Technologie vrtání a výroby | Co je rychlost vrtání – zvyšování nástrojů? Jak efektivně zlepšit efektivitu vrtání a snížit náklady?

1Vysoká teplotní odolnost Stejná tloušťka stěny Rychlost vrtání šroubů – rostoucí technologie

Vysokoteplotně odolný šroub se stejnou tloušťkou stěny je nástroj pro zvýšení rychlosti, speciálně navržený pro splnění požadavků na vysoký výkon a vysokou spolehlivost ve vrtacím průmyslu. Při používání tradičních vrtacích šroubů v důsledku vysokoteplotního prostředí a složitých pracovních podmínek často dochází k silnému opotřebení a únavovému poškození, což vede ke snížení účinnosti vrtání. Vysokoteplotně odolný šroub se stejnou tloušťkou stěny má však vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, která mu umožňuje udržovat stabilní mechanické vlastnosti ve vysokoteplotním prostředí, snižovat poruchy zařízení způsobené vysokými teplotami a tím zlepšovat rychlost vrtání.

1.1 Technický princip

Vrtací motor přímo pohání vrták, který láme horninu a vrtá, což umožňuje efektivnější přenos energie na vrták, snížení ztrát energie a optimalizaci pracovního výkonu vrtacích nástrojů. Je to proto, že motor přímo pohání vrták, což zabraňuje ztrátám výkonu způsobeným ztrátou převodového systému, takže se pro vrtání s lámáním horniny využívá více energie, což zvyšuje rychlost a účinnost vrtání. Pro další zlepšení odolnosti zařízení vůči vysokým teplotám používá vysokoteplotní šroub se stejnou tloušťkou stěny některé speciální vysokoteplotní materiály a technologie povrchové úpravy. Například jako hlavní materiál se používá vysoce legovaná ocel nebo je povrch zařízení podroben tepelnému zpracování nebo povlakování pro zlepšení odolnosti zařízení vůči vysokým teplotám. Protože stator má prefabrikovaný ocelový plášť se specifickým tvarem průřezu a poté je vstřikován lepidlem za vzniku tenké a stejně tloušťkové pryžové vrstvy, má motor větší točivý moment a může se přizpůsobit různým složitým geologickým podmínkám. Tato konstrukce zmenšuje mezeru mezi statorem a rotorem motoru, čímž se snižuje tření a opotřebení a prodlužuje se životnost a spolehlivost zařízení. Nástroj je také vybaven mechanickým blokovacím mechanismem nebo mechanismem snižujícím tření, který zlepšuje přesnost otáčení a stabilitu zařízení a zabraňuje snížení účinnosti vrtání způsobenému vibracemi nebo excentricitou šroubu.

1.2 Analýza adaptability

Z hlediska výkonu je vysokoteplotně odolný šroub se stejnou tloušťkou stěnyvrtací nástrojMá nejen všechny vlastnosti běžných šroubových motorů, ale také velkého točivého momentu, snadného startování a vysoké odolnosti proti přetížení, díky čemuž je vhodnější pro vrtání v hlubokých formacích s vysokou teplotou. Použitím přímého šroubu s malým kyvadlovým vrtacím nástrojem ve formacích s vysokým sklonem lze dosáhnout vysoké rychlosti vrtání s nízkým vrtacím tlakem a dosáhnout významného efektu snížení a prevence odchylek. Současně může konstrukce přímého šroubu také poskytnout stabilní podpůrnou sílu, která zabraňuje odchylce vrtáku ve formacích s vysokým sklonem, čímž se zlepšuje stabilita vrtání. Teoretický výzkum i aplikace v terénu ukazují, že technologie rychlého vrtání s použitím šroubů se stejnou tloušťkou stěny odolných vůči vysokým teplotám může výrazně zvýšit rychlost otáčení vrtáku na dně vrtu, přizpůsobit se prostředí s vysokou teplotou ve vrtu a efektivně optimalizovat kontrolu kvality vrtu. Zároveň může také snížit zatížení horního pohonu a točivý moment vrtacího nástroje a prodloužit životnost vrtacího nástroje. Ve srovnání s konvenční sestavou vrtacího nástroje PDC může tato metoda výrazně zlepšit účinnost vrtání a vykazovat vynikající komplexní ekonomické a technické účinky.

2Turbína + impregnovaný diamantový vrták – Zvyšující se technologie

Turbodrill je vrtací stroj, který dokáže přeměnit hydraulickou energii kapaliny na rotační mechanickou energii, čímž pohání vrták k otáčení a úderům a dosahuje vysokorychlostního a efektivního vrtání. Skládá se hlavně ze tří částí: turbínové sekce, univerzálního hřídele a převodového hřídele. Impregnovaný diamantový vrták je typ diamantového vrtáku. Jeho matrice je vyrobena slinováním diamantových polykrystalických částic na vnější straně matrice, což činí vrták agresivnějším. Matrice má určitou výšku, její vnější průměr je o něco větší než vnější průměr tělesa vrtáku a její vnitřní průměr je o něco menší než vnitřní průměr tělesa vrtáku. Vnější strana, vnitřní strana a spodní strana matrice jsou opatřeny vodními drážkami pro odvádění horninových úlomků a chlazení vrtáku proplachovací kapalinou. Matrice má dostatečnou tlakovou a rázovou pevnost, stejně jako vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Turbodrill a impregnovaný diamantový vrták jsou důležitými nástroji v procesu vrtání ropy a jejich společné použití může společně zlepšit účinnost vrtání a kvalitu vrtání.

2.1 Technický princip

Turbínová sekce je základní součástí turbovrtačky a skládá se ze statorů a rotorů turbíny, centrovacích ložisek, hlavních hřídelí a skříní. Dokáže přeměnit energii vrtné kapaliny na mechanickou energii otáčení hlavní hřídele. Její vnitřní struktura zahrnuje několik stupňů spárovaných statorů a rotorů. Když vrtná kapalina vstupuje do statoru podél vrtacího nástroje, stator ji vede určitým směrem a rychlostí a poté vstupuje do rotoru. V rotoru vrtná kapalina naráží na lopatky a vytváří určitý tlakový rozdíl, který způsobí otáčení rotoru. Tímto mechanismem se energie vrtné kapaliny přeměňuje na mechanickou energii, která pohání hřídel turbíny k otáčení.

Hlavní metodou drcení horniny impregnovanou diamantovou vrtákem je abrazivní drcení horniny, tj. použití diamantových částic k nepřetržitému broušení, škrábání a obrušování horniny působením axiální síly a krouticího momentu, aby se dosáhlo cíle drcení horniny. Diamantový vrták používající především tuto metodu drcení horniny má vysokou odolnost proti opotřebení, což mu umožňuje efektivně se vypořádat s vysoce abrazivními horninami v tvrdých až extrémně tvrdých abrazivních formacích a zlepšit účinnost vrtání a prodloužit životnost vrtáku.

2.2 Analýza adaptability

Turbovrtačka + impregnovaná diamantová vrtačka má celokovovou konstrukci, která má vyšší odolnost vůči vysokým teplotám a stabilnější vrtací účinek, což jí umožňuje stabilní práci i v extrémních podmínkách. To je obzvláště důležité při vrtání hlubokých a ultrahlubokých vrtů. Tato kombinace nástrojů má vynikající axiální vyvážení, které dokáže snížit boční vibrace, vytvořit hladkou trajektorii vrtu, snížit poškození stěny vrtu, čímž chrání vrtačku a další vrtací nástroje, a je prospěšná pro následné operace. Díky vysokorychlostním rotačním charakteristikám turbovrtačky může kombinace impregnované diamantové vrtačky a vysokorychlostní turbíny dosáhnout extrémně vysoké účinnosti vrtání v hlubokých formacích s vysokou tvrdostí a silnou abrazivností a výrazně zlepšit vrtací kapacitu.

3Rychlost vrtání s rázovým kladivem – Zvyšující se technologie

Momentový impaktor je čistě mechanický nástroj používaný hlavně k pomocnému rozbíjení hornin vrtáků PDC. Nástroj generuje tlakový spád prostřednictvím trysky s proměnným průtokem, čímž uvnitř vytváří zónu vysokého tlaku a zónu nízkého tlaku. Když na nástroj působí tlakový rozdíl, průtokový kanál se přepne a rázové kladivo a spouštěcí kladivo uvnitř nástroje se otáčejí vysokou rychlostí zpět. Rázové kladivo nepřetržitě naráží na nárazovou plochu, čímž přenáší nárazovou sílu na vrták a vytváří vysokofrekvenční pulzní točivý moment. Chytře přeměňuje energii vrtné kapaliny na torzní, vysokofrekvenční, rovnoměrnou a stabilní mechanickou nárazovou energii a přímo ji přenáší na vrták PDC, čímž udržuje vrták a dno vrtu neustále neporušené.

3.1 Technický princip

Vysokofrekvenční stabilní rázová síla 750krát/min až 1500krát/min, kterou poskytuje momentový impaktor, je ekvivalentní prořezávání formace několikrát za minutu. To umožňuje vrtáku prořezávat formaci, aniž by čekal, až kroucení nahromadí dostatečnou energii, což zcela mění provozní stav vrtáku. V tomto okamžiku má vrták dvě síly pro prořezávání formace: jednou je točivý moment poskytovaný otočným stolem a druhou je rázová síla poskytovaná momentovým impaktorem. Tyto dvě síly se přímo přenášejí na samotný vrták, takže točivý moment přenášený vrtnou trubkou může být plně využit k prořezávání formace bez ztráty. Kombinované působení tohoto točivého momentu a rázové síly může nejen výrazně zlepšit rychlost vrtání, ale také účinně snížit nebo eliminovat škodlivé vibrace vrtáku během vrtání v tvrdých formacích, chránit vrták, prodloužit jeho životnost a zároveň snížit únavovou pevnost ostatních vrtacích nástrojů a prodloužit životnost ostatních vrtacích nástrojů. Obrázek 1 znázorňuje stav napětí vrtné kolony konvenčního vrtacího nástroje a momentového impaktoru.

3.2 Analýza adaptability

Jakožto pokročilý vrtací nástroj má momentový impaktor rozumnou vnitřní mechanickou strukturu, žádné pryžové ani elektronické součástky a jen málo dílů. I v případě selhání je ekvivalentní vrtacímu substrátu, který se nepřetržitě otáčí společně s vrtákem PDC, aniž by to ovlivnilo nepřetržité vrtání, a není nutné vrták vypnout, takže má vysokou spolehlivost. Momentový impaktor je vhodný pro různé složité formace, zejména pro vyvřelé horniny se silnou abrazivností a špatnou vrtatelností. Zároveň se nástroj snadno ovládá. Při použití momentového impaktoru stačí jej pouze přímo připojit k rotačnímu nebo směrovému vrtacímu nástroji, což je jednoduché a pohodlné.

4Složený impaktor

Složený impaktor je pokročilé vrtací zařízení s uvnitř navrženým zařízením pro přeměnu energie, které dokáže přeměnit energii vrtné kapaliny na pulzní energii nárazu, čímž generuje stabilní vysokofrekvenční obvodové a axiální rázové síly. Tato pracovní metoda výrazně zlepšuje účinnost vrtáku při lámání horniny, účinně řeší problémy se zasekáváním a udržováním tlaku během vrtání, a tím dosahuje cíle zvýšení rychlosti. Složený impaktor má nejen torzní rázové charakteristiky a výhody momentového impaktoru, ale také inovativně kombinuje funkci axiálního nárazu..

složený impaktor

4.1 Technický princip

Vnitřní struktura kombinovaného impaktoru se skládá z čistě kovového mechanismu. Přeměňuje energii vrtné kapaliny na vysokofrekvenční a stabilní obvodovou a axiální energii nárazu pomocí reverzního mechanismu. Během vrtání konvenční vrtací sestavy, po vstupu vrtáku PDC do formace, musí akumulace energie horního vrtacího nástroje překročit určitou kritickou hodnotu, aby se zahájilo smykové lámání horniny. Naproti tomu kombinovaný impaktor přeměňuje energii vrtné kapaliny na energii nárazu, což poskytuje vysokofrekvenční a stabilní sílu nárazu pro vrták. Tímto způsobem může napětí při lámání horniny rychle dosáhnout kritického napětí pro smykové lámání formace, což výrazně zlepšuje smykovou účinnost vrtáku PDC. Zároveň je díky snížení kolísání napětí a točivého momentu při lámání horniny výhodné, aby vrták prováděl rovnoměrné řezání na dně vrtu, čímž se eliminuje okamžité extrémně vysoké namáhání vrtáku PDC u konvenčních vrtacích nástrojů. Namáhání vrtáku se tak stává rovnoměrnějším a stabilnějším, čímž se prodlužuje životnost vrtáku PDC a zvyšuje se pracovní délka jednoho vrtáku.

4.2 Analýza adaptability

Ve srovnání s momentovým impaktorem zvyšuje kombinovaný impaktor energii podélného nárazu. Teoreticky je jeho účinnost lámání hornin vyšší a je vhodnější pro použití v těsných formacích. Při stejné velikosti je optimální vrtací tlak kombinovaného impaktoru o něco vyšší než u momentového impaktoru. U kombinovaného impaktoru by měl mít použitý vrták silnější odolnost proti nárazu a vedle hlavních řezných zubů vrtáku jsou rozmístěny zuby tlumící nárazy, které vrták účinně chrání. Při vrtání v tvrdých formacích a vysoce abrazivních formacích lze výběrem vrtáků PDC řady HPM dosáhnout perfektní rovnováhy mezi rychlostí vrtání a délkou vrtné stopy.

5Závěry a perspektivy

Tento článek zkoumá a představuje běžné nástroje pro zvyšování rychlosti vrtání. Prostřednictvím analýzy principů, charakteristik a oblastí použití těchto nástrojů výsledky ukazují, že různé typy nástrojů pro zvyšování rychlosti vrtání jsou vhodné pro různé geologické podmínky a požadavky na vrtání. Zároveň je třeba vzhledem k různým nákladům na používání různých nástrojů zvážit výběr nástrojů pro zvyšování rychlosti vrtání i z ekonomického hlediska.

Pro budoucí výzkum se doporučuje provádět z následujících hledisek: dále studovat mechanismus fungování nástrojů pro zvyšování rychlosti vrtání, optimalizovat konstrukci nástrojů a zlepšit jejich adaptabilitu a efektivitu; kombinovat technologie, jako je umělá inteligence a velká data, k realizaci inteligence a dálkového monitorování nástrojů pro zvyšování rychlosti vrtání a ke zlepšení bezpečnosti a efektivity vrtných operací; rozšířit uplatnění nástrojů pro zvyšování rychlosti vrtání v dalších oblastech, jako jsou vodní vrty, plynové vrty a geotermální vrty, s cílem uspokojit potřeby sociálního a ekonomického rozvoje.

Kontakt: Jessie Zhou

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