فناوری حفاری و تولید | سرعت حفاری چیست - ابزارهای افزایش سرعت؟ چگونه می‌توان به طور موثر راندمان حفاری را بهبود بخشید و هزینه‌ها را کاهش داد؟

1مقاومت بالا در برابر دما، ضخامت دیواره برابر، سرعت سوراخکاری پیچ - فناوری رو به افزایش

پیچ با ضخامت دیواره یکسان و مقاوم در برابر دمای بالا، ابزاری افزایش دهنده سرعت است که به طور ویژه برای برآورده کردن نیازهای عملکرد بالا و قابلیت اطمینان بالا در صنعت حفاری طراحی شده است. در طول استفاده از پیچ‌های حفاری سنتی، به دلیل محیط با دمای بالا و شرایط کاری پیچیده، اغلب آسیب‌های شدید سایش و خستگی رخ می‌دهد که منجر به کاهش راندمان حفاری می‌شود. با این حال، پیچ با ضخامت دیواره یکسان و مقاوم در برابر دمای بالا، مقاومت عالی در برابر دمای بالا دارد که می‌تواند خواص مکانیکی پایدار را در محیط با دمای بالا حفظ کند، خرابی تجهیزات ناشی از دمای بالا را کاهش دهد و در نتیجه سرعت حفاری را بهبود بخشد.

۱.۱ اصل فنی

موتور درون‌چاهی مستقیماً مته را برای شکستن سنگ و مته به حرکت در می‌آورد که می‌تواند به طور مؤثرتری نیرو را به مته منتقل کند، اتلاف انرژی را کاهش دهد و عملکرد کاری ابزارهای درون‌چاهی را بهینه کند. این امر به این دلیل است که موتور مستقیماً مته را به حرکت در می‌آورد که می‌تواند از اتلاف توان ناشی از از بین رفتن سیستم انتقال نیرو جلوگیری کند، به طوری که انرژی بیشتری برای حفاری سنگ‌شکن استفاده می‌شود و سرعت و راندمان حفاری را بهبود می‌بخشد. برای بهبود بیشتر مقاومت در برابر دمای بالای تجهیزات، پیچ با ضخامت دیواره برابر و مقاوم در برابر دمای بالا از برخی مواد ویژه مقاوم در برابر دمای بالا و فناوری‌های عملیات سطحی استفاده می‌کند. به عنوان مثال، از فولاد آلیاژی بالا به عنوان ماده اصلی استفاده می‌شود یا سطح تجهیزات تحت عملیات حرارتی یا پوشش قرار می‌گیرد تا مقاومت در برابر دمای بالای تجهیزات بهبود یابد. از آنجایی که استاتور از یک پوسته فولادی پیش‌ساخته با شکل مقطع خاص استفاده می‌کند و سپس با چسب تزریق می‌شود تا یک لایه لاستیکی نازک و با ضخامت برابر تشکیل شود، موتور گشتاور خروجی بیشتری دارد و می‌تواند با شرایط مختلف زمین‌شناسی پیچیده سازگار شود. این ساختار باعث می‌شود فاصله بین استاتور و روتور موتور کمتر شود و در نتیجه اصطکاک و سایش کاهش یابد و عمر مفید و قابلیت اطمینان تجهیزات بهبود یابد. این ابزار همچنین از یک مکانیزم قفل مکانیکی یا کاهش اصطکاک برای بهبود دقت چرخش و پایداری تجهیزات و جلوگیری از کاهش راندمان حفاری ناشی از لرزش یا خروج از مرکز پیچ استفاده می‌کند.

۱.۲ تحلیل سازگاری

از نظر عملکرد، پیچ با ضخامت دیواره برابر و مقاوم در برابر دمای بالاابزار حفارینه تنها تمام ویژگی‌های موتورهای اسکرو معمولی را دارد، بلکه دارای ویژگی‌های گشتاور بزرگ، راه‌اندازی آسان و مقاومت در برابر اضافه بار قوی نیز می‌باشد که آن را برای عملیات حفاری در سازندهای عمیق با دمای بالا مناسب‌تر می‌کند. با استفاده از یک پیچ مستقیم با یک ابزار حفاری پاندول کوچک در سازندهای با شیب زیاد، می‌توان با فشار حفاری کم به سرعت حفاری بالا دست یافت و تأثیر قابل توجهی در کاهش و جلوگیری از انحراف حاصل کرد. در عین حال، طراحی پیچ مستقیم همچنین می‌تواند نیروی پشتیبانی پایداری را برای جلوگیری از انحراف مته در سازندهای با شیب زیاد فراهم کند و در نتیجه پایداری حفاری را بهبود بخشد. تحقیقات نظری و کاربردهای میدانی نشان می‌دهد که فناوری حفاری سریع با استفاده از پیچ‌های با ضخامت دیواره برابر و مقاوم در برابر دمای بالا می‌تواند سرعت چرخش مته در ته چاه را به طور قابل توجهی افزایش دهد، با محیط دمای بالای چاه سازگار شود و کنترل کیفیت چاه را به طور مؤثر بهینه کند. در عین حال، می‌تواند بار محرک بالایی و گشتاور ابزار حفاری را نیز کاهش دهد و عمر مفید ابزار حفاری را افزایش دهد. در مقایسه با مجموعه ابزار حفاری PDC معمولی، این روش می‌تواند راندمان حفاری را تا حد زیادی بهبود بخشد و اثرات اقتصادی و فنی جامع عالی را نشان دهد.

2سرعت مته الماسه آغشته به توربین + - فناوری رو به افزایش

توربودریل یک ابزار قدرتمند درون چاهی است که می‌تواند انرژی هیدرولیکی سیال را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل کند و در نتیجه مته را به چرخش و ضربه وادار کند و حفاری با سرعت بالا و کارآمد را محقق سازد. این مته عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: بخش توربین، شفت یونیورسال و شفت انتقال نیرو. مته الماس آغشته نوعی مته الماس است. ماتریس آن با پخت ذرات پلی کریستالی الماس در قسمت بیرونی ماتریس ساخته می‌شود که مته را تهاجمی‌تر می‌کند. ماتریس ارتفاع مشخصی دارد، قطر خارجی آن کمی بزرگتر از قطر خارجی بدنه مته و قطر داخلی آن کمی کوچکتر از قطر داخلی بدنه مته است. قسمت بیرونی، قسمت داخلی و پایین ماتریس همگی دارای شیارهای آب برای تخلیه خرده‌های سنگ و خنک کردن مته از طریق سیال شستشو هستند. ماتریس از مقاومت فشاری و ضربه‌ای کافی و همچنین سختی و مقاومت در برابر سایش بالا برخوردار است. توربودریل و مته الماس آغشته ابزارهای مهمی در فرآیند حفاری نفت هستند و استفاده ترکیبی از آنها می‌تواند به طور مشترک راندمان حفاری و کیفیت حفاری را بهبود بخشد.

۲.۱ اصل فنی

بخش توربین، جزء اصلی توربودریل است که از استاتورها و روتورهای توربین، یاتاقان‌های مرکزی، شفت‌های اصلی و محفظه‌ها تشکیل شده است. این بخش می‌تواند انرژی سیال حفاری را به انرژی مکانیکی چرخش شفت اصلی تبدیل کند. ساختار داخلی آن شامل چندین مرحله از استاتورها و روتورهای جفت شده است. هنگامی که سیال حفاری در امتداد ابزار حفاری وارد استاتور می‌شود، استاتور سیال حفاری را به سمت جهت و سرعت خاصی هدایت می‌کند و سپس وارد روتور می‌شود. در روتور، سیال حفاری به پره‌ها ضربه می‌زند تا اختلاف فشار خاصی ایجاد کند که باعث چرخش روتور می‌شود. از طریق این مکانیسم، انرژی سیال حفاری به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود که شفت توربین را به چرخش وا می‌دارد.

روش اصلی شکستن سنگ توسط مته الماس آغشته، شکستن سنگ با سایش است، یعنی استفاده از ذرات الماس برای خرد کردن، خراشیدن و ساییدن مداوم سنگ تحت عمل نیروی محوری و گشتاور، به منظور دستیابی به هدف شکستن سنگ. مته الماس که عمدتاً از این روش شکستن سنگ استفاده می‌کند، مقاومت سایشی بالایی دارد که می‌تواند به طور مؤثر با سنگ‌های بسیار ساینده در سازندهای ساینده سخت و بسیار سخت مقابله کند و راندمان حفاری و عمر مفید مته را بهبود بخشد.

۲.۲ تحلیل سازگاری

مته توربودریل + مته الماس آغشته شده، از یک ساختار تمام فلزی بهره می‌برد که مقاومت دمایی بالاتر و اثر حفاری پایدارتری دارد و آن را قادر می‌سازد حتی در محیط‌های بسیار سخت نیز به طور پایدار کار کند. این امر به ویژه در عملیات حفاری چاه‌های عمیق و چاه‌های بسیار عمیق اهمیت دارد. این ترکیب ابزار، عملکرد تعادل محوری عالی دارد که می‌تواند لرزش جانبی را کاهش دهد، مسیر چاه را صاف کند، آسیب به دیواره چاه را کاهش دهد و در نتیجه از مته و سایر ابزارهای درون چاهی محافظت کند و برای عملیات بعدی مفید باشد. با توجه به ویژگی‌های چرخش پرسرعت توربودریل، ترکیب مته الماس آغشته شده و توربین پرسرعت می‌تواند راندمان حفاری بسیار بالایی را در سازندهای عمیق با سختی بالا و سایندگی قوی اعمال کند و ظرفیت حفاری را تا حد زیادی بهبود بخشد.

3سرعت حفاری ضربه گیر گشتاوری - فناوری رو به افزایش

ضربه گیر گشتاوری یک ابزار مکانیکی کاملاً برقی است که عمدتاً برای شکستن کمکی سنگ مته‌های PDC استفاده می‌شود. این ابزار از طریق یک نازل با جریان متغیر، افت فشار ایجاد می‌کند و یک ناحیه پرفشار و یک ناحیه کم‌فشار درون آن تشکیل می‌دهد. هنگامی که اختلاف فشار بر ابزار اعمال می‌شود، کانال جریان تغییر می‌کند تا چکش ضربه‌ای و چکش شروع‌کننده درون ابزار با سرعت بالا معکوس شوند. چکش ضربه‌ای به طور مداوم به سطح ضربه ضربه می‌زند و در نتیجه نیروی ضربه را به مته منتقل می‌کند و یک گشتاور پالسی با فرکانس بالا تشکیل می‌دهد. این ابزار به طور هوشمندانه انرژی سیال سیال حفاری را به انرژی ضربه مکانیکی پیچشی، فرکانس بالا، یکنواخت و پایدار تبدیل می‌کند و مستقیماً آن را به مته PDC منتقل می‌کند و مته و کف چاه را همیشه پیوسته نگه می‌دارد.

۳.۱ اصل فنی

نیروی ضربه پایدار با فرکانس بالا از 750 بار در دقیقه تا 1500 بار در دقیقه که توسط ضربه گیر گشتاوری ایجاد می‌شود، معادل برش سازند چندین بار در دقیقه است. این امر مته را قادر می‌سازد تا بدون انتظار برای جمع شدن انرژی کافی پیچش، سازند را برش دهد و وضعیت عملکرد مته را به طور کامل تغییر دهد. در این زمان، مته دو نیرو برای برش سازند دارد: یکی گشتاور ارائه شده توسط میز دوار و دیگری نیروی ضربه ارائه شده توسط ضربه گیر گشتاوری. این دو نیرو مستقیماً به خود مته منتقل می‌شوند، به طوری که گشتاور منتقل شده توسط لوله مته می‌تواند به طور کامل برای برش سازند بدون اتلاف استفاده شود. عملکرد ترکیبی این گشتاور و نیروی ضربه‌ای نه تنها می‌تواند سرعت حفاری را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، بلکه به طور موثری لرزش مضر مته را در حین حفاری در سازندهای سخت کاهش یا از بین می‌برد، از مته محافظت می‌کند، عمر مفید مته را افزایش می‌دهد و در عین حال مقاومت خستگی سایر ابزارهای حفاری را کاهش داده و عمر مفید سایر ابزارهای حفاری را افزایش می‌دهد. شکل 1 وضعیت تنش رشته حفاری درون چاهی ابزار حفاری معمولی و ضربه گیر گشتاوری را نشان می‌دهد.

۳.۲ تحلیل سازگاری

به عنوان یک ابزار حفاری پیشرفته، ضربه گیر گشتاور دارای ساختار مکانیکی داخلی معقولی است، قطعات لاستیکی و قطعات الکترونیکی ندارد و قطعات کمی دارد. حتی اگر از کار بیفتد، فقط معادل یک مته است که به طور مداوم به همراه مته PDC می‌چرخد ​​بدون اینکه بر حفاری مداوم تأثیر بگذارد و نیازی به قطع مته نیست، بنابراین از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار است. ضربه گیر گشتاور برای سازندهای پیچیده مختلف، به ویژه سازندهای سنگ آذرین با سایندگی قوی و قابلیت حفاری ضعیف مناسب است. در عین حال، کار با این ابزار آسان است. هنگام استفاده از ضربه گیر گشتاور، فقط باید مستقیماً به ابزار حفاری چرخشی یا جهت دار متصل شود که کار با آن ساده و راحت است.

4ضربه گیر مرکب

ضربه گیر مرکب یک تجهیز حفاری پیشرفته با یک دستگاه تبدیل انرژی است که در داخل آن طراحی شده است و می‌تواند انرژی سیال سیال حفاری را به انرژی ضربه پالسی تبدیل کند و در نتیجه نیروهای ضربه‌ای محیطی و محوری با فرکانس بالا و پایدار ایجاد کند. این روش کار به طور قابل توجهی راندمان شکستن سنگ مته را بهبود می‌بخشد، به طور موثر مشکلات لغزش و حفظ فشار در حین حفاری را حل می‌کند و در نتیجه به هدف افزایش سرعت دست می‌یابد. ضربه گیر مرکب نه تنها ویژگی‌های ضربه پیچشی و مزایای ضربه گیر گشتاوری را دارد، بلکه به طور نوآورانه‌ای عملکرد ضربه محوری را نیز ترکیب می‌کند..

ضربه گیر مرکب

۴.۱ اصل فنی

ساختار داخلی ضربه گیر مرکب از ماشین آلات فلز خالص تشکیل شده است. این ماشین آلات انرژی سیال حفاری را از طریق یک مکانیسم معکوس به انرژی ضربه ای محیطی و محوری با فرکانس بالا و پایدار تبدیل می کنند. در طول فرآیند حفاری مجموعه ابزار حفاری معمولی، پس از ورود مته PDC به سازند، تجمع انرژی ابزار حفاری بالایی باید از یک مقدار بحرانی خاص فراتر رود تا شکستن برشی سنگ شروع شود. در مقابل، ضربه گیر مرکب انرژی سیال حفاری را به انرژی ضربه ای تبدیل می کند و نیروی ضربه ای با فرکانس بالا و پایدار را برای مته فراهم می کند. به این ترتیب، تنش شکست سنگ می تواند به سرعت به تنش بحرانی برای برش سازند برسد و راندمان برشی مته PDC را تا حد زیادی بهبود بخشد. در عین حال، به دلیل کاهش نوسانات تنش شکست سنگ و گشتاور، برای مته مفید است که برش یکنواختی را در ته چاه انجام دهد و تنش بسیار بالای آنی روی مته PDC را تحت ابزارهای حفاری معمولی از بین ببرد. بنابراین، تنش روی مته یکنواخت‌تر و پایدارتر می‌شود، در نتیجه عمر مفید مته PDC افزایش یافته و طول عمر مفید یک مته افزایش می‌یابد.

۴.۲ تحلیل سازگاری

در مقایسه با ضربه گیر گشتاوری، ضربه گیر مرکب انرژی ضربه طولی را افزایش می‌دهد. از لحاظ تئوری، راندمان شکستن سنگ آن بالاتر است و برای استفاده در سازندهای تنگ مناسب‌تر است. در اندازه‌های یکسان، فشار حفاری بهینه ضربه گیر مرکب کمی بیشتر از ضربه گیر گشتاوری است. برای ضربه گیر مرکب، مته مورد استفاده باید مقاومت ضربه قوی‌تری داشته باشد و دندانه‌های ضربه گیر در کنار دندانه‌های برش اصلی مته توزیع شده باشند که به طور موثر از مته محافظت می‌کنند. هنگام حفاری در سازندهای سخت و سازندهای بسیار ساینده، انتخاب مته‌های PDC سری HPM می‌تواند تعادل کاملی بین سرعت حفاری و عمق حفاری ایجاد کند.

5نتیجه‌گیری و چشم‌اندازها

این مقاله به بررسی و معرفی ابزارهای رایج افزایش سرعت حفاری می‌پردازد. از طریق تجزیه و تحلیل اصول، ویژگی‌ها و دامنه کاربرد این ابزارها، نتایج نشان می‌دهد که انواع مختلف ابزارهای افزایش سرعت حفاری برای شرایط زمین‌شناسی و الزامات حفاری مختلف مناسب هستند. در عین حال، با توجه به هزینه‌های مختلف استفاده از ابزارهای مختلف، انتخاب ابزارهای افزایش سرعت حفاری نیز باید از دیدگاه اقتصادی در نظر گرفته شود.

برای تحقیقات آینده، پیشنهاد می‌شود که از جنبه‌های زیر انجام شود: مطالعه بیشتر مکانیسم کار ابزارهای افزایش سرعت حفاری، بهینه‌سازی طراحی ابزار و بهبود سازگاری و کارایی آنها؛ ترکیب فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی و کلان داده برای تحقق هوشمندی و نظارت از راه دور ابزارهای افزایش سرعت حفاری و بهبود ایمنی و کارایی عملیات حفاری؛ گسترش کاربرد ابزارهای افزایش سرعت حفاری در زمینه‌های دیگر، مانند چاه‌های آب، چاه‌های گاز و چاه‌های زمین‌گرمایی، برای برآوردن نیازهای توسعه اجتماعی و اقتصادی.

تماس: جسی ژو

موبایل/واتساپ: +0086-18109206861
ایمیل:landrill@landrilltools.com
وب:www.landrilltools.com