je vhodný tlak skutočne účinným prostriedkom na zlepšenie rýchlosti vŕtania.

Keď tlak prekročí primeraný rozsah, pozitívna korelácia medzi tlakom a rýchlosťou vŕtania sa preruší a dôjde k sérii problémov, ktoré v konečnom dôsledku znížia účinnosť vŕtania a zvýšia náklady. Konkrétne prejavy sú nasledovné:

1. Zrýchlené opotrebovanie vrtákov a skrátená životnosť

Ložiská vrtáka, rezné zuby a ďalšie komponenty budú pod nadmerným tlakom znášať väčšie zaťaženie, čím sa zrýchli opotrebovanie, otupenie alebo dokonca poškodenie-a rýchlosť opotrebovania rezných zubov sa so zvýšením tlaku výrazne zvýši a dokonca má tendenciu byť nekonečná, keď tlak dosiahne hraničnú hodnotu. Napríklad pri použití trikónických vrtákov na vŕtanie abrazívnych útvarov nadmerný tlak spôsobí rýchle opotrebovanie vložiek z karbidu volfrámu, čo spôsobí, že vrták vopred stratí schopnosť lámania horniny-, čo si vyžaduje časté zakopávanie pri výmene vrtáka, čo nielen zvyšuje-produktívny čas, ale aj náklady na vŕtanie. Naopak, výber vhodných vrtákov a prispôsobenie primeraného tlaku môže minimalizovať opotrebovanie rezných zubov a predĺžiť životnosť vrtákov.

2. Stagnácia alebo pokles rýchlosti vŕtania

Podľa krivky vzťahu medzi tlakom vŕtania a rýchlosťou vŕtania, keď sa tlak zvýši na určitú hodnotu, rýchlosť rastu rýchlosti vŕtania sa výrazne spomalí a dokonca prestane zvyšovať alebo klesať. Je to preto, že nadmerný tlak spôsobí preťaženie vrtáka, čo vedie k nestabilnej prevádzke vŕtacieho nástroja-, ako je napríklad skákanie vrtáka v rozbitých formáciách, čo nielenže nezlepší rýchlosť vŕtania, ale spôsobí aj vylamovanie alebo zlomenie rezných zubov, čím sa ďalej znižuje účinnosť vŕtania. Okrem toho pri súdržných mäkkých horninách nadmerný tlak pravdepodobne spôsobí upchávanie vody a hrudkovanie vrtáka, čo spôsobí, že vrták nebude schopný efektívne rozbiť horninu a rýchlosť vŕtania prudko klesne.

3. Zvýšené riziká hĺbenia a zlyhania zariadenia

Nadmerný tlak zvýši zaťaženie vrtnej kolóny, vrtnej súpravy a hydraulického systému, čo ľahko vedie k poruchám zariadenia, ako je deformácia vrtnej kolóny, prasknutie a poškodenie čerpadla. Ak pri vŕtaní s pomocou-vysokotlakového prúdu- tlak prekročí únosnosť stočených rúrok a motora v hĺbení, spôsobí to netesnosť v spoji vrtnej rúrky alebo poškodenie tesnenia motora, čo bude mať za následok nehodu pri vŕtaní. Nadmerný tlak zároveň zvýši diferenciálny tlak v spodnom otvore, čo vedie k efektu zadržiavania tlaku-skalné výruby je ťažké opustiť spodný otvor, čo vedie k opakovanému drveniu, čo nielen znižuje rýchlosť vŕtania, ale môže spôsobiť aj zrútenie vrtu a ďalšie riziká.

Aby sa predišlo kontraproduktívnemu účinku nadmerného tlaku a aby sa plne zohrala úloha tlaku pri zlepšovaní rýchlosti vŕtania, je potrebné komplexne zvážiť tri kľúčové faktory a zosúladiť zodpovedajúce produkty a parametre:

1. Vlastnosti horniny: Základný základ pre nastavenie tlaku

Rôzne druhy hornín majú veľmi rozdielne reakcie na tlak. Stredne-tvrdé horniny (hornina stupňa 6 až 7) majú najvyššiu rýchlosť rastu pri zvýšení tlaku; mäkké horniny (kamenná trieda 4 až 5) sú náchylné na hrudkovanie, takže tlak by sa mal primerane znížiť; tvrdé horniny (hornina triedy 8 až 9) majú vysokú tvrdosť v tlaku a rýchlosť rastu rýchlosti vŕtania s tlakom je malá, takže namiesto jednoduchého zvyšovania tlaku je potrebné použiť vrtáky s vysokým{8}}výkonom. Napríklad pri vŕtaní geotermálnych útvarov s komplexnými vlastnosťami hornín je možné dosiahnuť optimálnu účinnosť vŕtania výberom geotermálnych vrtákov Baker Hughes (vrátane trikónických, PDC a hybridných typov) a nastavením tlaku podľa tvrdosti útvaru.

2. Typ vrtáka: Zodpovedajúci tlak, ktorý dáva prednosť výhodám produktu

Rôzne typy vrtákov majú rôzne rozsahy prispôsobenia tlaku. PDC vrtáky sú vhodné pre stredne a vysokotlakové prostredia a ich nepretržité strihanie môže byť plne vyvinuté pod primeraným tlakom na zlepšenie rýchlosti vŕtania; trojkónické vrtáky majú silnú drviacu silu-kamene, ale nadmerný tlak urýchľuje opotrebovanie ložísk; Hybridné vrtáky Kymera kombinujú výhody valčekových kužeľov a diamantových vrtákov a dokážu sa prispôsobiť rôznym tlakovým prostrediam, ale stále je potrebné ich upraviť podľa podmienok v hĺbení. Adaptívne vrtáky navyše dokážu upraviť hĺbku rezu podľa zmien tlaku v hĺbke, čím automaticky optimalizujú efektivitu vŕtania, čo je ideálna voľba pre zložité útvary, kde je ťažké stabilne kontrolovať tlak.

3. Systém vŕtania a pomocné podmienky: Zabezpečenie stability tlaku a účinnosti

Výkon vrtnej súpravy, kvalita vrtnej kvapaliny a kombinácia vrtných nástrojov, to všetko ovplyvní účinok nastavenia tlaku. Napríklad výkon vrtnej súpravy určuje maximálny tlak, ktorý môže byť stabilne poskytovaný; hustota a viskozita vrtnej kvapaliny ovplyvní diferenciálny tlak spodného otvoru a neprimeraný výkon vrtnej kvapaliny vykompenzuje pozitívny vplyv nastavenia tlaku. Pokročilý vysokotlakový{2}}vinutý{3}}systém na vŕtanie do hadíc vyvinutý Národným laboratóriom pre energetické technológie rieši problém prenosu vysokotlakového-kvapalín prostredníctvom koncentricky stočených hadíc, čím zabraňuje úniku a zabezpečuje, že tlak môže byť efektívne prenášaný na vrták, čím sa zvyšuje rýchlosť vŕtania.