Dziļurbšanas galvenie instrumenti: pilnīgs ceļvedis rullīšu konusa uzgaļu un dimanta uzgaļu klasifikācijai un pielietošanai

Naftas urbšanas operācijās urbja uzgalis ir galvenais iežu laušanas instruments, un tā veiktspēja tieši ietekmē urbšanas efektivitāti un izmaksas. Saskaroties ar sarežģītiem un mainīgiem formācijas apstākļiem, pareiza veltņkonusa urbju un dimanta urbju izvēle ir kļuvusi par galveno uzdevumu urbšanas inženieriem.

01 Rullīšu konusa urbji: daudzpusīgi instrumenti, kas pielāgojas formācijām

Kopš to ieviešanas 1909. gadā, rullīšu konusa urbji ir kļuvuši par visplašāk izmantoto urbju veidu rotācijas urbšanā. To unikālā daudzkonusu struktūra ļauj tiem pielāgoties dažādiem formācijas apstākļiem, sākot no mīkstiem līdz ārkārtīgi cietiem.

Struktūra un pamattehnoloģija

Rullīšu konusa uzgalis sastāv no piecām galvenajām sastāvdaļām:

· Uzgaļa korpuss: Trīs kopā sametinātas konusa kājas ar savienojuma vītni augšpusē.

· Konusi: Koniski metāla korpusi ar frēzētiem zobiem vai volframa karbīda ieliktņiem (TCI) uz virsmas.

· Gultņu sistēma: Ietver četrus gultņu komplektus: lielus, vidējus, mazus un aksiālus.

· Sprauslas: Parasti 3·4 sprauslas ar diametru 7·14 mm.

· Eļļošanas un blīvēšanas sistēma: Gumijas vai metāla blīves apvienojumā ar spiediena kompensācijas ierīci.

Gultņu blīvēšanas tehnoloģija ir būtisks sasniegums rullīšu konusa urbju jomā. Mūsdienu urbji izmanto spiediena kompensētu eļļošanas sistēmu, kas uztur dinamisko līdzsvaru starp smērvielas spiedienu gultņa kamerā un urbuma šķidruma kolonnas spiedienu caur spiediena pārvades kanālu, spiediena kompensācijas membrānu un smērvielas trauku.

Klasifikācijas sistēma un IADC kods

Starptautiskā Urbšanas darbuzņēmēju asociācija (IADC) ir izveidojusi globālu standartu rullīšu konusa urbju klasificēšanai, izmantojot trīsciparu kodu sistēmu:

· Pirmais cipars: Zoba tips un piemērojamā formācija

· 1: Frēzēts zobs, mīksts veidojums

· 2: Frēzēts zobs, vidēji līdz vidēji ciets veidojums

· 3: Frēzēti zobi, cieti, abrazīvi veidojumi

· 5: TCI, mīksta līdz vidēja formācija

· 6: TCI, vidēji ciets veidojums

· 7: TCI, ciets, abrazīvs veidojums

· 8: TCI, ārkārtīgi ciets, ļoti abrazīvs veidojums

· Otrais cipars: Veidojuma cietības pamatne (1,4, lielāks skaitlis norāda uz cietāku veidojumu)

· Trešais cipars: Bitu strukturālās iezīmes

· 4: Noslēgts ritgultnis

· 6: Noslēgts skrūvju gultnis

· 7: Noslēgts gultnis + manometra aizsardzība ar TCI

· 8: Atvēršanas urbis virziena akām

Vienkāršota IADC klasifikācijas sistēma rullīšu konusa bitiem

Iežu laušanas mehānisms un kustības raksturojums

Kad darbojas rullīša konusa uzgalis, tam ir trīs saliktas kustības:

· Revolūcija: Konusi griežas pulksteņrādītāja virzienā kopā ar uzgaļa korpusu.

· Rotācija: Zobi griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam ap konusa asi.

· Bīdīšana: Ietver radiālu un tangenciālu slīdēšanu.

Šī kombinētā kustība rada divkāršu akmeņu laušanas efektu:

1. Trieciena saspiešana: mainīgs vienkārša un dubulta zoba kontakts rada vertikālu vibrāciju, radot trieciena slodzi.

2. Bīdes griešana: tiek panākta ar pārkares, nobīdes un daudzkonusu ģeometrijas palīdzību, kas nodrošina iežu bīdi.

Bitu atlases stratēģija un formācijas saskaņošana

Rullīšu konusa urbju izvēles pamatprincipi atbilstoši iežu īpašībām:

· Mīkstas formācijas: Izvēlieties urbjus ar nobīdi, pārkari un daudzkonusa dizainu; aprīkotus ar augstiem, platiem, plaši izvietotiem frēzētiem zobiem vai TCI.

· Vidēji cieti veidojumi: samaziniet nobīdes, pārkares un vairāku konusu vērtības; izmantojiet īsus, šaurus, cieši izvietotus zobus.

· Cieti un abrazīvi veidojumi: izmantojiet viena konusa ģeometriju, bez pārkares, bez nobīdes; aprīkojiet ar sfērisku vai koniski sfērisku TCI.

· Veidojumi, kuriem ir tendence uz līkumiem: Izvēlieties īszobu urbjus ar nelielu vai bez nobīdes un bez mērierīces aizsardzības, kā arī izvēlieties nedaudz mīkstākus nekā faktiskais veidojums.

· Starpslāņu mīksti-cieti veidojumi: izvēlieties urbi, pamatojoties uz cietāko iezi, un dinamiski pielāgojiet urbšanas parametrus.

Īpašu nosacījumu atbildes:

· Šauri caurumi (<177 mm): Izmantojiet viena konusa urbjus, kuriem ir lielāki konusi, zobi un gultņi lielākai izturībai.

· Virziena urbšana: Izvēlieties urbjus ar IADC trešo ciparu 8 (speciāli atsvara urbji).

02 Dimanta urbji: labākais instruments cieto formējumu veidošanai

Dimantam ir visaugstākā dabiskā cietība (cietība pēc Mosa skalas 10, spiedes izturība līdz 8800 MPa, nodilumizturība 9000 reižu lielāka nekā tēraudam). Dimanta urbji izmanto šo īpašību, lai kļūtu par galveno ieroci cietu formāciju apstrādei.

Klasifikācija un tehnoloģiskā evolūcija

Mūsdienu dimanta urbji galvenokārt tiek iedalīti trīs veidos:

1. Virsmas ripināšanas dimanta urbji

· Dimanta daļiņas atsegtas uz vainaga virsmas.

· Piemērots vidēji cietiem līdz cietiem veidojumiem.

· Dimanta izmēra klasifikācija:

· Mīkstie veidojumi: 2 akmeņi/karāts (aptuveni 4 mm diametrs)

· Vidēji cieti veidojumi: 3–4 akmeņi/karāts (aptuveni 3,6 mm)

· Cietie veidojumi: 10–15 akmeņi/karāts (aptuveni 2,0 mm)

2. Impregnēti dimanta urbji

· Matricā iestrādāti dimanti (60–400 akmeņi/karāts).

· Piemērots ļoti cietiem un abrazīviem veidojumiem (krūsainam akmenim, silīcija dolomītam u. c.).

· Pašuzasināšanās, ko panāk ar matricas nodilumu.

3. PDC biti (polikristāliski dimanta kompaktie)

· Pirmo reizi ieviesa General Electric 1973. gadā.

· Griezēja struktūra: dimanta slānis + volframa karbīda substrāts.

· Piemērojamie veidojumi: mīksti līdz vidēji cieti homogēni veidojumi.

Struktūra un galvenie projektēšanas parametri

Dimanta urbjiem ir neatņemams korpuss bez kustīgām daļām, kas galvenokārt sastāv no:

· Tērauda korpuss: Vidēja oglekļa tērauds, vītņota augšdaļa.

· Matrica: volframa karbīda pulveris + saistviela uz vara bāzes, cietība HRC 30‑45.

· Griešanas elementi: dabīgie/sintētiskie dimanti vai PDC griezēji.

· Hidrauliskā konstrukcija: sprauslas, ūdensceļi (radiālie, spirālveida utt.).

Galvenie dizaina parametri:

· Dimanta koncentrācija: pielāgojiet atkarībā no veidojuma abrazivitātes — augstāka koncentrācija abrazīvākiem veidojumiem.

· Ekspozīcijas augstums:

· Mīkstie veidojumi: 1/3 no dimanta diametra

· Cieti veidojumi: 1/6–1/10 no dimanta diametra

· Vainaga forma: plakana (viendabīgi veidojumi), apaļa (cieti veidojumi), zobaina (abrazīvi veidojumi).

Iežu laušanas mehānisms un veidošanās reakcija

Dimanta urbju iežu lūšanas režīms mainās atkarībā no formācijas īpašībām:

· Plastiski veidojumi (dūņakmens, ģipsis utt.) – Līdzīgi kā “aršanas” procesā; dimanti iekļūst iežos un izraisa to plastisku plūsmu.

· Trausli veidojumi (kvarca smilšakmens u. c.) — veido apjomīgas drupināšanas bedres; atgriezumu izmērs ir 2–4 reizes lielāks par dimanta atsegumu, ļoti efektīva iedarbība.

· Cietie ieži (krustakmeņi, silīcija ieži) — Izmantojiet piesūcinātus gabaliņus; sadalīšana notiek ar mikrogriešanu un skrāpēšanu, līdzīgi kā slīpēšana ar ripu.

PDC bitu priekšrocības un ierobežojumi

Kā revolucionārs produkts dimanta urbju saimē, PDC urbjiem ir unikālas priekšrocības:

Strukturālās iezīmes:

· Tērauda korpusa PDC uzgalis: viengabalains vidēja oglekļa tērauds, virsma rūdīta.

· PDC uzgalis ar matricas korpusu: Augšējais tērauda korpuss + apakšējā volframa karbīda matrica – labāka veiktspēja.

Profila dizains:

· Parabolisks: mīksti veidojumi, augsts pēdas nogrieznis, augsts ROP.

· Apaļš: piemērots urbšanai ar rotācijas galdu, palīdz iekļūt cietos starpslāņos.

· Konisks: ātrgaitas urbšana, laba iespiešanās spēja.

Ierobežojumi:

· Nav piemērots grants slāņiem vai mīkstiem-cietiem starpslāņa veidojumiem.

· Temperatūras ierobežojums (virs 350°C nodilums paātrinās; 700°C temperatūrā izturība samazinās).

· Zemāka triecienizturība; jauniem griezējiem ir tendence uz malu nolupšanu.

Dimanta uzgaļu piemērojamības salīdzinājums pēc formācijas

03 Zinātniskās atlases ceļvedis: formācijas un operacionālo vajadzību saskaņošana

Zelta noteikumi rullīšu konusa uzgaļu izvēlei

1. Veidojuma cietības saskaņošana

· Mīkstas formācijas: izvēlieties urbjus ar lielu nobīdi, pārkari, vairākiem konusiem un ķīļveida vai liekšķerei līdzīgiem zobiem.

· Cieti veidojumi: izmantojiet viena konusa, bez nobīdes un sfēriskus vai koniski sfēriskus zobus.

2. Abrazivitātes apstrāde

· Abrazīviem veidojumiem izvēlieties TCI bitus ar mērierīces aizsardzību.

· Ja ārējās rindas zobi ir noapaļoti, bet iekšējie zobi ir maz nodiluši, palieliniet kalibra aizsardzību nākamajam uzgalim.

3. Īpašu stāvokļu reakcijas

· Veidojumi, kuros ir tendence uz līkumiem: izvēlieties īszobu urbjus ar nelielu vai bez nobīdes; izvēlieties nedaudz mīkstākus nekā faktiskais veidojums.

· Mīksti-cieti starpslāņi: izvēlieties bitu, pamatojoties uz cietāko iezi, dinamiski pielāgojiet parametrus.

· Dziļas sekcijas: izvēlieties bitus ar lielu kopējo kadru skaitu, lai kompensētu izslēgšanās laika zudumus.

Dimanta uzgaļu izvēles stratēģija

1. Kad lietot PDC bitus

· Vislabākais pielietojums: gari, viendabīgi, mīksti līdz vidēji cieti veidojumi (slāneklis, slāneklis, ģipsis utt.).

· Aizliegtie pielietojumi: grants slāņi, kraujas starpslāņi, mīksti-cieti starpslāņa veidojumi.

· Parametru iestatījumi: zems WOB (30–60 kN), augsts apgriezienu skaits minūtē (100–300 apgr./min), augsts plūsmas ātrums.

2. Kad lietot dabīgā/sintētiskā dimanta urbjus

· Cieti līdz ļoti cieti veidojumi (granīts, kvarca smilšakmens u. c.).

· Ļoti abrazīvi veidojumi (krūss, silīcija dolomīts).

· Turbourbšana, dziļas un īpaši dziļas akas, serdes ieguve.

3. Īpašas prasības kroņurbjiem

· Rullīšu konusa kroņurbji: četru konusu (konisks/cilindrisks) vai sešu konusu (pilna stobra) konstrukcija.

· Dimanta kroņurbji: griezējnažiem jābūt simetriski izvietotiem ar vienmērīgu nodilumizturību.

· Galvenais indikators: iekšējais urbums ir koncentrisks ar ārējo diametru, lai izvairītos no eliptiskas serdes.

Dziļūdens anomāliju diagnostika un apstrāde

Rullīšu konusa urbja darbības apstākļu noteikšana:

· Gultņa atteice: cikliska rotējošā galda lēkāšana, kas pasliktinās pie augsta WOB, ROP samazinās, bet sūkņa spiediens ir normāls.

· Pazaudēts konuss: spēcīgas griezes momenta svārstības, svara indikators mežonīgi šūpojas, stīgas garuma izmaiņas, kad to paceļ.

· Zobi nodiluši plakani: Samazināta rotējošā galda slodze, nav atlēcienu, straujš ROP samazinājums.

Dimanta urbju lietošanas aizliegumi:

· Pirms ievietošanas caurumā apakšējai atverei jābūt tīrai; pārliecinieties, ka tajā nav metāla gružu.

· Sāciet urbšanu ar vieglu WOB, zemu apgriezienu skaitu "iesiešanai" (0,5 m apakšējā urbuma profilēšana).

· Izvairieties no urbšanas; ja nepieciešams, veiciet ar vieglu WOB, zemu apgriezienu skaitu un vienmērīgu darbību.

04. Jaunākās tendences un prakses punkti

Tehnoloģisko inovāciju virzieni

Augstspiediena strūklas urbšanas tehnoloģija:

· Izmanto īpaši augsta spiediena strūklas (150–200 MPa), lai palīdzētu iežu drupināšanā.

· Dziļūdens pastiprinātāji ir pētniecības un attīstības uzmanības centrā; testi liecina, ka ROP var palielināties 3–5 reizes.

· Tehniskās problēmas ietver īpaši augsta spiediena blīvēšanu un pārraidi.

Inteliģentas bitu sistēmas:

· Iebūvētie sensori uzrauga bitu stāvokli reāllaikā.

· Griešanas parametru adaptīva pielāgošana, lai atbilstu formācijas izmaiņām.

· Lielo datu analīze, lai optimizētu uzgaļu izvēli un prognozētu kalpošanas laiku.

Zelta likumi laukā

1. Izvēle, kad izvilkt smaizi no bedres

· Nepārtraukta ROP samazināšanās (homogēnos veidojumos).

· Pēkšņa ROP kritums ar neefektīviem korektīviem pasākumiem (veidojuma maiņa).

· Straujš griezes momenta pieaugums, ko pavada ROP kritums (uzgaļa bojājums).

· Pēkšņs sūkņa spiediena kritums (pazaudēta sprausla vai izskalota urbšanas aukla).

2. Pasākumi uzgaļa kalpošanas laika pagarināšanai

· Iestrādei darbiniet jauno urbi ar vieglu WOB un zemu apgriezienu skaitu.

· Izmantojiet uzgaļa aizsargu (pretatlēcienu ierīci).

· Periodiski īsi braucieni, lai attīrītu apakšējā urbuma gružus.

· Izvairieties no pārmērīgas rotācijas apakšā.

3. Ekonomiskā analīze

· Aprēķiniet izmaksas par metru = (urbšanas izmaksas + urbšanas laika izmaksas) / metra garums.

· Lai gan PDC urbjiem ir augstākas vienības izmaksas, piemērotos veidojumos viens PDC urbis var izurbt 3–5 reizes lielāku dziļumu nekā veltņkonusa urbis.

· Dziļās sekcijās prioritizējiet bitus ar lielu kopējo kadru skaitu, lai kompensētu izslēgšanās laika zudumus.

Urbju izvēle ir precīza tehnoloģija, kas apvieno zinātnisko teoriju un lauka pieredzi. Rullīšu konusa urbji ar savu plašo pielāgojamību joprojām ir visizplatītākais urbju veids mūsdienās. Dimanta urbji, īpaši PDC urbji, demonstrē nepārspējamu efektivitāti noteiktos veidojumos.

Apgūstot IADC klasifikācijas sistēmu, izprotot dažādu urbumu iežu laušanas mehānismus un visaptveroši izvērtējot litoloģiju, urbuma konfigurāciju un ekspluatācijas prasības, tiks panākta perfekta atbilstība starp urbi un formāciju. Pielietojot vertikālos sensorus, lielo datu analīzi un mākslīgo intelektu, urbumu izvēle virzās no uz pieredzi balstītiem lēmumiem uz inteliģentu precīzu saskaņošanu, nepārtraukti veicinot revolucionārus urbšanas efektivitātes uzlabojumus.

Kontaktpersona: Džesija Džou

Mobilais tālrunis/WhatsApp: +0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com