Investigación sobre ferramentas que aumentan a velocidade de perforación

Actualmente, as ferramentas que aumentan a velocidade de perforación divídense principalmente en dúas categorías: tipo mecánico e tipo hidráulico. As ferramentas mecánicas usan o peso na broca (WOB) para xerar forza de impacto, o que mellora eficazmente a eficiencia de rotura de rochas en formacións duras, pero hai problemas como fortes vibracións, alto consumo de enerxía e danos por fatiga fáciles. As ferramentas hidráulicas usan fluído de perforación para impulsar martelos de impacto, combinando impacto, rotación e chorro para romper rochas. Teñen vantaxes significativas para aumentar a taxa de penetración (ROP), controlar a desviación do pozo e prolongar a vida útil da broca, pero xeralmente teñen problemas como a frecuencia dun só impacto e a dificultade para adaptarse ás necesidades das diferentes formacións.

A tecnoloxía de perforación por impacto divídese principalmente en tres categorías segundo o modo de acción: tecnoloxía de impacto torsional, tecnoloxía de impacto axial e tecnoloxía de impacto composto axial-torsional. A esencia da perforación por impacto para aumentar a velocidade é converter a enerxía de presión do gas ou líquido en enerxía mecánica de impacto axial ou torsional a través dun impactor, que se aplica directamente ao extremo traseiro da broca, mellorando a condición de corte da broca e aumentando a eficiencia de rotura de rochas da broca.

A tecnoloxía de perforación por impacto torsional é unha tecnoloxía emerxente que está a aumentar a velocidade de perforación nos últimos anos, empregada principalmente para resolver a vibración de "deslizamento adherente" xerada polas brocas PDC. Cando está en uso, o impactor torsional instálase na parte traseira da broca. Grazas ao seu deseño de estrutura interna, pode converter a enerxía hidráulica do fluído en enerxía mecánica de impacto torsional. A broca rompe a rocha baixo a acción combinada do par de torsión en estado estacionario da sarta de perforación e o par de impacto xerado polo impactor.

Os seguintes exemplos presentan dúas ferramentas innovadoras

1. Ferramenta de aumento da velocidade de perforación con frecuencia de impacto axustable

A ferramenta de aumento da velocidade de perforación hidráulica con frecuencia axustable ten unha estrutura de impacto central composta por rolamentos, corpo do eixe inferior, pares de pistóns, martelo de impacto, boquilla de aceleración e outros compoñentes.

Principio de funcionamento:Utiliza a diferenza de presión periódica formada polo fluído de perforación nas cámaras superior e inferior do martelo de impacto para impulsar o martelo de impacto a unha velocidade alternativa alta, xerando unha forza de impacto axial que se transmite directamente á broca para axudar na rotura da rocha. A clave é que esta ferramenta pode axustar a frecuencia de impacto cambiando o número de orificios simétricos no corpo inferior do eixe, adaptándose así ás necesidades de perforación de diferentes formacións.

Aplicación da ferramenta de aumento da velocidade de perforación con frecuencia de impacto axustable

Proba de campo en formación de dureza media: Baseándose na frecuencia de impacto óptima (16 Hz) seleccionada por simulación numérica, esta ferramenta probouse no pozo X1 do campo petrolífero de Xinjiang. Na sección de formación con forte abrasividade e baixa taxa de penetración (ROP), a comparación co pozo adxacente usando unha ferramenta de perforación con parafuso mostra que, despois de usar esta ferramenta, as imaxes dunha soa pasada aumentaron nun 53 %, a ROP mecánica aumentou nun 27,0 %, o que reduciu eficazmente o número de percorridos e aforrou o período de construción.

Proba de campo en formacións duras: segundo a frecuencia de impacto óptima (18 Hz) seleccionada mediante simulación numérica, esta ferramenta foi probada nas formacións carboníferas de andesita e basalto con pouca perforabilidade no pozo X3 do campo petrolífero de Xinjiang.

Conclusión: Os resultados amosan que, despois de usar esta ferramenta, a ROP mecánica aumentou significativamente nun 103,2 % en comparación cos pozos adxacentes, o que demostra eficazmente que pode mellorar significativamente a eficiencia da perforación e acurtar o ciclo de perforación en diferentes formacións.

2. Deseño dunha ferramenta de perforación de impacto composta que aumenta a velocidade

Deséñase un mecanismo de impacto torsional hidráulico, cuxo núcleo consta de tres partes: un mecanismo de distribución de fluxo, un mecanismo de inversión e un mecanismo de impacto.

Proceso de movemento: Inicialmente (estado a), o fluído de alta presión entra na cavidade esquerda do martelo hidráulico a través do canal de fluxo esquerdo do núcleo da válvula inversora, empurrando o martelo hidráulico e o núcleo da válvula para que xiren xuntos no sentido horario ata que o martelo hidráulico impacta no asento do martelo hidráulico (estado b). Despois do impacto, o fluído de alta presión entra na cavidade dereita formada polo martelo hidráulico e o núcleo da válvula a través do canal de fluxo de control dereito, empurrando o núcleo da válvula para que continúe xirando no sentido horario ata a posición de inversión (estado c), de xeito que o fluído de alta presión cambie ao canal de fluxo dereito e entre na cavidade dereita do martelo hidráulico, impulsando o martelo hidráulico e o núcleo da válvula para que xiren no sentido antihorario (estado c). Ata que o martelo hidráulico impacta de novo no asento do martelo hidráulico (estado d), o fluído de alta presión entra na cavidade esquerda a través do canal de fluxo de control esquerdo, empurrando o núcleo da válvula para que xire no sentido antihorario para invertir e volver ao estado inicial (estado a). Isto produce un ciclo, formando un impacto torsional alternativo de alta frecuencia a través da inversión continua e o impacto impulsado polo fluído.

Principio de funcionamento:Despois de que o fluído (lama) flúa cara á manga de distribución de fluxo a través da xunta superior e o tubo guía, distribúese ao mecanismo de inversión e ao mecanismo de impacto, e as dúas vías de fluído están separadas pola placa de distribución de fluxo. Posteriormente, o fluído pasa a través da boquilla dentro do mandril, formando zonas de alta e baixa presión antes e despois del. O núcleo da válvula de inversión xira baixo o accionamento da diferenza de presión, controlando as cavidades esquerda e dereita do martelo hidráulico para conectarse alternativamente ás zonas de alta e baixa presión, facendo que o martelo hidráulico se mova alternativamente para impactar o asento do martelo hidráulico baixo a acción da diferenza de presión, formando así un impacto torsional alternativo de alta frecuencia.

1-Subductor superior; 2-Carcasa exterior; 3-Tubo guía; 4-Manguito de distribución de fluxo; 5-Placa de distribución de fluxo; 6-Parafuso; 7-Anel de soporte superior; 8-Asento do martelo hidráulico; 9-Martelo hidráulico; 10-Núcleo da válvula de inversión; 11-Anel de soporte inferior; 12-Mandril; 13-Subductor inferior;

Diagrama esquemático da estrutura do mecanismo de impacto torsional

Proceso de movemento do mecanismo de impacto torsional

Deseñouse un tipo de mecanismo de impacto axial. Os impactores axiais hidráulicos divídense principalmente en dous tipos: tipo válvula e tipo sen válvula. A estrutura interna dos impactores tipo válvula é complexa e a súa fiabilidade é deficiente; o tipo sen válvula inclúe principalmente o tipo chorro e o tipo chorro-succión, entre os cales o tipo chorro ten unha vida útil curta. O impactor hidráulico chorro-succión ten unha estrutura simple, realiza o impacto dependendo do arrastre do chorro e do efecto de oscilación do martelo de ariete, ten poucas pezas móbiles internas e ningunha peza vulnerable, e pode adaptarse mellor a condicións complexas de fondo de pozo.

1-Asento da boquilla superior; 2-Boquilla superior; 3-Válvula superior; 4-Manguito da válvula superior; 5-Boquilla secundaria; 6-Carcasa exterior axial; 7-Manguito de soporte; 8-Martelo de impacto; 9-Cabeza do martelo; 10-Asento do martelo; 11-Tapa de protección; 12-Articulación hexagonal. Principio de funcionamento do mecanismo de impacto axial.

Formación do fluxo inicial e a diferenza de presión: o fluído a alta presión forma un chorro de alta velocidade a través da boquilla superior. Baixo a acción combinada do arrastre do chorro e o efecto de estrangulación, fórmanse diferenzas de presión nas cámaras superior e inferior da válvula superior, así como entre a cámara superior exterior do martelo de impacto e o extremo inferior da cabeza do martelo.

Movemento ascendente dos compoñentes e selado do canal de fluxo: Impulsada polas súas respectivas diferenzas de presión, a válvula superior móvese cara arriba e os compoñentes de impacto (boquilla secundaria, martelo de impacto e cabeza do martelo) tamén se moven cara arriba ata que a boquilla secundaria entra en contacto coa válvula superior e sela o canal de fluxo.

Xeración do golpe de ariete e movemento descendente das articulacións: o peche instantáneo da canle de fluxo desencadea a oscilación do golpe de ariete e a presión na cámara aumenta bruscamente, empurrando a válvula superior e os compoñentes de impacto para acelerar cara abaixo xuntos.

Impacto inercial e recuperación do ciclo: Despois de que a válvula superior se mova á posición límite inferior, os compoñentes do impacto continúan movéndose cara abaixo por inercia e finalmente golpean o asento do martelo para completar o impacto axial. Despois do impacto, o canal de fluxo volve á súa suavidade e o mecanismo reinicializa baixo a acción do peso na broca (WOB), iniciando o seguinte ciclo.

Contacto:Jessie Zhou

Móbil/WhatsApp:+0086-18109206861
Correo electrónico:energy@landrilltools.com