Оқ тәрізді тістер мен жеке роликті бұрғылар: Жобаңызға дұрыс құралды таңдау

Тау жыныстарының қаттылығына сәйкестік: Бұрғылау басының конструкциясын тау жынысының беріктігіне сәйкестендіру

Дұрыс бұрғылау басын таңдау — ол құлақ ғанаушылары немесе тек бөлшектер біті — тау жынысының қаттылығына, яғни бір осьтік сығылу беріктігіне (UCS) негізделеді. Сәйкессіз құралдар тозуды жеделдетеді, тиімділікті төмендетеді және жоба шығындарын көтереді.

Неге оқ тістері жұмсақтан орташа қатты тау жыныстарында (UCS < 80 МПа) жақсы көрсеткіш көрсетеді

Баллистикалық тістер көпшілікте бір-бірімен байланыспаған тастарды ыдырату үшін күшті белгілі нүктелерге жинақтау арқылы жұмыс істейді. Бұл құралдардың ұзын вольфрам карбиді ұштары сланец немесе әктас сияқты жұмсақ материалдарға айтарлықтай бұралу күшін қажет етпей-ақ сіңеді. Сараптамалық сынақтар осы таужыныстар арқылы қазіргі моделдерге қарағанда 18–25 пайызға тезірек өту мүмкіндігін көрсетті. Олар негізінен сазды аймақтарда немесе басқа әдістердің тиімді кесуге емес, тек қана ұсақтауға ғана әсер ететін кішкентай тесіктері бар тастарда ерекше тиімді болады. Бірақ бұл құралдардың да кемшілігі бар. Кварц мол қабаттарда олардың ұштары күтілгендей емес, тезірек шашырайды, сондықтан операторлар осы нақты жағдайларда ұштардың тозуына назар аударуы керек.

Жеке роликті бұрғылау басым болатын жерлер: Қатты, абразивті қабаттар (UCS 100 МПа) және кварц мол тастар

Оқ тістері қиындықтарға ұшыраған кезде, жеке роликті бұрғылау басылары қиын бұрғылау жағдайларында жақсы өнімділік көрсетеді. Бұл басыларда жұмыс жүктемесін бірнеше карбидті енгізбелерге тарататын домалақ конустар қолданылады, сондықтан олар қысым арқылы гранит немесе базальт сияқты қатты тастарды кесуге қабілетті болады, ал қиылу күштеріне сүйенбейді. Бұл тәсіл жеке нүктелердің айналасында ыстық аймақтардың пайда болуын азайтады және әдетте кварцитті таужыныстар арқылы жұмыс істеген кезде бұрғылау басының өмір сүру ұзақтығын екі есе арттырады. Тірек жүйесі де ластану мен бөлшек заттардың ішке түсуіне қарсы герметикамен жабылған, сондықтан олар 100 МПа-дан асатын өте жоғары қысымдарда да тұрақты қалады. Әртүрлі кен орындарында өткізілген нақты әлемдегі сынақтар бұл басылардың басқа түрлерімен салыстырғанда ұқсас жұмыс жағдайларында операторлардың оларды шамамен 30 пайызға сирек ауыстыратынын көрсетті.

Механикалық әсер мен жүк берілуі: Нүктелік соққыға қарсы домалақ ұсақтау динамикасы

Оқ тістеріндегі тәжірибелік кернеулердің шоғырлануы және карбидті ұштардың бұзылу режимдері

Оқ пішінді тістер тас бетіне максималды күш түсіру үшін өз шабуылдарын белгілі бір нүктелерге жинақтайды. Бұл тістер конустәрізді карбид ұштарымен жабдықталған, олар жүкті 1 мм²-ден кем болатын өте кішкентай контакт аймақтарына бағыттайды. Бұл өте жоғары тауысқан кернеулерді – жиі 2500 мегапаскальдан асады – туғызады, ол кез келген шөгінді тау жыныстарын жарықтатуға жеткілікті. Ойланыңыз: қарындаш ұшын сазға қысып енгізсеңіз, контакт аймағы неғұрлым кішкентай болса, қолданылатын қысым бірдей болғанда, соғұрлым терең енеді. Дегенмен, бұл кернеудің интенсивті жинақталуының кемшілігі де бар. Құмтастың кремний диоксиді (кварц) мөлшері жоғары болғанда, тістердің карбид ұштарында теңсіз күштер әсер етіп, ұштардың шеттерінде чиптер пайда болады. Қайталанатын соққылар да вольфрам карбидінен жасалған негізгі материалда сыртқа қарай таралатын трещиналар тудырады. Ұзын ұңғылау сессиялары кезінде ұштың температурасы 650 °C-тан жоғары көтерілгенде жағдай әлдеқайда нашарлайды. Мұндай температурада материал жылулық кернеу әсерінен тезірек бұзылады. Бұзылу процесі әдетте үш негізгі сатыдан тұрады: бірінші кезекте тістердің шеттері тозу басталғаннан кейін постепенно дөңестенеді, екінші кезекте бетінде ауқымды трещиналар пайда болады, ал үшінші кезекте зақымдану өте ауқымды болып, тістер толығымен сынады.

Роликтік конустың кинематикасы: Осьтік жүктеме, сырғанау бақылауы және моменттің пайдалы әсері өнімділікті қалай анықтайды

Жеке роликті бұрғылау басы традициялық конструкциялардан өзгеше жұмыс істейді, себебі ол тек тасты сындыруға емес, сонымен қатар оның бетінде домалату мен сығуға сүйенеді. Конустар айналып, салмақты тік төмен қарай әсер ететін және тік бағыттағы қысымды айналу қуатына айналдыратын подшипниктер арқылы түсіреді. Бұл конустар 20–35 градус бұрышпен жасалған кезде, әрбір айналуда жеткілікті мөлшерде сырғанау пайда болады, нәтижесінде жаңа тістер әрдайым таза тастың бетіне тиеді. Бұл құрылым энергияны үнемдейді және қиын материалдар арқылы бұрғылау кезінде басының секіріп тұруын болдырмаған. Ең маңыздысы — бұл жүйенің қуатты қаншалықты тиімді тасымалдай алуы, ал бұл келесі факторлардың әсерінен жақсарып отырады...

• Осьтік жүктеменің дәлдігі : 30 кН-нан асатын күштер тістердің тұрақты тереңдікке енуін қамтамасыз етеді
• Сырғанауды реттеу : 15–25% сырғанау кесу әрекетін оптималды етеді және тез тозуды болдырмайды
• Подшипниктің беріктігі : Жоғары сапалы герметиктелген роликтер 120°C+ температурада терең қоймаларда майлағышты сақтайды

Роликтік бұрғылар қозғалыс арқылы энергияның шашылуын азайтқандықтан, гранитта (UCS 180 МПа) тікелей соққылы жүйелерге қарағанда 30–50% жоғары моменттік тиімділікке ие болады. Олардың таратылған жүктеме профилі сондай-ақ оқ тістерін зақымдайтын локальды қызуға кедергі көрсетеді.

Шынайы әлемдегі өнімділік: Қазып алу жылдамдығы, тозуға төзімділік және қазу стабильділігі

Таужыныстар бойынша қазу жылдамдығының салыстырмалы көрсеткіші: 12 құрылыс тірегі жобасынан алынған өрістік деректер

12 әртүрлі тіреуіш тұғырлық жобаларынан алынған өрістік деректерге қарағанда, әртүрлі бұрғылау басының жерге соншалықты әртүрлі тереңдікке ену жылдамдығы байқалады. Біріктірілген беріктігі (UCS) 40 МПа-дан төмен болатын жұмсақ силистон арқылы жұмыс істеген кезде, «оқаша» тістері бар бұрғылау басы шынымен жақсы көрсеткіш көрсетеді: олардың жерге ену жылдамдығы бірлік роликті бұрғылау басына қарағанда шамамен 35% жоғары. Орташа жылдамдықтар «оқаша» тістері бар бұрғылау басы үшін сағатына шамамен 12,4 метр, ал роликті бұрғылау басы үшін – тек 9,2 метр болды. Біріктірілген беріктігі (UCS) 60–80 МПа аралығындағы орташа қатты әктасты қабаттарға өткен кезде жағдай қызықты болып келеді. Екі типтегі бұрғылау басы да ұқсас нәтижелер көрсетеді: олардың жылдамдығы сағатына 7,5–8,3 метр аралығында болады. Алайда енді қиындық туғызатын материалдар келеді – абразивті кварцит, оның біріктірілген беріктігі (UCS) 100 МПа-дан асады. Осы жерде бірлік роликті бұрғылау басы басымдыққа ие болады: оның жылдамдығы сағатына шамамен 6,1 метрде ұсталып тұрады, ал «оқаша» тістері бар бұрғылау басы өте нашар көрсеткіш көрсетеді – оның жылдамдығы тек 4,3 м/сағ дейін төмендейді, себебі олардың ұштары өте тез тозады. Өрістік бригадалар бұндай қабаттар арасында өту кезінде бұрғылау параметрлерін (мысалы, бұрғылау басына түсетін салмақ пен айналу жиілігін – RPM) нақты уақытта реттеу арқылы, қандай тау жынысымен жұмыс істеп жатқанына байланысты, жерге ену жылдамдығын 18–22 пайызға арттыруға болатынын анықтады.

Салыстырмалы тозу өмірі: Тіс сынғаны vs. подшипкінің қайталанған жүктемеге шыдамсыздығы — пайдалану өмірінің бағдарламалық көрсеткіштері

Бұл жүйелердің қанша уақыт жұмыс істейтіндігін қарастыру олардың бұзылуының толығымен әртүрлі жолдарын көрсетеді. Оқ атылатын тістер әдетте 850 сағаттан кейін қайта орнатуға мұқтаж болады, негізінен олардың карбид ұштары 80 МПа-дан жоғары UCS-пен сипатталатын тау жыныстары арқылы жұмыс істегенде трещиналарға ұшырайды. Ал роликті бұрғылау басы басқаша әңгіме айтады. Олар ұқсас жағдайларда 1200 сағаттан аса уақыт бойы пайдаланылады, бірақ әсіресе кремнийге бай аймақтарда шамамен 1000 сағаттан кейін тіректердегі ақаулардың белгілерін бастайды. Бұл неге маңызды? Тіректері бұзылған кезде бүкіл бұрғылау басын ауыстыру керек болады, бұл жеке тістерді ауыстыруға кететін шығыннан үш есе қымбат тұрады. Экономикалық тұрғыдан қарағанда, оқ атылатын тістер ұзақ уақыт жұмыс істемесе де, жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі тау жыныстарында метрге шаққанда 19% ұтымдылық береді. Ал өте қатты, абразивті жобаларға көшкен кезде роликті бұрғылау басы таңдауға лайықты болып табылады, себебі ол шамамен 27% шығын үнемдейді. Операторлар вибрациялық үлгілерге назар аударып отырса, олар критикалық операциялар кезінде ірі апаттарды болдырмау үшін бұл ақауларды ерте анықтай алады.

Жобаға арналған таңдау құрылымы: Қашан таңдау керек Құлақ ғанаушылары vS Бір дәнекпі Қисықтар

Оқпан тістері мен жеке роликті бұрғылау басымдықтары арасында таңдау негізінен үш негізгі факторға байланысты: тастың қаттылығы, жұмысқа қойылатын талаптар және объектіде бар шектеулер. Саз немесе гравий қабаты сияқты жұмсақ материалдармен (UCS бойынша 80 МПа-дан төмен) жұмыс істеген кезде оқпан тістері роликтерге қарағанда әлдеқайда тез қиып өтеді, ал бұл кейде бұрғылау уақытын 35%-ға дейін қысқартуға мүмкіндік береді. Алайда, жер қойнауында кварц немесе басқа өте қатты тастар (UCS бойынша 100 МПа-дан жоғары) көп болса, онда жеке роликті бұрғылау басымдықтары тиімдірек болады, себебі олардың домалақ қысым әсері жұмысты тұрақты ұстайды және терең негіз жасау кезінде бағыттан ығысу ықтималдығын азайтады. Басқа да ескеретін факторлар да бар. Кеңістігі шектеулі қалалық жобаларда оқпан тістері жиі таңдалады, себебі оларды тез ауыстыруға болады. Қатты тастардағы алыстағы бұрғылау операциялары әдетте бастапқы шығындары жоғары болғанымен де жеке роликті бұрғылау басымдықтарын қолданады. Кейбір аймақтарда тербелістерге қатысты қатаң ережелер бар, сондықтан онда қандай болса да роликті бұрғылау басымдықтарын қолдану қажет. Әртүрлі тасты қабаттарға тиіп кететін жұмыстар үшін көптеген бұрғылаушылар шеткі бөліктерде оқпан тістерін, ал орталықта — роликті бұрғылау басымдығын қолданады. Бұл комбинация жақсы өнімділікті сақтауға және тесікті түзу ұстауға көмектеседі. Соңында, жобаның алдында тұрған ең ірі қауп-қатерлеріне сәйкес келетін бұрғылау басымдығын таңдаңыз. Жұмсақ жерде жылдамдық ең маңызды болса, оқпан тістерін таңдаңыз, ал қатты тозу нәтижесінде барлық жұмыс күндермен тоқтатылуы мүмкін жағдайларда роликті бұрғылау технологиясының сапасынан айырылмаңыз.

Игіліктің жалпы құны: Бастапқы инвестиция мен операциялық тиімділік арасындағы тепе-теңдік

Игіліктің жалпы құнын талдау: 800 метр аралас қаттылықтағы қабаттар бойынша әрбір метрге келетін шығын

Орындалатын жұмыстардың жалпы құнын ескере отырып, оқ атқыш тістері мен жеке роликті бұрғылау басын таңдау қиындайды — бұл тек баға этикеткасына ғана назар аударумен салыстырғанда. Оқ атқыш тістері әдетте бастапқыда 15–20 пайызға арзан болады, бірақ олар өте қатты таужыныстарда тез тозады, сондықтан оларды жиі ауыстыру қажет болады және жұмыс істеу кезінде уақыт жоғалады. Алайда, жеке роликті бұрғылау басы бастапқыда мәліметтер бойынша әлдеқайда қымбат, бірақ олар шектелмеген сығылу беріктігі 100 МПа-дан асатын қиын таужыныстарда 30–40 пайызға ұзағырақ қызмет етеді. Бұл ұзақ мерзімді қызмет ету ұзақ мерзімді тұрғыдан қарағанда шығындарды тиімді түрде азайтады және кварцты қабаттар арқылы бұрғыланған әрбір метрге келетін шығындарды шамамен 18 долларға дейін төмендетеді. Сандық көрсеткіштер баға этикеткаларын салыстыруға қарағанда басқаша нәтиже береді.

800 метр аралас қаттылықтағы ұңғыма өндірісі бойынша салыстырмалы ТЖҚ (жалпы иелік құны) талдауы көрсетеді:

• Құлақ ғанаушылары жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі таужыныстарда (БҚК < 80 МПа) жоғары өнімділік көрсетеді, бастапқы шығындар төмен болса да, абразивті аймақтарда ұңғыма басын ауыстыру саны 2,3 есе көп болады
• Тек бөлшектер біті қатты таужыныстарда өткізу жылдамдығын (ROP) 22% арттырады, бұл олардың жоғары сатып алу құнын ұңғыма уақыты мен еңбек шығындарын азайту арқылы теңестіреді

Күрделі геологияда операциялық тиімділік айырымы кеңейеді — жеке роликті ұңғыма басы таужыныс ауысуы кезінде айналдырушы моменттің тұрақтылығын сақтайды, ал «сақиналы тістер» аралас қабатталған таужыныстарда карбид ұштарының жедел сынуына ұшырайды. 40% қатты таужыныстан тұратын жобалар үшін ТЖҚ модельдеуі жеке роликті ұңғыма басының бағасы жоғары болғанына қарамастан, шығындарды 14–19% азайтатынын растайды.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Ұңғыма өндірісінде «сақиналы тістердің» негізгі артықшылықтары қандай?

Баллистикалық тістер әсіресе жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі тау жыныстарында күшті белгілі бір нүктелерге шоғырландыру қабілетіне байланысты өте тиімді. Олар бұл жағдайларда дәстүрлі әдістерге қарағанда тезірек жұмыс істейді, өрістегі сынақтар бұрғылау жылдамдығында 18–25 пайызға жақсару көрсеткен.

Бірлік роликті бұрғылау баспалдақтарын қашан қолдану керек?

Бірлік роликті бұрғылау баспалдақтары қатты, абразивті қабаттар мен кварц байытылған тау жыныстары үшін ең тиімді. Олар жоғары қысым мен температураға төзімді және қиын жағдайларда ұзақ уақыт жұмыс істейді. Олар жоғары UCS мәндері мен кварцит тау жыныстары үшін тиімдірек таңдау болып табылады.

Жалпы иелену құны (TCO) баллистикалық тістер мен бірлік роликті бұрғылау баспалдақтары арасында қалай айырылады?

Баллистикалық тістердің бастапқы құны төмен және олар жұмсақтан орташа қаттылыққа дейінгі тау жыныстарында тиімді. Алайда, оларды жиі ауыстыру қажет. Бірлік роликті бұрғылау баспалдақтары бастапқыда қымбатырақ, бірақ қатты тау жыныстарында ұзақ уақыт жұмыс істеуі арқылы құн тиімділігін қамтамасыз етеді, нәтижесінде уақыт өте келе ақшаны үнемдейді.

Жобаға арналған құралды таңдау үшін қандай факторларды ескеру керек?

Ескерілетін факторларға тау жынысының қаттылығы, жоба талаптары, алаң шектеулері және деректемелік операцияларға қойылатын реттеуші шектеулер, атап айтқанда, тербеліс деңгейлеріне байланысты шектеулер жатады. Бұл факторлар формация жағдайларына байланысты оқ атқыш тістері мен жеке роликті бұрғылау басының қолданылуының тиімділігін анықтауға көмектеседі.