Technológia vŕtania a výroby | Čo je rýchlosť vŕtania – zvyšujúce sa nástroje? Ako efektívne zlepšiť efektivitu vŕtania a znížiť náklady?

1Vysoká – teplotná odolnosť, rovnaká – hrúbka steny, rýchlosť vŕtania skrutiek – rastúca technológia

Vysokoteplotne odolná skrutka s rovnakou hrúbkou steny je nástroj na zvýšenie rýchlosti, špeciálne navrhnutý tak, aby spĺňal požiadavky vysokého výkonu a vysokej spoľahlivosti vo vŕtacom priemysle. Počas používania tradičných vŕtacích skrutiek v dôsledku vysokoteplotného prostredia a zložitých pracovných podmienok často dochádza k silnému opotrebovaniu a poškodeniu únavou materiálu, čo vedie k zníženiu účinnosti vŕtania. Vysokoteplotne odolná skrutka s rovnakou hrúbkou steny má však vynikajúcu odolnosť voči vysokým teplotám, ktorá umožňuje udržiavať stabilné mechanické vlastnosti vo vysokoteplotnom prostredí, znižovať poruchy zariadení spôsobené vysokými teplotami a tým zvyšovať rýchlosť vŕtania.

1.1 Technický princíp

Vrtný motor priamo poháňa vrták na lámanie hornín a vŕtanie, čo umožňuje efektívnejší prenos energie na vrták, zníženie energetických strát a optimalizáciu pracovného výkonu vrtných nástrojov. Je to preto, že motor priamo poháňa vrták, čo zabraňuje stratám výkonu spôsobeným stratou prevodového systému, takže sa na lámanie hornín využíva viac energie, čím sa zvyšuje rýchlosť a účinnosť vŕtania. Na ďalšie zlepšenie odolnosti zariadenia voči vysokým teplotám sa vo vysokoteplotnej skrutke s rovnakou hrúbkou steny používajú špeciálne vysokoteplotné materiály a technológie povrchovej úpravy. Napríklad ako hlavný materiál sa používa vysokolegovaná oceľ alebo sa povrch zariadenia tepelne upravuje alebo poťahuje, aby sa zlepšila jeho odolnosť voči vysokým teplotám. Keďže stator má prefabrikovaný oceľový plášť so špecifickým tvarom prierezu a potom sa naň vstrekuje lepidlo, čím sa vytvorí tenká a rovnako hrubá gumová vrstva, motor má väčší krútiaci moment a dokáže sa prispôsobiť rôznym zložitým geologickým podmienkam. Táto konštrukcia zmenšuje medzeru medzi statorom a rotorom motora, čím sa znižuje trenie a opotrebovanie a zvyšuje sa životnosť a spoľahlivosť zariadenia. Nástroj tiež využíva mechanické blokovanie alebo mechanizmus na zníženie trenia, ktorý zlepšuje presnosť otáčania a stabilitu zariadenia a zabraňuje zníženiu účinnosti vŕtania spôsobenému vibráciami alebo excentricitou skrutky.

1.2 Analýza adaptability

Z hľadiska výkonu je skrutka s rovnakou hrúbkou steny odolná voči vysokým teplotámvŕtací nástrojNielenže má všetky vlastnosti bežných skrutkových motorov, ale má aj vlastnosti veľkého krútiaceho momentu, ľahkého štartovania a silnej odolnosti proti preťaženiu, vďaka čomu je vhodnejší na vŕtanie v hlbokých formáciách s vysokou teplotou. Použitím priamej skrutky s malým kyvadlovým vŕtacím nástrojom vo formáciách s vysokým sklonom je možné dosiahnuť vysokú rýchlosť vŕtania pri nízkom vŕtacom tlaku a dosiahnuť významný efekt zníženia a prevencie odchýlok. Zároveň konštrukcia priamej skrutky môže tiež poskytnúť stabilnú opornú silu, aby sa zabránilo odchýlke vrtáka vo formáciách s vysokým sklonom, čím sa zlepšuje stabilita vŕtania. Teoretický výskum aj aplikácie na mieste ukazujú, že technológia rýchleho vŕtania s použitím skrutiek s rovnakou hrúbkou steny odolných voči vysokým teplotám môže výrazne zvýšiť rýchlosť otáčania vrtáka na dne vrtu, prispôsobiť sa prostrediu s vysokou teplotou v hĺbke vrtu a efektívne optimalizovať kontrolu kvality vrtu. Zároveň môže tiež znížiť zaťaženie horného pohonu a krútiaci moment vŕtacieho nástroja a predĺžiť životnosť vŕtacieho nástroja. V porovnaní s konvenčnou zostavou vŕtacieho nástroja PDC môže táto metóda výrazne zlepšiť účinnosť vŕtania a vykazovať vynikajúce komplexné ekonomické a technické účinky.

2Turbína + impregnovaný diamantový vrták – Zvyšujúca sa rýchlosť – Zvyšujúca sa technológia

Turbodrúčka je vrtný elektrický nástroj, ktorý dokáže premeniť hydraulickú energiu kvapaliny na rotačnú mechanickú energiu, čím poháňa vrták k rotácii a úderom a dosahuje vysokorýchlostné a efektívne vŕtanie. Skladá sa hlavne z troch častí: turbínovej sekcie, univerzálneho hriadeľa a prevodového hriadeľa. Impregnovaná diamantová vrtáčka je typ diamantovej vrtáčky. Jej matrica je vyrobená spekaním diamantových polykryštalických častíc na vonkajšej strane matrice, čo robí vrták agresívnejším. Matrica má určitú výšku, jej vonkajší priemer je o niečo väčší ako vonkajší priemer tela vrtáka a jej vnútorný priemer je o niečo menší ako vnútorný priemer tela vrtáka. Vonkajšia strana, vnútorná strana a spodná strana matrice sú vybavené vodnými drážkami na odvádzanie horninových úlomkov a chladenie vrtáka preplachovacou kvapalinou. Matrica má dostatočnú pevnosť v tlaku a údere, ako aj vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Turbodrúčka a impregnovaná diamantová vrtáčka sú dôležitými nástrojmi v procese vŕtania ropy a ich spoločné použitie môže spoločne zlepšiť účinnosť vŕtania a kvalitu vŕtania.

2.1 Technický princíp

Turbínová sekcia je jadrom turbovrtáka a skladá sa zo statorov a rotorov turbíny, centrálnych ložísk, hlavných hriadeľov a puzdier. Dokáže premieňať energiu vrtnej kvapaliny na mechanickú energiu otáčania hlavného hriadeľa. Jej vnútorná štruktúra zahŕňa viacero stupňov párovania statorov a rotorov. Keď vrtná kvapalina vstupuje do statora pozdĺž vŕtacieho nástroja, stator ju vedie určitým smerom a rýchlosťou a potom vstupuje do rotora. V rotore vrtná kvapalina naráža na lopatky a vytvára určitý tlakový rozdiel, ktorý spôsobuje otáčanie rotora. Prostredníctvom tohto mechanizmu sa energia vrtnej kvapaliny premieňa na mechanickú energiu, ktorá poháňa hriadeľ turbíny.

Hlavnou metódou lámania hornín impregnovaným diamantovým vrtákom je abrazívne lámanie hornín, teda použitie diamantových častíc na kontinuálne brúsenie, škrabanie a obrusovanie horniny pôsobením axiálnej sily a krútiaceho momentu, aby sa dosiahol cieľ lámania horniny. Diamantový vrták používaný najmä touto metódou lámania hornín má vysokú odolnosť proti opotrebovaniu, čo umožňuje účinne pracovať s vysoko abrazívnymi horninami v tvrdých až extrémne tvrdých abrazívnych formáciách a zlepšuje účinnosť vŕtania a životnosť vrtáka.

2.2 Analýza adaptability

Turbodrill + impregnovaný diamantový vrták má celokovovú konštrukciu, ktorá má vyššiu odolnosť voči vysokým teplotám a stabilnejší vŕtací účinok, čo mu umožňuje stabilnú prácu aj v extrémnych podmienkach. To je obzvlášť dôležité pri vŕtaní hlbokých a ultrahlbokých vrtov. Táto kombinácia nástrojov má vynikajúci axiálny výkon, ktorý dokáže znížiť bočné vibrácie, vytvoriť hladkú trajektóriu vrtu, znížiť poškodenie steny vrtu, čím chráni vrták a ďalšie vrtné nástroje a je prospešná pre následné operácie. Vďaka vysokorýchlostným rotačným charakteristikám turbodrillu môže kombinácia impregnovaného diamantového vrtáka a vysokorýchlostnej turbíny dosiahnuť extrémne vysokú účinnosť vŕtania v hlbokých formáciách s vysokou tvrdosťou a silnou abrazívnosťou a výrazne zlepšiť vŕtaciu kapacitu.

3Rýchlosť vŕtania s rázovým kladivom – Zvyšujúca sa technológia

Impaktor momentu je čisto mechanický nástroj používaný hlavne na pomocné rozbíjanie hornín vrtákmi PDC. Nástroj generuje pokles tlaku cez trysku s premenlivým prietokom, čím vytvára vo vnútri vysokotlakovú zónu a nízkotlakovú zónu. Keď na nástroj pôsobí tlakový rozdiel, prietokový kanál sa prepne tak, že rázové kladivo a štartovacie kladivo vo vnútri nástroja sa otáčajú vysokou rýchlosťou spätne. Rázové kladivo nepretržite naráža na nárazovú plochu, čím prenáša nárazovú silu na vrták a vytvára vysokofrekvenčný impulzný krútiaci moment. Inteligentne premieňa energiu vrtnej kvapaliny na torznú, vysokofrekvenčnú, rovnomernú a stabilnú mechanickú nárazovú energiu a priamo ju prenáša na vrták PDC, čím udržiava vrták a dno vrtu neustále neprerušované.

3.1 Technický princíp

Vysokofrekvenčná stabilná nárazová sila 750-krát/min až 1500-krát/min, ktorú poskytuje momentový impaktor, je ekvivalentná viacnásobnému prerezaniu formácie za minútu. To umožňuje vrtáku prerezať formáciu bez čakania na to, kým krútiaci moment nahromadí dostatočnú energiu, čím sa úplne zmení prevádzkový stav vrtáka. V tomto čase má vrták dve sily na prerezanie formácie: jednou je krútiaci moment poskytovaný otočným stolom a druhou je nárazová sila poskytovaná momentovým impaktorom. Tieto dve sily sa priamo prenášajú na samotný vrták, takže krútiaci moment prenášaný vrtnou rúrkou môže byť plne využitý na prerezanie formácie bez odpadu. Kombinované pôsobenie tohto krútiaceho momentu a nárazovej sily môže nielen výrazne zlepšiť rýchlosť vŕtania, ale aj účinne znížiť alebo eliminovať škodlivé vibrácie vrtáka počas vŕtania v tvrdých formáciách, chrániť vrták, predĺžiť jeho životnosť a zároveň znížiť únavovú pevnosť iných vŕtacích nástrojov a predĺžiť životnosť iných vŕtacích nástrojov. Obrázok 1 znázorňuje stav napätia vrtnej kolóny konvenčného vŕtacieho nástroja a momentového impaktora.

3.2 Analýza adaptability

Ako pokročilý vŕtací nástroj má momentový impaktor rozumnú vnútornú mechanickú štruktúru, žiadne gumené časti a elektronické súčiastky a málo dielov. Aj keď zlyhá, je ekvivalentom pomocného vrtáka, ktorý sa nepretržite otáča spolu s vrtákom PDC bez ovplyvnenia nepretržitého vŕtania, a nie je potrebné vypínať vŕtačku, takže má vysokú spoľahlivosť. Momentový impaktor je vhodný pre rôzne zložité formácie, najmä pre vyvreté horniny so silnou abrazivnosťou a slabou vŕtateľnosťou. Zároveň sa nástroj ľahko ovláda. Pri použití momentového impaktora stačí ho priamo pripojiť k rotačnému alebo smerovému vŕtaciemu nástroju, čo je jednoduché a pohodlné.

4Zložený impaktor

Zložený impaktor je pokročilé vŕtacie zariadenie s vnútorným zariadením na konverziu energie, ktoré dokáže premieňať energiu vrtnej kvapaliny na pulznú energiu nárazu, čím generuje stabilné vysokofrekvenčné obvodové a axiálne nárazové sily. Táto pracovná metóda výrazne zlepšuje účinnosť vrtáka pri lámaní hornín, účinne rieši problémy so zasekávaním a šmykom a udržiavaním tlaku počas vŕtania, a tým dosahuje cieľ zvýšenia rýchlosti. Zložený impaktor má nielen torzné nárazové charakteristiky a výhody momentového impaktora, ale inovatívne kombinuje aj funkciu axiálneho nárazu..

zložený impaktor

4.1 Technický princíp

Vnútorná štruktúra kombinovaného impaktora pozostáva z čisto kovového mechanizmu. Premieňa energiu vrtnej kvapaliny na vysokofrekvenčnú a stabilnú obvodovú a axiálnu energiu nárazu pomocou reverzného mechanizmu. Počas vŕtania s konvenčnou zostavou vrtného nástroja, po vstupe vrtáka PDC do formácie, musí akumulácia energie horného vrtáka prekročiť určitú kritickú hodnotu, aby sa začalo lámanie horniny. Naproti tomu kombinovaný impaktor premieňa energiu vrtnej kvapaliny na energiu nárazu, čím poskytuje vrtáku vysokofrekvenčnú a stabilnú silu nárazu. Týmto spôsobom môže napätie pri lámaní horniny rýchlo dosiahnuť kritické napätie pre lámanie horniny, čo výrazne zlepšuje účinnosť lámania vrtáka PDC. Zároveň je vďaka zníženiu kolísania napätia pri lámaní horniny a krútiaceho momentu výhodné, aby vrták vykonával rovnomerné rezanie na dne vrtu, čím sa eliminuje okamžité extrémne vysoké namáhanie vrtáka PDC pri konvenčných vŕtacích nástrojoch. Namáhanie vrtáka sa tak stáva rovnomernejším a stabilnejším, čím sa predlžuje životnosť vrtáka PDC a zvyšuje sa pracovná dĺžka jedného vrtáka.

4.2 Analýza adaptability

V porovnaní s momentovým impaktorom zvyšuje zložený impaktor energiu pozdĺžneho nárazu. Teoreticky je jeho účinnosť lámania hornín vyššia a je vhodnejší na použitie v tesných formáciách. Pri rovnakej veľkosti je optimálny vŕtací tlak zloženého impaktora o niečo vyšší ako pri momentovom impaktore. V prípade zloženého impaktora by mal mať použitý vrták silnejšiu odolnosť voči nárazu a vedľa hlavných rezných zubov vrtáka by mali byť rozmiestnené zuby tlmiace nárazy, ktoré účinne chránia vrták. Pri vŕtaní do tvrdých formácií a vysoko abrazívnych formácií môže výber vrtákov PDC série HPM dosiahnuť dokonalú rovnováhu medzi rýchlosťou vŕtania a dĺžkou vŕtania.

5Závery a perspektívy

Tento článok skúma a predstavuje bežné nástroje na zvyšovanie rýchlosti vŕtania. Prostredníctvom analýzy princípov, charakteristík a oblastí použitia týchto nástrojov výsledky ukazujú, že rôzne typy nástrojov na zvyšovanie rýchlosti vŕtania sú vhodné pre rôzne geologické podmienky a požiadavky na vŕtanie. Zároveň, vzhľadom na rôzne náklady na používanie rôznych nástrojov, je potrebné zvážiť výber nástrojov na zvyšovanie rýchlosti vŕtania aj z ekonomického hľadiska.

Pre budúci výskum sa odporúča vykonávať ho z nasledujúcich hľadísk: ďalej študovať mechanizmus fungovania nástrojov na zvyšovanie rýchlosti vŕtania, optimalizovať dizajn nástrojov a zlepšiť ich prispôsobivosť a účinnosť; kombinovať technológie ako umelá inteligencia a veľké dáta na realizáciu inteligencie a diaľkového monitorovania nástrojov na zvyšovanie rýchlosti vŕtania a zlepšiť bezpečnosť a účinnosť vŕtacích operácií; rozšíriť uplatnenie nástrojov na zvyšovanie rýchlosti vŕtania v iných oblastiach, ako sú vodné vrty, plynové vrty a geotermálne vrty, s cieľom uspokojiť potreby sociálneho a ekonomického rozvoja.

Kontakt: Jessie Zhou

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