Tecnologia di perforazione e produzione | Cosa sono gli strumenti per aumentare la velocità di perforazione? Come migliorare efficacemente l'efficienza di perforazione e ridurre i costi?

1Tecnologia di foratura a vite ad alta resistenza alle alte temperature e a spessore di parete uguale – Velocità di foratura in aumento

La vite a spessore uniforme resistente alle alte temperature è uno strumento ad alta velocità appositamente progettato per soddisfare le esigenze di elevate prestazioni e affidabilità nel settore della perforazione. Durante l'utilizzo delle viti di perforazione tradizionali, a causa dell'ambiente ad alta temperatura e delle complesse condizioni di lavoro, si verificano spesso usura e danni da fatica, con conseguente riduzione dell'efficienza di perforazione. La vite a spessore uniforme resistente alle alte temperature, invece, possiede un'eccellente resistenza alle alte temperature, che le consente di mantenere stabili le proprietà meccaniche in un ambiente ad alta temperatura, riducendo i guasti alle apparecchiature causati dalle alte temperature e migliorando così la velocità di perforazione.

1.1 Principio tecnico

Il motore di fondo pozzo aziona direttamente la punta di perforazione per rompere la roccia e perforare, consentendo una trasmissione più efficiente della potenza alla punta, riducendo le perdite di energia e ottimizzando le prestazioni degli utensili di fondo pozzo. Questo perché il motore aziona direttamente la punta di perforazione, evitando le perdite di potenza causate dal sistema di trasmissione, in modo che una maggiore energia venga utilizzata per la perforazione di rottura della roccia, migliorando la velocità e l'efficienza di perforazione. Per migliorare ulteriormente la resistenza alle alte temperature dell'apparecchiatura, la vite a spessore uniforme resistente alle alte temperature adotta materiali speciali e tecnologie di trattamento superficiale resistenti alle alte temperature. Ad esempio, viene utilizzato acciaio ad alta lega come materiale principale oppure la superficie dell'apparecchiatura viene sottoposta a trattamento termico o a trattamento di rivestimento per migliorarne la resistenza alle alte temperature. Poiché lo statore adotta un guscio in acciaio prefabbricato con una specifica forma della sezione trasversale e successivamente viene iniettato con colla per formare un sottile strato di gomma di spessore uniforme, il motore ha una maggiore coppia in uscita e può adattarsi a diverse condizioni geologiche complesse. Questa struttura riduce lo spazio tra lo statore e il rotore del motore, diminuendo così l'attrito e l'usura e migliorando la durata e l'affidabilità dell'apparecchiatura. L'utensile adotta inoltre un meccanismo di bloccaggio meccanico o di riduzione dell'attrito per migliorare la precisione e la stabilità di rotazione dell'apparecchiatura ed evitare la diminuzione dell'efficienza di foratura causata da vibrazioni o eccentricità della vite.

1.2 Analisi di adattabilità

In termini di prestazioni, la vite a spessore di parete uguale resistente alle alte temperatureutensile di perforazioneNon solo possiede tutte le caratteristiche dei normali motori a vite, ma anche quelle di una coppia elevata, un avviamento facile e una forte resistenza al sovraccarico, risultando più adatto alle operazioni di perforazione in formazioni profonde ad alta temperatura. Utilizzando una vite diritta con un piccolo utensile di perforazione a pendolo in formazioni ad alta inclinazione, è possibile ottenere un'elevata velocità di perforazione con una bassa pressione, riducendo e prevenendo significativamente le deviazioni. Allo stesso tempo, il design della vite diritta fornisce anche una forza di supporto stabile per impedire la deviazione della punta di perforazione in formazioni ad alta inclinazione, migliorando così la stabilità della perforazione. Sia la ricerca teorica che le applicazioni sul campo dimostrano che la tecnologia di perforazione rapida che utilizza viti a spessore di parete uniforme resistenti alle alte temperature può aumentare significativamente la velocità di rotazione della punta di perforazione sul fondo del pozzo, adattarsi all'ambiente ad alta temperatura del pozzo e ottimizzare efficacemente il controllo della qualità del pozzo. Allo stesso tempo, può anche ridurre il carico del top drive e la coppia dell'utensile di perforazione, prolungandone la durata. Rispetto al tradizionale sistema di assemblaggio degli utensili di perforazione PDC, questo metodo può migliorare notevolmente l'efficienza di perforazione e mostrare eccellenti vantaggi economici e tecnici complessivi.

2Turbina + Punta diamantata impregnata: velocità in continua evoluzione tecnologica.

La turbina di perforazione è un utensile di potenza per pozzi petroliferi in grado di convertire l'energia idraulica del fluido in energia meccanica rotazionale, azionando così la punta di perforazione in rotazione e impatto, e realizzando una perforazione ad alta velocità ed efficienza. È composta principalmente da tre parti: la sezione della turbina, l'albero universale e l'albero di trasmissione. La punta diamantata impregnata è un tipo di punta diamantata. La sua matrice è realizzata sinterizzando particelle policristalline di diamante sulla superficie esterna, il che rende la punta più aggressiva. La matrice ha una certa altezza, il suo diametro esterno è leggermente maggiore del diametro esterno del corpo della punta e il suo diametro interno è leggermente inferiore al diametro interno del corpo della punta. La superficie esterna, interna e inferiore della matrice sono dotate di scanalature per l'acqua per scaricare i detriti di roccia e raffreddare la punta tramite il fluido di lavaggio. La matrice possiede un'adeguata resistenza alla compressione e all'impatto, nonché un'elevata durezza e resistenza all'usura. La turbina di perforazione e la punta diamantata impregnata sono strumenti importanti nel processo di perforazione petrolifera e il loro utilizzo combinato può migliorare congiuntamente l'efficienza e la qualità della perforazione.

2.1 Principio tecnico

La sezione turbina è il componente principale della trivella turbo, composta da statori e rotori, cuscinetti di centraggio, alberi principali e carter. Essa converte l'energia del fluido di perforazione in energia meccanica, generando la rotazione dell'albero principale. La sua struttura interna comprende più stadi di statori e rotori accoppiati. Quando il fluido di perforazione entra nello statore attraverso l'utensile di perforazione, lo statore lo guida conferendogli una determinata direzione e velocità, per poi farlo entrare nel rotore. All'interno del rotore, il fluido di perforazione impatta sulle pale generando una differenza di pressione che ne provoca la rotazione. Attraverso questo meccanismo, l'energia del fluido di perforazione viene convertita in energia meccanica che aziona l'albero della turbina, mettendolo in rotazione.

Il principale metodo di frantumazione della roccia utilizzato nelle punte diamantate impregnate è la frantumazione abrasiva, ovvero l'utilizzo di particelle di diamante per levigare, graffiare e abradere continuamente la roccia sotto l'azione di forza assiale e coppia, al fine di frantumarla. Le punte diamantate che utilizzano principalmente questo metodo di frantumazione presentano un'elevata resistenza all'usura, che consente di affrontare efficacemente rocce altamente abrasive in formazioni dure o estremamente dure, migliorando l'efficienza di perforazione e la durata della punta.

2.2 Analisi di adattabilità

La combinazione tra turbotrapano e punta diamantata impregnata adotta una struttura interamente metallica, che offre una maggiore resistenza alle alte temperature e un effetto di perforazione più stabile, consentendo un funzionamento stabile anche in ambienti estremi. Ciò è particolarmente importante nelle operazioni di perforazione di pozzi profondi e ultra-profondi. Questa combinazione di utensili presenta un'eccellente stabilità assiale, che riduce le vibrazioni laterali, genera una traiettoria di perforazione più fluida, minimizza i danni alle pareti del pozzo, proteggendo così la punta e gli altri utensili di fondo pozzo, a vantaggio delle operazioni successive. Grazie all'elevata velocità di rotazione del turbotrapano, la combinazione della punta diamantata impregnata e della turbina ad alta velocità consente di ottenere un'efficienza di perforazione estremamente elevata in formazioni profonde con elevata durezza e forte abrasività, migliorando notevolmente la capacità di perforazione.

3Velocità di perforazione con impattatore di coppia: una tecnologia in continua evoluzione.

Il martello a impatto è un utensile meccanico puro utilizzato principalmente per la frantumazione ausiliaria della roccia delle punte PDC. L'utensile genera una caduta di pressione attraverso un ugello a flusso variabile, creando al suo interno una zona ad alta pressione e una a bassa pressione. Quando la differenza di pressione agisce sull'utensile, il canale di flusso si commuta, facendo ruotare ad alta velocità il martello a impatto e il martello di avviamento al suo interno. Il martello a impatto colpisce continuamente la superficie di impatto, trasmettendo così la forza d'impatto alla punta di perforazione e generando una coppia pulsata ad alta frequenza. In questo modo, converte in modo intelligente l'energia del fluido di perforazione in energia d'impatto meccanica torsionale, ad alta frequenza, uniforme e stabile, trasmettendola direttamente alla punta PDC e mantenendo la punta di perforazione e il fondo del pozzo in posizione costante.

3.1 Principio tecnico

L'elevata frequenza e la forza d'impatto stabile, pari a 750-1500 colpi al minuto, fornite dall'impattore di coppia, equivalgono a tagliare la formazione più volte al minuto. Ciò consente alla punta di perforazione di tagliare la formazione senza dover attendere che la torsione accumuli energia sufficiente, modificando completamente le modalità operative della punta stessa. In questo modo, la punta di perforazione dispone di due forze per tagliare la formazione: la coppia generata dalla tavola rotante e la forza d'impatto fornita dall'impattore di coppia. Queste due forze vengono trasmesse direttamente alla punta di perforazione, in modo che la coppia trasmessa dalla colonna di perforazione possa essere utilizzata appieno per tagliare la formazione senza sprechi. L'azione combinata di coppia e forza d'impatto non solo migliora significativamente la velocità di perforazione, ma riduce o elimina efficacemente le vibrazioni dannose della punta di perforazione durante la perforazione in formazioni dure, proteggendo la punta, prolungandone la durata e, allo stesso tempo, riducendo la fatica degli altri utensili di perforazione e prolungandone la vita utile. La Figura 1 mostra lo stato di sollecitazione della colonna di perforazione in fondo pozzo con l'utensile di perforazione convenzionale e con l'impattore di coppia.

3.2 Analisi di adattabilità

Il trapano a percussione, in quanto strumento di perforazione avanzato, presenta una struttura meccanica interna razionale, priva di parti in gomma e componenti elettronici, e con un numero ridotto di parti. Anche in caso di guasto, è sufficiente una punta da trapano che ruota continuamente insieme alla punta PDC senza interrompere la perforazione, eliminando la necessità di interrompere l'operazione e garantendo un'elevata affidabilità. Il trapano a percussione è adatto a diverse formazioni complesse, in particolare a quelle ignee, caratterizzate da forte abrasività e scarsa perforabilità. Allo stesso tempo, lo strumento è facile da usare. Per utilizzarlo, è sufficiente collegarlo direttamente alla perforatrice rotante o direzionale, rendendo l'operazione semplice e pratica.

4Impattatore composto

L'impattore composito è un'attrezzatura di perforazione avanzata dotata di un dispositivo di conversione energetica interno, in grado di convertire l'energia del fluido di perforazione in energia d'impatto pulsata, generando così forze d'impatto circonferenziali e assiali stabili ad alta frequenza. Questo metodo di lavoro migliora significativamente l'efficienza di frantumazione della roccia della punta di perforazione, risolve efficacemente i problemi di stick-slip e di mantenimento della pressione durante la perforazione, consentendo di raggiungere l'obiettivo di un aumento della velocità. L'impattore composito non solo possiede le caratteristiche e i vantaggi dell'impatto torsionale dell'impattore a coppia, ma combina in modo innovativo anche la funzione di impatto assiale..

impattore composto

4.1 Principio tecnico

La struttura interna dell'impattore composito è costituita da componenti interamente metallici. Attraverso un meccanismo di inversione, converte l'energia del fluido di perforazione in energia d'impatto circonferenziale e assiale stabile e ad alta frequenza. Durante la perforazione con un sistema di perforazione convenzionale, dopo l'ingresso della punta PDC nella formazione, l'energia accumulata dalla punta deve superare un certo valore critico per iniziare la frantumazione della roccia. Al contrario, l'impattore composito converte l'energia del fluido di perforazione in energia d'impatto, fornendo alla punta una forza d'impatto stabile e ad alta frequenza. In questo modo, la sollecitazione di frantumazione della roccia può raggiungere rapidamente il valore critico per la frantumazione della formazione, migliorando notevolmente l'efficienza di taglio della punta PDC. Allo stesso tempo, grazie alla riduzione delle fluttuazioni della sollecitazione e della coppia di frantumazione, la punta effettua un taglio uniforme sul fondo del pozzo, eliminando le sollecitazioni istantanee estremamente elevate a cui è sottoposta la punta PDC con i sistemi di perforazione convenzionali. Pertanto, la sollecitazione sulla punta del trapano diventa più uniforme e stabile, prolungando così la durata della punta PDC e aumentando la lunghezza di lavoro di una singola punta.

4.2 Analisi di adattabilità

Rispetto al perforatore a impatto di coppia, il perforatore a impatto composito aumenta l'energia dell'impatto longitudinale. Teoricamente, la sua efficienza di frantumazione della roccia è maggiore ed è più adatto all'uso in formazioni compatte. A parità di dimensioni, la pressione di perforazione ottimale del perforatore a impatto composito è leggermente superiore a quella del perforatore a impatto di coppia. Per il perforatore a impatto composito, la punta di perforazione utilizzata deve avere una maggiore resistenza agli urti e presentare denti ammortizzanti distribuiti accanto ai denti di taglio principali, che proteggono efficacemente la punta. Quando si perfora in formazioni dure e altamente abrasive, la scelta delle punte PDC della serie HPM consente di ottenere un perfetto equilibrio tra velocità di perforazione e lunghezza di perforazione.

5Conclusioni e prospettive

Questo articolo studia e presenta i comuni strumenti per l'aumento della velocità di perforazione. Attraverso l'analisi dei principi, delle caratteristiche e degli ambiti di applicazione di questi strumenti, i risultati mostrano che diverse tipologie di strumenti per l'aumento della velocità di perforazione sono adatte a diverse condizioni geologiche ed esigenze di perforazione. Allo stesso tempo, a causa dei diversi costi di utilizzo dei vari strumenti, la scelta di questi strumenti per l'aumento della velocità di perforazione deve essere considerata anche da una prospettiva economica.

Per la ricerca futura, si suggerisce di concentrarsi sui seguenti aspetti: approfondire il meccanismo di funzionamento degli strumenti per l'aumento della velocità di perforazione, ottimizzare la progettazione degli strumenti e migliorarne l'adattabilità e l'efficienza; combinare tecnologie come l'intelligenza artificiale e i big data per realizzare il monitoraggio intelligente e remoto degli strumenti per l'aumento della velocità di perforazione e migliorare la sicurezza e l'efficienza delle operazioni di perforazione; estendere l'applicazione degli strumenti per l'aumento della velocità di perforazione ad altri settori, come pozzi d'acqua, pozzi di gas e pozzi geotermici, per soddisfare le esigenze dello sviluppo socio-economico.

Contatto: Jessie Zhou

Cellulare/Whatsapp: +0086-18109206861
E-mail:landrill@landrilltools.com
Web:www.landrilltools.com