PDC puurkeelpilli disain: struktuur, põhimõtted ja optimeerimine maksimaalse puurimisjõudluse tagamiseks
Sissejuhatus PDC puurimisvardisse
The PDC talu (Polükrüstaalne teemantkompaktne puurimisvardi) on üks tänapäevaste puurimistehnoloogiate olulisemaid edusammud, mida laialdaselt kasutatakse nafta-, gaasi-, kaevandus- ja geotermoelektrijaamades. Erinevalt traditsioonilistest rullkoonusega puurimisvardest, mis käravad kive pöörlevate koonustega, lõikab PDC puurimisvardi kivimit fikseeritud lõikuritega, tagades kõrgema puurimise efektiivsuse, kiirema läbitungimise määrade ja pikema tööiga.
Võime kohandada PDC talu konkreetsete puurimistingimuste jaoks muudab sellest paljude projektide jaoks eelistatuks valikuks. Peaaegu piiramatu disainivariatsioonide arvuga saab seda kohandada eri geoloogiliste moodustiste jaoks, alates pehmest savi sisaldavast settest kuni kõrbema, abrasiivse liivakivini või konglomeraatkihini. See paindlikkus tuleneb hoollikust inseneritööst, mis tasakaalustab materjalivalikut, lõhkese tüüpi, puuriti geomeetriat ja hüdraulilist toimivust, mis on kõik sobitatud pooraametite operatiivsetele nõuetele.
See artikkel käsitleb üksikasjalikult PDC puuriti struktuuri, selle disaini mõjutavaid tegureid, selle geomeetria ja hüdraulika põhimõtteid ning seda, kuidas insenerid valivad ja valmistavad neid tööriistu, et saavutada maksimaalne puurimise efektiivsus.
Põhikomponendid PDC puurimisel
PDC puuriti koosneb neljast põhikomponendist, mis koos töötades tagavad optimaalse puurimistehnilise toimivuse.
PDC lõhkised
Lõikurid on silindrilised sisestid, mis koosnevad sünteetilise tehisdiamandi kihist, mis on kinnitatud volframkarbidi alusele. Sünteetiline tehisdiamant, mida tuntakse ka kui polükristallilist tehisdiamanti, valmistatakse kõrge rõhu ja kõrge temperatuuri tingimustes, mis annab sellele ekstremne kõrtuse ja kulutuskindluse. Volframkarbidi alus pakub mehaanilist tugevust ja kõrgekvaliteetset kriimustuskindlust.
Keerates säilitavad need lõikurid oma terava serva, tagades, et PDC keermetaugel jätkatakse kivimite lõikamist hõõrdumise või krimpsimise asemel. Lõikurite geomeetria, suurus ja kvaliteet mõjutavad otseselt keermistagajäävust, kulutuskiirust ja tõhusust.
Lõiketerassektur
Lõiketerassektur viitab sellele, kuidas lõikureid on paigutatud tõuskeelel. Kuigi see võib paista lihtne, on see tegelikult keerulisim osa PDC keermetaugelis. Inseneride ülesandeks on määrata lõikurite arv, nende suurus, asend ja vahe, et saavutada õige tasakaal agressiivsuse ja vastupidavuse vahel.
Lõikurid on tavaliselt paigutatud ridadeks tera tipud mööda nii, et see oleks optimeeritud kivimiga sekkumiseks, võimaldades samas boorimisvedelikul eemaldada lõiked. Ebapiisav disain selles vallas võib viia lõikurite ülekoormamiseni, ebavõrdse kulumiseni ja vara tera väänamiseni.
Närid
Terad toimivad lõikurite struktuurina ja nad osaliseks kanalite juhtimisel boorimisvedelikust. Terade vahel on prügikanalid – avatud kanalid, mis võimaldavad boorimisvedelikul lõikamised tera pinnalt eemaldada. Terade arv, nende kõrgus ja nende profiili kuju võivad kõik mõjutada tera tööd, eriti stabiilsuse ja lõikamiste eemaldamise seisukohalt.
Tera kehaga
Tera keha võib olla kas maatrikskeha või teraskeha:
Maatrikskehaga PDC boorterad on valmistatud volframkarbidi komposiitmaterjalidest. Need pakuvad paremat kulumiskindlust ja on ideaalsed kõrge abrasiooni omastavate kivimite puhul, kuid on sageli kriimustunud ja vähem vastupidavad kui teraskehad.
Terasetüki PDC puurtemad on töötatud ühest terasest sulandplokist, mis pakub suuremat vastupidavust ja võimalust luua keerukamaid lõiketeri ja hüdraulilisi konstruktsioone. Neid tuleb kaitsta erosiooni vastu, kasutades kõvenduskatodeid.
Välistegurid, mis mõjutavad PDC puurtema disaini
PDC puurtema peab olema projekteeritud silmas pidades puurimiskeskkonda. Olulisemad tegurid on järgmised:
Puuraugu läbimõõt, mis võib ulatuda väikese läbimõõduga augusteni (2,5 tolli) kuni suure läbimõõduga puuraugunini (36 tolli).
Kivimi tüüp ja omadused – kas kivim on pehme ja plastsus, hapras, karedas või kihiline.
Puurimisparameetrid, nagu näiteks puurtemale rakendatav surve (WOB), pöörlemiskiirus (RPM) ja koguvooluava (TFA).
Puuraluse komplekti (BHA) konfiguratsioon ja selle jõudude edasiandmine puurtemani.
Puuraugu trajektoor – kas puuraug on vertikaalne, kallutatud või horisontaalne.
Puurla plahvatuse omadused ja pumba võimsus.
Need välimised tingimused määravad kindlaks lõikurpaigutuse, noa geomeetria ja hüdraulilise seadistuse, mis konkreetse töö jaoks kõige paremini sobivad.
Põhieesmärgid PDC puurbiti disainimisel
PDC puurbiti disainimise lõplikud eesmärgid on järgmised:
Maksimeerida kogu läbitud vahemaa enne biti vahetamist.
Suurendada mehaanilist puurimise kiirust (penetreerimise kiirus ehk ROP).
Nende eesmärkide saavutamiseks on vajalik tasakaal hoida vastupidavuse ja agressiivsuse vahel. Näiteks kui kivimid on karedad, on kulutuskindlus kriitiline, samas kui pehmematel kivimitel võib eelistatud olla agressiivsus, et saavutada kiiremat puurimist.
Disainiprotsess algab üksikasjalike puurimisparameetrite kogumisega, eelmise jõudluse andmete analüüsimisega sarnaste puuraugude puhul ja nende teabe kasutamisega uue biti disaini ootuste määramiseks.
Viis peamist disainipõhimõtet
1. Biti keha materjal: maatriks vs teras
Maatrikskeha puurid takistavad kulumist paremini, kuid on vähem vastupidavad, mistõttu on need sobivad abraasivsete, stabiilsete kivimite jaoks. Teraskonstruktsiooniga puurid suudavad taluda suuremaid löökkoormi, võimaldades seeläbi kõrgemaid lapisid ja keerukamaid profiile, kuid need on erodeerumise suhtes tundlikumad, kui neid ei ole korralikult kaitstud.
2. PDC lõiketera tüüp
Lõiketera toime mõjutavad diamantrite terasuurus, diamantrikihi paksus ja valmistamismeetod. Peened terad parandavad kulumiskindlust, samas kui jämedad terad pakuvad paremat löögikindlust. Lõiketera ühendus volframi karbiidi alusmaterjaliga peab taluma ka puurimise mehaanilisi koormi.
3. Lõiketera struktuur
Disainijad otsustavad, kui palju lõikureid kasutada, nende suuruse ja paigutuse. Suured lõikurid pakuvad agressiivset lõikamistoimet, kuid kuluvad kiiremini abrasiivsetel tingimustel. Väiksemad lõikurid jaotavad koormuse rohkemate punktide vahel, parandades nende kulumiskindlust, kuid võimalikult vähendades ROP-i. Lõikuri orientatsioon mõjutab, kui tõhusalt puurbit lõikab kivi ja kontrollib pöördemomenti.
4. Puurbiti geomeetria
Puurbiti geomeetria hõlmab teralehe profiili, õla pikkust, koonuse sügavust ja kalibreerimise pikkust:
Lühikesed õlad teevad puurbitist agressiivsemaid, kuid vähem vastupidavad.
Pikemad õlad mahutavad rohkem lõikureid, parandades nende kulumiskindlust, kuid vähendades agressiivsust.
Sügavam koonusnurk suurendab puurbiti stabiilsust, samas kui pindaline koonus parandab kaalu ülekannet.
5. Hüdraulikasüsteem
Hüdrauliline süsteem puhastab ja jahtub lõikeseadmeid ning kannab lõiked otsast ära. Insenerid reguleerivad suustikkude arvu, suurust ja paigutamist, et maksimaalselt tõhusalt voolu voolata. Arvutatud vedelikudünaamika (CFD) simulatsioone kasutatakse sageli vedelikute teede visualiseerimiseks ja optimeerimiseks, vähendades erosiooni ja parandades jahtimist.
Kaljude omadused ja PDC puuriruumi projekteerimine
PDC puuriruumi valikul on tugev mõju kivi tüübile:
Rasketes abrasiivsetes formaatides eelistatakse paremad kulumiskindlusele paremad väiksemad lõikurid, millel on rohkem tera.
Pehmetes, kleepuvates moodustustes aitab vähem tera ja suuremad lõikajad säilitada ROP-i ja vähendada pallimist.
Sisselülitatud struktuurides on vaja tasakaalustatud kujundust, et käsitleda erinevat kõvadust ilma liigse vibratsiooni või kulumisega.
Edenenud hüdrauliline optimeerimine
Hüdraulikakujundus pole lihtsalt nozzlite paigaldamisest – see on seotud ka fluudi dünaamikaga puursügavustes. Insenerid kasutavad CFD-d, et simuleerida puurfluidi käitumist, tagades, et iga lõikur jääb korralikult jahtuda ning purgid eemaldatakse kiiresti. Ebapiisav hüdraulika võib põhjustada liigset soojuse kogunemist, lõikurite kahjustusi ja vähenenud puurimise efektiivsust.
Vibratsiooni ja kahjustustega tegelemine
PDC puurbitid võivad kogeda hävitavaid vibratsioonimustreid, nagu näiteks stick-slip, bit whirl ja telgjoonelised kõikumised. Sellised vibratsioonid võivad kahjustada lõikureid ja vähendada puurimise efektiivsust. Kaasaegsete bitide kujundustes on kasutatud stabilisaatoreid, optimeeritud teralehed ja tasakaalustatud lõikurite paigutust, et vähendada kahjulikke vibratsioone.
PDC puurbiti valmistusprotsess
PDC puurbiti tootmisel on mitmeid olulisi samme:
Materjalivalik sihtrikkuse alusel.
Teraskorpuse täppismaterjale või maatriksmooduse loomine.
Lõikurite paigaldamine taskutesse vastavalt kujunduskavale.
Põhimikud kindlalt paika jootmine.
Kareduse vähendamiseks katoodkihi rakendamine.
Lõplik kvaliteedikontroll, sh hüdraulilise voolu testimine.
PDC puurpeade tehnoloogias saavutatud edusammud
Viimased uuendused hõlmavad:
Soolselt stabiilsete diamantlõikurite kasutamine kõrge temperatuuri tingimustes.
Hübriidpead, mis ühendavad PDC lõikureid ja rullkoonuseid siirdumisvormide jaoks.
Seadistatavad hüdraulikasüsteemid, mis vastavad muutuvatele süvenditingimustele.
Reaalajas jõudluse jälgimissüsteemid, mis reguleerivad puurimisparameetreid biti jõudluse optimeerimiseks.
Soovitused PDC puurpea valimiseks
Kui valida PDC puurbiti:
Sobista biti moodust ja operatiivparameetrid.
Kaalu agressiivsuse ja vastupidavuse vahelist kompromissi.
Vaata läbi sarnaste rakenduste kasutustulemusi.
Optimeeri hüdraulikasüsteemi CFD analüüsi abil.
Veendu sobivas BHA disainis, et vähendada vibratsiooni.
KKK PDC puurbiti kohta
Mis on PDC puurbit?
PDC puurbit on kindla lõikuriga puurimistööriist, mis lõhub kivimiteks sünteetilisi diamandi lõikureid, mis on kinnitatud volframkarbidi alustele.
Mis on PDC puurbiti peamised eelised?
Need pakuvad suuremat ROP-i, pikemat kasutusiga, kohanemisvõimet erinevatele kihinditele ja väiksemaid puurimiskulusid võrreldes rullkoonusega puurbittiidega.
Millal peaksin valima teraskehalise PDC-puurbiti matrixkeha disaini asemel?
Teraskujulised bitid on kõige paremad kõrgeimpordilistes keskkondades ja keerukates geomeetriates, samas kui matrixkehad sobivad paremini abrasiivsetesse kihinditesse.
Kuidas mõjutab lõhkuri suurus PDC-puurbiti jõudlust?
Suuremad lõhkjad suurendavad agressiivsust ja ROP-i, kuid vähendavad vastupidavust. Väiksemad lõhkjad parandavad kulumiskindlust, kuid võivad vähendada ROP-i.
Kui oluline on PDC-puurbiti disainis hüdraulikasüsteem?
Hüdraulikas on oluline puhtuse tagamiseks, jahtimiseks ja erosiooni ennetamiseks. CFD optimeerimine parandab jõudlust.
Kas PDC-puurbiti saab kohandada konkreetsete kihindite jaoks?
Jah, reguleeriga lõhkja tihedust, laba geomeetriat ja hüdraulikat.
Kuidas vibratsioonid mõjutavad PDC-puurbiti?
Liigne vibratsioon võib kahjustada lõikajat ja vähendada töövõimet. Tasakaalustatud disain aitab seda ohtu vähendada.
Milline on PDC puurite tehnoloogia tulevik?
Oodake rohkem termiliselt stabiilsemaid lõikajaid, hübriidprojekte ja integreerimist reaalajas puurimisoptimaliseerimise süsteemidega.
EN
