Rætt um að hámarka afköst PDC borbita til að ná auknum borhraða
Í borverkfræði er að gefa hámarksáhrif PDC (polycrystalline diamond composite) borbita að fullu spilun ein af lykilleiðunum til að bæta skilvirkni borunar. Þessi grein mun kanna djúpt hina beinu þættir sem hafa áhrif á aukningu borhraða PDC bora og greina sambandið milli mikils borþrýstings, mikils snúningshraða og tannþéttleika á borhraða og sliti PDC bora til að kanna orsakir ótímabærrar bilunar PDC bora og slitbúnaðar þeirra.
Fræðilegar rannsóknir hafa sýnt að borþrýstingur (þ.e. inndælingar dýpt borholunnar) og snúningshraði eru beinustu þættirnir sem hafa áhrif á vélrænan borhraða borholunnar og venjulega er línulegt samband á milli þeirra tveggja og vélræns borhraða. Hins vegar, í raunverulegum forritum, eiga sér stað ólínuleg viðbrögð oft á milli borþrýstings og vélræns borhraða. Tæknimenn á vettvangi rekja þetta oft til bilunar borkrona eða myndunarþátta, en í raun er ástæðan "óeðlilegir" þættir sem eiga sér stað við borun.
Þessir þættir eru ma:
1.Þættir sem hafa bein áhrif á afköst borsins eru meðal annars ás-, snúnings-, hliðar titringur borkronans (hringur, stafur-slippur, borstökk o.s.frv.), léleg botnhreinsun, leðjupakkning á skurðartönnum eða borbita, misleitni myndunar og misræmi milli steinbrotsaðferðar og myndunar.
2. Ekki-borarþættir sem hafa áhrif á orkuinntak borunar eru meðal annars flókin jarðfræðileg uppbygging sem takmarkar notkun á aflborunarverkfærum niðri í holu, slönguáhrif niður í holu, lág snúningsmörk toppdrifs og verkfæra, stórt hallahorn á holu krefst létts þrýstings og lyftingar, MWD og önnur merkisöfnun verkfæra, og vandamál með lárétta burðarhluti fyrir berg og þrýstingsstuðning við langa lárétta hluta.
Field practice abroad shows that under high drilling pressure (>200 kN), er borhraði PDC bora verulega bættur án þess að auka slit. Þessi niðurstaða er í andstöðu við „lágan borþrýsting, háhraða“ PDC borbitanotkunarregluna sem kínverskir bortæknimenn hafa lengi fylgt. Ályktunin um að „því hærra sem borþrýstingurinn er, því minni slits borabita“ var sannreynd með lóðréttu virkisturnrennibekknum til að klippa granít blautslípuprófið (VTL próf). Prófunarniðurstöðurnar sýna að undir sömu skurðarbreytum, því meiri inndælingardýpt PDC-skurðartanna (sem táknar hærri borþrýsting), því minna slitrúmmál, sem sannar réttmæti ályktunar.
1.Þegar PDC-borinn er í skilvirku bergbrotsástandi getur aukning borþrýstings dregið úr sliti borholunnar.
2 "PDC bora + hár borþrýstingur" ásamt aflborunarverkfærum niðri í holu (eins og skrúfur með háu togi osfrv.) getur í raun aukið vélrænan borhraða og dregið úr slit borbitanna.
3. Í hörðum bergmyndunum (eins og granít) halda vélrænni borhraði PDC borarsins og borþrýstingurinn enn línulegu sambandi og aukinn borþrýstingur getur í raun hægja á sliti borsins.
4.Sértæk útfærsla "PDC bora + hár borþrýstingur" er takmörkuð af raunverulegum borunarskilyrðum, en það er hægt að leysa með háþróaðri boratækni og búnaði.
Sambandið milli snúningshraða og slits á PDC skeri var rannsakað með því að nota VTL prófið (PDC cutter cutting granite). Prófunarniðurstöðurnar sýndu að slitrúmmál PDC skera eykst með aukningu á línulegum hraða (snúningshraða) og þegar línulegi hraði fer yfir ákveðinn þröskuld er slitrúmmál skera ekki lengur línulega tengt ferðafjarlægðinni og slithraðinn eykst verulega. Rannsóknir National Oilwell Corporation leiddu í ljós að við skilyrði „háhraða og lágs skurðar-“ mun hitastig skurðanna hækka hratt, sem veldur því að þau slitna og bila innan mjög stuttrar ferðafjarlægðar. Hins vegar geta núverandi gæði PDC skera fullnægt þörfum langtíma-og skilvirkrar borunar í flestum myndunum á háum hraða 400-500 sn./mín. Há-hraðaborunartæki með PDC borum eru einnig orðin algengur kostur fyrir erlendar boranir. Af þessum sökum var lögð til þriggja-háhraða-upp tæknilausn með „háum borþrýstingi + háhraða + PDC-bor með mikilli tannþéttleika“. Vettvangsprófanir hafa sannað að þessi lausn hefur stórbætt einhliða borunarupptökur og vélrænan borhraða PDC bora.
Til þess að kanna sambandið milli tannþéttleika borbitans (fjöldi blaða, stærð skurðartanna) og vélræns skarpskyggnihraða, var vettvangspróf framkvæmd í Luojia blokkinni í Shengli Oilfield. Niðurstöðurnar sýndu að algengt φ19,0 mm samsett stykki fjögurra-blaða SK419-YS PDC bor var með lægsta vélrænni skarpskyggni, en φ19,0 mm samsett stykki fimm-blaða SK519-YS PDC bor virkaði betur. Mesti vélrænni skarpskyggnihlutfallið var φ22,0 mm samsett stykki fimm blaða SK522-YS PDC bor, sem tók upp stórt tönn hratt skurðarhraða hönnun.
1. Kostir "fáum blaða, stórum blöðum" bora er hægt að ná að fullu með því að bæta við borunarbreytur.
2. Svo lengi sem nægilegur borþrýstingur, tog, dæluþrýstingur og tilfærsla er til staðar til að tryggja kraftmikið jafnvægi "að borða inn, skera niður og losa í tíma", getur jafnvel PDC bor með mikilli-tannþéttleika með "mörgum blöðum og litlum tönnum" náð ákjósanlegri og hraðvirkri borun á háan-tönn.
Byggt á VTL prófunartækinu voru innanhússprófanir gerðar á φ6,0 mm nanó fjölkristölluðum demantsblokkum (NPD) strokkum. Niðurstöðurnar sýndu að NPD brotnaði fljótt eftir snertingu við granít og brotið var tiltölulega slétt. Í samanburði við PDC skera, þó NPD hafi mikla hörku (NPD hefur hörku 130-140 GPa, en PDC skeri hafa aðeins hörku 50-70 GPa), hefur NPD veikt höggþol og er enn erfitt að uppfylla hærri kröfur um borun og bergbrot. Þess vegna geta bergbrotsefni fyrir olíu- og gasboranir ekki í blindni stundað ofurháa hörku, heldur ættu þeir að leita að besta jafnvægi milli hörku og seiglu og tæknilegt stig efnisstyrks og seigleika samþættingar þarf stöðugt að bæta.
Áhrif kóbaltfjarlægingar á slitþol og höggþol PDC skera voru rannsökuð með VTL prófum. Niðurstöðurnar sýna að slitþol og hitastöðugleiki PDC skera er í raun bætt eftir afkóbalthreinsun, en höggþol afkóbaltaðra PDC skera er tiltölulega lélegt. Hratt slit PDC skera er háð tveimur skilyrðum: Annað er að skerarnir eru með stórar malabrúnir og malabrúnirnar hafa farið inn á ó-afkóbaltað svæði; hitt er að hitinn sem myndast við núninginn milli malabrúnanna og bergsins er nægur. Mælt er með því að nota auka færibreytur borunar (auka borþrýsting, auka tilfærslu osfrv.) á upphafsstigi PDC skera sem fara inn í holuna til að stytta ferðavegalengdina sem þarf til að ná sama myndefni, og til að losa afskurðinn og núningshitann tímanlega og hægja þannig á sliti skeranna.
Í stuttu máli getum við dregið eftirfarandi ályktanir:
1.Aukandi borþrýstingur getur náð aukningu á borhraða.
2.Borunarbreytuaukning er hentugur fyrir hraðaaukningu á harða bergi.
3.Að auka snúningshraðann mun auka vélrænan borhraða borans.
4.Tannþéttleiki (fjöldi blaða, stærð skeri, tannbil osfrv.) er einn af þeim þáttum sem hafa áhrif á vélrænan borhraða PDC bora, en það er ekki bein þáttur.
5. Sem stendur er slitþol PDC skera nógu gott til að tryggja langtímaborun á borum í einsleitum harðbergsmyndunum eins og sandsteini og graníti.
6.Þegar borað er í almennar myndanir, þarf PDC skeri ekki að vera afkóbaltað eða aðeins þurfa miðlungs afkóbalt. Fyrir mjög slípandi myndanir er mælt með því að nota PDC skeri með góðan hitastöðugleika og sterka slitþol og djúpa afkóbalthreinsun.
