Czy wyższe ciśnienie zawsze poprawia prędkość wiercenia?

Ciśnienie wiercenia, jako siła osiowa działająca na wiertło, jest warunkiem niezbędnym do kruszenia skał na dnie odwiertu-zapewnia siłę napędową zębów tnących świdra do penetracji i ścinania skały, bezpośrednio determinując sposób i efekt kruszenia skały. Gdy ciśnienie jest kontrolowane w zakresie naukowym, jego wpływ na prędkość wiercenia jest oczywisty, co odzwierciedla się głównie w trzech etapach kruszenia skały:

Po pierwsze, etap kruszenia powierzchni: gdy ciśnienie jest mniejsze niż twardość skały na ściskanie, zęby tnące nie mogą wbić się w skałę i mogą jedynie rozbić powierzchnię skały w wyniku tarcia, co skutkuje małą prędkością wiercenia, ale proporcjonalnym wzrostem ciśnienia. Po drugie, etap kruszenia zmęczeniowego: gdy ciśnienie jest bliskie twardości skały, powierzchnia skały wytworzy dużą liczbę pęknięć pod powtarzającym się działaniem zębów tnących, powodując pękanie objętościowe skały. Po trzecie, etap kruszenia objętościowego: gdy ciśnienie przekracza twardość skały, zęby tnące mogą bezpośrednio wcinać się w skałę, tworząc wydajne kruszenie objętościowe, co jest idealnym stanem normalnego wiercenia. Na tym etapie dopasowanie ciśnienia za pomocą-wierteł o wysokiej wydajności może zmaksymalizować wydajność-na przykład firmy Baker HughesWiertła PDCmają zwiększoną trwałość frezu, a przy zastosowaniu odpowiedniego nacisku mogą znacząco poprawić ROP w formacjach twardych i ściernych.

Ponadto technologia wiercenia wspomaganego-strumieniami-o wysokim ciśnieniu jeszcze bardziej weryfikuje pozytywną rolę rozsądnego ciśnienia: dzięki zastosowaniu pomp-wysokociśnieniowych do generowania strumieni płynu wiertniczego o-prędkości, strumienie te wycinają szczeliny w skale, ułatwiając wiertłu cięcie skały, co może zwiększyć prędkość wiercenia od 2 do 4 razy w wielu odwiertach naftowych, gdy ciśnienie jest kontrolowane na poziomie 10 000–15 000 psi. Pokazuje to, że przy założeniu odpowiedniego wyposażenia i warunków formacji odpowiednie ciśnienie jest rzeczywiście skutecznym sposobem na poprawę szybkości wiercenia.

Gdy ciśnienie przekroczy rozsądny zakres, dodatnia korelacja między ciśnieniem a prędkością wiercenia zostanie zerwana i pojawi się szereg problemów, ostatecznie zmniejszając wydajność wiercenia i zwiększając koszty. Konkretne przejawy są następujące:

1. Przyspieszone zużycie wiertła i skrócona żywotność

Łożyska wiertła, zęby tnące i inne elementy będą wytrzymywać większe obciążenia pod wpływem nadmiernego nacisku, przyspieszając zużycie, stępienie, a nawet uszkodzenie,-a prędkość zużycia zębów tnących znacznie wzrośnie wraz ze wzrostem nacisku, a nawet będzie nieskończona, gdy ciśnienie osiągnie wartość graniczną. Na przykład podczas używania wierteł trikonowych do wiercenia formacji ściernych nadmierny nacisk spowoduje szybkie zużycie płytek z węglika wolframu, przez co wiertło z wyprzedzeniem utraci zdolność-kruszenia skał, co będzie wymagało częstego potykania się w celu wymiany wiertła, co nie tylko wydłuża-produktywny czas, ale także zwiększa koszty wiercenia. Wręcz przeciwnie, wybór odpowiednich wierteł i odpowiedni docisk może zminimalizować zużycie zębów tnących i wydłużyć żywotność wiertła.

2. Stagnacja lub spadek prędkości wiercenia

Zgodnie z krzywą zależności pomiędzy ciśnieniem wiercenia a prędkością wiercenia, gdy ciśnienie wzrośnie do określonej wartości, tempo wzrostu prędkości wiercenia znacznie spadnie, a nawet przestanie rosnąć lub spadać. Dzieje się tak, ponieważ nadmierny nacisk powoduje przeciążenie wiertła, co skutkuje niestabilną pracą narzędzia wiertniczego-, na przykład przeskakiwaniem wiertła w spękanych formacjach, co nie tylko nie poprawi prędkości wiercenia, ale także spowoduje wykruszanie się lub pękanie zębów tnących, co jeszcze bardziej zmniejsza wydajność wiercenia. Ponadto w przypadku spoistych miękkich skał nadmierne ciśnienie może spowodować zatkanie wody i kulenie się wiertła, co sprawi, że wiertło nie będzie w stanie skutecznie rozbijać skały, a prędkość wiercenia gwałtownie spadnie.

3. Zwiększone ryzyko odwiertu i awaria sprzętu

Nadmierne ciśnienie zwiększy obciążenie przewodu wiertniczego, wiertnicy i układu hydraulicznego, co łatwo prowadzi do awarii sprzętu, takich jak deformacja przewodu wiertniczego, pękanie i uszkodzenie pompy. Jeśli w przypadku wiercenia-strumieniem-ze wspomaganiem pod wysokim ciśnieniem ciśnienie przekracza nośność zwiniętej rury i silnika odwiertu, spowoduje to wyciek na złączu rury wiertniczej lub uszkodzenie uszczelki silnika, co może skutkować wypadkami podczas wiercenia. Jednocześnie nadmierne ciśnienie zwiększy różnicę ciśnień w dolnym odwiercie, prowadząc do efektu utrzymywania ciśnienia.-Wióry skalne mają trudności z wydostaniem się z dolnego otworu, co powoduje powtarzające się kruszenie, co nie tylko zmniejsza prędkość wiercenia, ale może również powodować zapadnięcie się odwiertu i inne ryzyko.

Aby uniknąć przeciwnego do zamierzonego efektu nadmiernego ciśnienia i w pełni wykorzystać rolę ciśnienia w poprawie prędkości wiercenia, konieczne jest kompleksowe rozważenie trzech podstawowych czynników i dopasowanie odpowiednich produktów i parametrów:

1. Właściwości skał: Podstawowa podstawa regulacji ciśnienia

Różne gatunki skał mają bardzo różne reakcje na ciśnienie. Średnio-skały twarde (skała od 6 do 7) charakteryzują się największą szybkością wzrostu prędkości wiercenia przy zwiększeniu ciśnienia; miękkie skały (skały od 4 do 5) są podatne na bryłkowanie, dlatego należy odpowiednio zmniejszyć ciśnienie; twarde skały (skała od 8 do 9) mają wysoką twardość na ściskanie, a tempo wzrostu prędkości wiercenia pod wpływem ciśnienia jest niewielkie, dlatego zamiast po prostu zwiększać ciśnienie, konieczne jest dopasowanie wierteł o wysokiej-wydajności. Na przykład podczas wiercenia w formacjach geotermalnych o złożonych właściwościach skał wybór wierteł geotermalnych firmy Baker Hughes (w tym typów tricone, PDC i hybrydowych) oraz dostosowanie ciśnienia w zależności od twardości formacji może zapewnić optymalną wydajność wiercenia.

2. Typ wiertła: Dopasowany nacisk, aby wykorzystać zalety produktu

Różne typy wierteł mają różne zakresy adaptacji ciśnienia. Wiertła PDC nadają się do pracy w środowiskach o średnim i wysokim ciśnieniu, a ich ciągłe działanie ścinające można w pełni wykorzystać przy rozsądnym ciśnieniu, aby poprawić prędkość wiercenia; wiertła trikonowe mają dużą wytrzymałość na kruszenie-skały, ale nadmierny nacisk przyspiesza zużycie łożysk; Wiertła hybrydowe Kymera łączą w sobie zalety stożków walcowych i wierteł diamentowych i mogą dostosować się do różnych środowisk ciśnieniowych, ale nadal wymagają regulacji w zależności od warunków w odwiercie. Ponadto adaptacyjne wiertła mogą regulować głębokość skrawania w zależności od zmian ciśnienia w odwiercie, automatycznie optymalizując wydajność wiercenia, co jest idealnym wyborem w przypadku złożonych formacji, w których trudno jest stabilnie kontrolować ciśnienie.

3. System wierceń i warunki pomocnicze: Zapewnienie stabilności ciśnienia i efektywności

Wydajność wiertnicy, jakość płuczki wiertniczej i kombinacja narzędzi wiertniczych będą miały wpływ na efekt regulacji ciśnienia. Na przykład moc wiertnicy określa maksymalne ciśnienie, które można zapewnić stabilnie; gęstość i lepkość płynu wiertniczego będą miały wpływ na różnicę ciśnień w dolnym otworze, a nieuzasadniona wydajność płynu wiertniczego zniweluje pozytywny efekt regulacji ciśnienia. Zaawansowany system wiercenia-zwijanych-rur pod wysokim ciśnieniem, opracowany przez Narodowe Laboratorium Technologii Energetycznych, rozwiązuje problem przenoszenia płynu pod wysokim ciśnieniem-przez koncentryczne przewody zwinięte, unikając wycieków i zapewniając skuteczne przenoszenie ciśnienia na wiertło, poprawiając w ten sposób prędkość wiercenia.