Ұңғыма астындағы негізгі құралдар: роликті конус және ромб тәрізді қашауларды жіктеу және қолдану бойынша толық нұсқаулық

Мұнай бұрғылау жұмыстарында бұрғы ұшы тау жыныстарын жаруға арналған негізгі құрал болып табылады және оның өнімділігі бұрғылау тиімділігі мен құнына тікелей әсер етеді. Күрделі және өзгермелі қалыптасу жағдайларына тап болған кезде, роликті конус ұштары мен ромб ұштарын дұрыс таңдау бұрғылау инженерлері үшін маңызды міндетке айналды.

01 Роликті конус ұштары: формацияларға бейімделетін әмбебап құралдар

1909 жылы енгізілгеннен бері роликті конус тәрізді қашаулар айналмалы бұрғылауда ең көп қолданылатын қашау түріне айналды. Олардың бірегей көп конусты құрылымы оларға жұмсақтан өте қаттыға дейінгі әртүрлі қалыптасу жағдайларына бейімделуге мүмкіндік береді.

Құрылым және негізгі технология

Роликті конус ұшы бес негізгі компоненттен тұрады:

· Бұрау корпусы: үш конус аяқшасы бір-біріне дәнекерленген, жоғарғы жағында қосылыс бұрандасы бар.

· Конустар: Бетінде фрезерленген тістері немесе вольфрам карбидінің ендірмелері (TCI) бар конус тәрізді металл корпустар.

· Мойынтіректер жүйесі: Төрт мойынтіректер жиынтығын қамтиды: үлкен, орташа, кіші және тарту мойынтіректер.

· Саптамалар: Әдетте диаметрі 7·14 мм болатын 3·4 саптама.

· Майлау және тығыздау жүйесі: Резеңке немесе металл тығыздағыштар қысымды өтеу құрылғысымен біріктірілген.

Мойынтірек тығыздағышы технологиясы роликті конус қашауларындағы маңызды жетістік болып табылады. Қазіргі заманғы қашаулар қысымды өтейтін майлау жүйесін пайдаланады, ол мойынтірек камерасындағы майлағыш қысымы мен ұңғыма түбіндегі бұрғылау сұйықтығы бағанының қысымы арасындағы динамикалық тепе-теңдікті қысым беру өткелі, қысымды өтеу мембранасы және майлағыш тостаған арқылы сақтайды.

Жіктеу жүйесі және IADC коды

Бұрғылау мердігерлерінің халықаралық қауымдастығы (IADC) үш таңбалы код жүйесін қолдана отырып, роликті конус ұштарын жіктеудің жаһандық стандартын белгіледі:

· Бірінші сан: Тіс түрі және қолданылатын құрылым

· 1: Фрезерленген тіс, жұмсақ түзілім

· 2: Орташа және орташа қаттылықтағы фрезерленген тіс

· 3: Фрезерленген тіс, қатты, абразивті түзілім

· 5: TCI, жұмсақтан орташа деңгейге дейінгі түзілім

· 6: TCI, орташа қатты формация

· 7: TCI, қатты, абразивті түзілім

· 8: TCI, өте қатты, жоғары абразивті түзілім

· Екінші сан: Қалыптасу қаттылығының субграды (1·4, үлкенірек сан қаттырақ қалыптасуды білдіреді)

· Үшінші сан: Бит құрылымдық ерекшеліктері

· 4: Тығыздалған домалау мойынтірегі

· 6: Тығыздалған журнальді мойынтірек

· 7: Тығыздалған мойынтіректі мойынтірек + TCI бар калибрлі қорғаныс

· 8: Бағытталған ұңғымаларға арналған іске қосу қашауы

Роликті конус ұштарына арналған жеңілдетілген IADC жіктеу жүйесі

Тастардың сыну механизмі және қозғалыс сипаттамалары

Роликті конус ұшы жұмыс істеген кезде, ол үш құрама қозғалысты көрсетеді:

· Айналдыру: Конустар кескіш корпусымен сағат тілімен айналады.

· Айналу: Тістер конус осі бойымен сағат тіліне қарсы айналады.

· Сырғанау: Радиалды және тангенциалды сырғанау кіреді.

Бұл күрделі қозғалыс қос тасты сындыру әсерін тудырады:

1. Соққымен ұсақтау: Бір және қос тістердің кезектесіп жанасуы тік діріл тудырады, бұл соққы жүктемесін тудырады.

2. Қайшымен кесу: тау жыныстарын қайшылауға мүмкіндік беретін, асып түсетін, ығысатын және көп конусты геометрия арқылы жүзеге асырылады.

Биттерді таңдау стратегиясы және қалыптастыруды сәйкестендіру

Тастардың қасиеттеріне сәйкес роликті конус ұштарын таңдаудың негізгі принциптері:

· Жұмсақ құрылымдар: Биік, кең, кең аралықтағы фрезерленген тістермен немесе TCI-мен жабдықталған, ығысқан, салбыраған және көп конусты дизайны бар қашауларды таңдаңыз.

· Орташа қаттылықтағы түзілімдер: ығысу, салбырау және көп конусты мәндерді азайтыңыз; қысқа, тар, бір-біріне жақын орналасқан тістерді пайдаланыңыз.

· Қатты және абразивті түзілімдер: бір конусты геометрияны пайдаланыңыз, салбырауы жоқ, ығысуы жоқ; сфералық немесе конусты-сфералық TCI құрылғысымен жабдықтаңыз.

· Қисық тесікке бейім түзілімдер: ығысуы аз немесе мүлдем жоқ және калибрлі қорғанысы жоқ қысқа тісті кескіштерді таңдаңыз және нақты түзілімге қарағанда сәл жұмсақырақ кескіштерді таңдаңыз.

· Қабатаралық жұмсақ-қатты түзілімдер: Қатты жынысқа негізделген қашауды таңдаңыз және бұрғылау параметрлерін динамикалық түрде реттеңіз.

Арнайы жағдайларға жауаптар:

· Жіңішке тесіктер (<177 мм): Беріктігі жоғары болу үшін үлкенірек конустары, тістері және мойынтіректері бар бір конусты кескіштерді пайдаланыңыз.

· Бағыт бойынша бұрғылау: IADC үшінші цифры 8 (арнайы бастапқы ұштық ұштары) бар ұштарды таңдаңыз.

02 Алмаз кесектері: Қатты құрылымдарға арналған ең жақсы құрал

Гауһар ең жоғары табиғи қаттылыққа ие (Могс қаттылығы 10, қысу беріктігі 8800 МПа дейін, тозуға төзімділік болатқа қарағанда 9000 есе жоғары). Гауһар кесектері бұл қасиетті қатты түзілімдерді жоюға арналған ең жақсы қаруға айналдыру үшін пайдаланады.

Жіктеу және технологиялық эволюция

Қазіргі заманғы алмаз кесектері негізінен үш түрге бөлінеді:

1. Бетіне орнатылған гауһар кесектер

· Тәж бетінде ашық қалған гауһар бөлшектері.

· Орташа қаттылықтан қатты құрылымдарға жарамды.

· Гауһар өлшемін бағалау:

· Жұмсақ түзілімдер: 2 тас/карат (диаметрі шамамен 4 мм)

· Орташа қаттылықтағы түзілімдер: 3-4 тас/карат (шамамен 3,6 мм)

· Қатты түзілімдер: 10-15 тас/карат (шамамен 2,0 мм)

2. Сіңірілген гауһар кесектер

· Матрицаға енгізілген гауһар тастар (60‑400 тас/карат).

· Өте қатты және абразивті түзілімдерге (керт, кремнийлі доломит және т.б.) жарамды.

· Матрицаның тозуы арқылы өздігінен қайрау.

3. PDC биттері (Поликристалды Алмаз Жинақталған)

· Алғаш рет 1973 жылы General Electric компаниясы ұсынған.

· Кескіш құрылымы: алмас қабаты + вольфрам карбидінің негізі.

· Қолданылатын түзілімдер: жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі біртекті түзілімдер.

Құрылым және негізгі жобалау параметрлері

Алмаз кесектерінің қозғалмалы бөліктері жоқ тұтас денесі бар, негізінен мыналардан тұрады:

· Болат корпус: орташа көміртекті болат, жоғарғы жағы бұрандалы.

· Матрица: вольфрам карбиді ұнтағы + мыс негізіндегі байланыстырушы металл, қаттылығы HRC 30-45.

· Кесу элементтері: Табиғи/синтетикалық гауһар тастар немесе PDC кескіштері.

· Гидравликалық конструкция: Саптамалар, су жолдары (радиалды, спиральды және т.б.).

Негізгі жобалау параметрлері:

· Алмаз концентрациясы: Қалыптасудың абразивтілігіне сәйкес реттеңіз – абразивті түзілімдер үшін жоғары концентрация.

· Экспозиция биіктігі:

· Жұмсақ түзілімдер: гауһар диаметрінің 1/3 бөлігі

· Қатты түзілімдер: гауһар диаметрінің 1/6‑1/10 бөлігі

· Тәж пішіні: Жалпақ (біртекті түзілімдер), дөңгелек (қатты түзілімдер), тісті (абразивті түзілімдер).

Тау жыныстарының сыну механизмі және түзілу реакциясы

Алмаз кесектерінің тасты сындыру режимі түзілу қасиеттеріне байланысты өзгереді:

· Пластикалық түзілімдер (балшық тас, гипс және т.б.) – «Жер жырту» процесіне ұқсас; гауһар тастар еніп, тау жыныстарының пластикалық ағынын тудырады.

· Сынғыш түзілімдер (кварц құмтасы және т.б.) – көлемді ұсақтау шұңқырларын түзеді; кесінділердің өлшемі алмастың әсерінен 2-4 есе үлкен, өте тиімді.

· Қатты жыныстар (керт, кремнийлі жыныс) – Сіңірілген кесектерді пайдаланыңыз; сындыру дөңгелекпен тегістеуге ұқсас микрокесу және сызу арқылы жүзеге асырылады.

PDC биттерінің артықшылықтары мен шектеулері

Алмаз кескіштер тұқымдасының революциялық өнімі ретінде PDC кескіштерінің ерекше артықшылықтары бар:

Құрылымдық ерекшеліктері:

· Болат корпусты PDC ұшы: бір бөлікті орташа көміртекті болат, беті шыңдалған.

· Матрицалық корпус PDC бұрағы: жоғарғы болат корпус + төменгі вольфрам карбидті матрицасы – жақсырақ өнімділік.

Профиль дизайны:

· Параболалық: Жұмсақ құрылымдар, жоғары кадрлар, жоғары ROP.

· Дөңгелек: айналмалы үстелді бұрғылауға жарамды, қатты аралық қабаттарды тесуге көмектеседі.

· Конус тәрізді: жоғары жылдамдықты бұрғылау, жақсы ену.

Шектеулер:

· Қиыршық тасты төсектерге немесе жұмсақ-қатты қабаттар аралық түзілімдерге жарамсыз.

· Температураның шектелуі (350°C жоғары температурада тозу жеделдейді; 700°C температурада беріктік жоғалады).

· Соққыға төзімділігі төмен; жаңа кескіштердің шеттері сынуға бейім.

Алмаз қашауының қолданылуын қалыптастыру бойынша салыстыру

03 Ғылыми іріктеу бойынша нұсқаулық: Білім беру және операциялық қажеттіліктерді сәйкестендіру

Роликті конусты кескішті таңдаудың алтын ережелері

1. Қалыптастыру қаттылығын сәйкестендіру

· Жұмсақ құрылымдар: жоғары ығысуы бар, салбырап тұрған, көп конусты және сына тәрізді немесе шар тәрізді тістері бар кескіштерді таңдаңыз.

· Қатты түзілімдер: бір конусты, ығысусыз және сфералық немесе конус тәрізді сфералық тістерді пайдаланыңыз.

2. Абразивтілікті өңдеу

· Абразивті түзілімдер үшін калибрлі қорғанысы бар TCI кесектерін таңдаңыз.

· Егер сыртқы қатар тістері дөңгелектеніп, ал ішкі тістер аз тозса, келесі кесудегі калибрлеу қорғанысын күшейтіңіз.

3. Ерекше жағдайларға жауаптар

· Қисық тесік тәрізді түзілімдер: ығысуы аз немесе мүлдем жоқ қысқа тісті кескіштерді таңдаңыз; нақты түзілімнен сәл жұмсақтауын таңдаңыз.

· Жұмсақ-қатты қабаттар арасындағы қабаттар: қатты жынысқа негізделген қашауды таңдаңыз, параметрлерді динамикалық түрде реттеңіз.

· Терең қималар: түсірілім уақытының жоғалуын өтеу үшін жалпы түсірілім көлемі жоғары фигураларды таңдаңыз.

Алмаз кескішті таңдау стратегиясы

1. PDC биттерін қашан пайдалану керек

· Ең жақсы қолданылуы: ұзын, біртекті жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі түзілімдер (сланец, балшық тас, гипс және т.б.).

· Тыйым салынған қолданыстар: қиыршық тасты төсектер, құмды қабаттар, жұмсақ-қатты қабаттар арасындағы түзілімдер.

· Параметрлерді орнату: төмен WOB (30‑60 кН), жоғары RPM (100‑300 RPM), жоғары ағын жылдамдығы.

2. Табиғи/синтетикалық алмас кесектерін қашан пайдалану керек

· Қаттыдан өте қаттыға дейінгі түзілімдер (гранит, кварц құмтасы және т.б.).

· Жоғары абразивті түзілімдер (керт, кремнийлі доломит).

· Турбобұрғылау, терең және аса терең ұңғымалар, керн алу жұмыстары.

3. Өзекшелік биттерге қойылатын арнайы талаптар

· Роликті конус тәрізді өзекшелік ұштар: төрт конусты (конусты/цилиндрлік) немесе алты конусты (толық ұңғылы) конструкция.

· Алмаз өзегін кесетін кескіштер: кескіштер тозуға төзімділікпен симметриялы түрде орналасуы керек.

· Негізгі көрсеткіш: эллипс тәрізді өзекті болдырмау үшін сыртқы диаметрі бар ішкі тесік концентрлі.

Ұңғыма асты аномалиясын диагностикалау және емдеу

Роликті конусты кескіштің жұмыс жағдайларын анықтау:

· Мойынтіректің істен шығуы: Циклдік айналмалы үстел секіреді, жоғары WOB кезінде нашарлайды, ROP төмендейді, бірақ сорғы қысымы қалыпты.

· Конустың жоғалуы: айналу моментінің қатты ауытқуы, салмақ индикаторы күрт тербеледі, жіпті көтерген кезде ұзындығының өзгеруі.

· Тістер жалпақ тозған: айналмалы үстелге түсетін жүктеме азаяды, секірмейді, ROP күрт төмендейді.

Алмаз кескішті пайдалануға тыйым салулар:

· Шұңқырға кіргізбес бұрын, түбін тазалау керек; металл қоқыстарының жоқтығына көз жеткізіңіз.

· Бұрғылауды жеңіл WOB көмегімен, «тесіп өту» үшін төмен айналым/мин (0,5 м түбіндегі ұңғыманы профильдеу) бастаңыз.

· Қайталап бұраудан аулақ болыңыз; қажет болса, жеңіл WOB, төмен айналым/мин және тұрақты жұмыс режимінде орындаңыз.

04 Озық үрдістер және далалық тәжірибелік нүктелер

Технологиялық инновациялық бағыттар

Жоғары қысымды бұрғылау технологиясы:

· Тау жыныстарының бұзылуына көмектесу үшін аса жоғары қысымды ағындарды (150-200 МПа) пайдаланады.

· Ұңғыма астындағы күшейткіштер ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстардың басты назарында; сынақтар ROP 3-5 есе артуы мүмкін екенін көрсетеді.

· Техникалық қиындықтарға аса жоғары қысымды тығыздау және беріліс қорабы жатады.

Ақылды бит жүйелері:

· Кірістірілген сенсорлар биттің күйін нақты уақыт режимінде бақылайды.

· Қалыптасу өзгерістеріне сәйкес кесу параметрлерін бейімдеу.

· Биттерді таңдауды оңтайландыру және қызмет ету мерзімін болжау үшін үлкен деректерді талдау.

Далалық ойынның алтын ережелері

1. Шұңқырдан қашан шығу керектігін шешу

· ROP үздіксіз төмендеуі (гомогенді түзілімдерде).

· Тиімсіз түзету шараларымен (қалыптасу өзгерісі) кенеттен ROP төмендеуі.

· Айналдыру моментінің күрт артуы, ROP төмендеуімен бірге жүреді (биттің зақымдануы).

· Сорғы қысымының кенеттен төмендеуі (жоғалған саптама немесе шайылып кеткен бұрғылау колонкасы).

2. Биттің қызмет ету мерзімін ұзарту шаралары

· Жаңа битті жеңіл WOB және төмен айналым жиілігімен іске қосыңыз.

· Бит қорғағышын (секіруге қарсы құрылғы) пайдаланыңыз.

· Ұңғыма түбіндегі қоқысты тазарту үшін мерзімді түрде қысқа сапарлар.

· Төменгі жағында шамадан тыс айналудан аулақ болыңыз.

3. Экономикалық талдау

· Бір метрге шаққандағы шығынды есептеңіз = (қадам құны + бұрғылау уақыты құны) / кадрлар.

· PDC қашауларының бірлік құны жоғары болғанымен, қолайлы құрылымдарда бір PDC қашау роликті конус қашауының ұзындығынан 3-5 есе үлкен бұрғылауға мүмкіндік береді.

· Терең бөліктерде, түсірілім уақытының жоғалуын өтеу үшін жалпы түсірілімі жоғары бөліктерге басымдық беріңіз.

Қаптарды таңдау - ғылыми теория мен далалық тәжірибені біріктіретін дәл технология. Роликті конус тәрізді қашалар, кең бейімделу қабілетімен, бүгінгі таңда ең көп таралған қашау түрі болып қала береді. Алмаз қашаулары, әсіресе PDC қашаулары, нақты құрылымдарда теңдесі жоқ тиімділікті көрсетеді.

IADC жіктеу жүйесін меңгеру, әртүрлі қашаулардың жыныстарды бұзу механизмдерін түсіну және литологияны, ұңғыма конфигурациясын және пайдалану талаптарын жан-жақты бағалау қашау мен түзілім арасындағы тамаша сәйкестікке қол жеткізуге мүмкіндік береді. Ұңғыма асты сенсорларын, үлкен деректерді талдауды және жасанды интеллектті қолдану арқылы қашауларды таңдау тәжірибеге негізделген шешімдерден ақылды дәлдікпен сәйкестендіруге ауысып, бұрғылау тиімділігін үздіксіз революциялық жақсартуларға қол жеткізуде.

Байланыс: Джесси Чжоу

Ұялы телефон/WhatsApp: +0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com