Триконды бұрғылау ұштары: Олардың жұмыс істеуі, түрлері және негізгі қолданыстары

Қалай триконды Шаршық бұрыштары Жұмыс: механизм және бұрғылау тиімділігі

Тасты ұсақтау үшін айналу мен ұнтақтау әрекетін түсіну

Үш конусты бұрғылау биттері басқарылатын айналу арқылы тау жыныстарын бұзғыш әрекет етеді, үш конусты кескіштер бірге жұмыс істейді. Бұрғылау құбыры айналған кезде бұл конустар өз осінен айналады, төмен бағытталған қысымды көлденең қозғалыспен араластырып, әртүрлі тау жыныстарын ұнтақтап өтеді. Кесу беттерінің пішіні қандай тау жынысын бұрғылау қажет екеніне байланысты өзгереді. Сланец сияқты жұмсақ материалдар үшін ұзын және үшкір тістер қолданылады, өйткені олар жалаңаш материалдан жақсы кесіп өтеді. Ал құмтасты сияқты қатты материалдармен жұмыс істегенде, биттерде қысқа, дөңгелек тістер болады, олар үйкеліске төзімді болып келеді және тез тозбайды. Сынақ кезінде арнайы әзірленген тіс орналасуы орташа қатты әктаста бұрғылау тиімділігін ескі модельдерге қарағанда 18 пайызға арттыратыны дәлелденді. Жұмыстың сұйықтылығын сақтау үшін жоғары қысымды су ағындары биттің айналасындағы сынған тау жынысы бөлшектерін жояды, бұл кесу беттері мен алдында орналасқан жыныспен тұрақты байланысты сақтауға көмектеседі.

Теңгерілген тұрақты кесуді қамтамасыз ету үшін үш конустың синхрондалған айналуы

Дәл өңделген подшипниктер конустар әртүрлі жылдамдықпен айналып, барлығы дұрыс тураланып тұруына мүмкіндік береді. Бұл жағдайда салмақ биттің бетіне бір нүктеге шоғырланған жерде біркелкі таралады. Бұл бағыттаушы бұрғылау кезінде жан-жаққа тербелісті шамамен 40 пайызға дейін азайтады. Қазіргі заманғы подшипник жүйелері ішке ластану мен бөгде заттардың түсуін болдырмау үшін тығындармен жабдықталған, бұл шөгінді қабаттарымен жұмыс істеу кезінде өте маңызды. Үш конусты орналастыру бұралу күшіндегі өзгерістерді табиғи түрде теңгеріп отырады, яғни бұрғы 120-ден 350 айналымға дейінгі айналу жылдамдығында тереңірек тегіс кіруге мүмкіндік алады.

Оптималды өнімділік үшін битке (WOB) түсетін салмақты және айналу жылдамдығын реттеу

Бұрғылау операциялары жүргізілген кезде, бұрғышылар 4000-дан 45000 фунтқа дейінгі бітке түсетін салмақты (WOB) және бұрғылау құралын айналдыру жылдамдығының арасындағы тиімді нүктені табуы керек. Мақсат әрқашан бітті сындырмай қабат арқылы өту болып табылады. Бұл мәселе өте маңызды. Мысалы, бұрғышылар біттің конусты бұрыштарымен WOB сәйкестендірген кезде гранитті қабаттарда өтім жылдамдығы 22% артады, сонымен қатар қымбат тұратын подшипниктердің тозуы азаяды. Бірақ басқа да проблема болып табылады. Егер операторлар өте қатты тау жыныстарында айналу жиілігін (RPM) артық болса, температура тез көтеріліп, кейде 300 градус Фаренгейтке (149°С) дейін жетеді. Мұндай жылу герметиктердің қалыпты тозуынан әлдеқайда тез кетуіне әкеліп соғады. Бұл өте маңызды мәселе, себебі тығыздағыштардың істен шығуы барлық түптік құралдардың ауысу себептерінің шамамен үштен бірін құрайды. Бұл түптік операциялар кезінде көп ақшаның жоғалуына әкеліп соғады.

Қатты жыныстардағы биттің айналуын азайту үшін динамикалық тұрақтандыруды дамыту

Бүгінгі таңдағы триконды биттер әсіресе кварцит немесе базальт сияқты қатты тау жыныстарын бұрғылау кезінде биттің тербелісінен пайда болатын зиян келтіру проблемасын шешу үшін арнайы жасалған конустың ерекше пішіндері мен күрделі сүргіткі жүйелерінен тұрады. Алғашқы сынақ нұсқаларының кейбіреуі гироскопиялық тұрақтандырғыштарды қамтыды, олар геотермиялық ұңғымалардағы ұзақ қолжетімділік операциялары кезінде биттің жан-жаққа қозғалуын шамамен 60% азайтты. Өзі конустар лазерлік қапталған материалдармен жабылған, оларды тозуға төзімді етіп жасайды. Бұл олардың биттердің қосымша 25-30 сағат ұзақ жұмыс істеуіне мүмкіндік береді, ең көп кремний құрамы бар аймақтарда жұмыс істеген кезде оларды ауыстыру қажет болады.

Триконды бұрғылау биттерінің түрлері: ұстасырылған тіс пен енгізу тісінің конструкциялары

Ұстасырылған және енгізілген тіс биттерінің конструкциясы мен материалдарының айырмашылықтары

Фрезерленген тіс (MT) триконды бұрғылау биттерінің болат тістері конустың өзінен алынып тасталынған, сондықтан жұмсақ тау жыныстары арқылы бұрғылау кезінде осындай ұзын, пышақ тәрізді тістер жақсы жұмыс істейді. Екінші жағынан, вольфрам карбидінің енгізілуі (TCI) биттері алдын-ала сол аса тығыз карбидті бөлшектерді конустың денесіне қысуды қажет етеді. Осы екі түрді жасау әдісі олардың орындауында біраз айырмашылықтарға әкеледі. MT биттері жұмсақ тастарға тереңірек енуі мүмкін, себебі олардың тістері материалға жақсы түсіп, қадалуы мүмкін. Алайда, TCI биттері модульді орнату арқылы биттің белгілі бір аймақтарын қажетті қаттылық деңгейінде ұстап тұруға мүмкіндік береді, сондықтан олар бұрғылау процесінде қысымға тұрақты болып келеді.

Абразивті тастарға қарсы өнімділік пен қатты тастар: биттің түрін тау жынысына сәйкестендіру

Бұрғылау құралын таңдау үшін алдымен қандай тау жынысымен жұмыс істейтінімізді білу қажет. MT құралдары жұмсақ жыныстар, мысалы, құм мен саздың бос түрлерін бұрғылау кезінде ең жақсы нәтиже береді, өйткені олардың белсенді кесетін тістері материалға терең өтіп, басқа нұсқаларға қарағанда 30% жылдамырақ өңдеу мүмкіндігін береді. Ал қатты тау жыныстарында, мысалы, доломит немесе базальт түрлерінде TCI құралдары қолданылады. Бұл құралдардың карбидті тілері қатты жыныстарда болатын үздіксіз соққыларға төтеп беруге қабілетті. Егер бұрғылаушылар қате шешім қабылдаса, уақыт пен ақшаны жоғалтады. Біз нақты бұрғылау жазбаларын талдау арқылы MT құралдарын кварцит түрлеріне міндетті түрде қолдану құралдың пайдалану мерзімін жартыға дейін қысқартатынын көрдік, бұл өнімділік пен бюджетке үлкен зиян келтіреді.

Вольфрам карбиді тілер мен болат тістер: беріктік пен тозуға тұрақтылық

Болат тістердің қаншалықты тұрақты екені карбидті пластиналармен салыстырғанда негізінен материалдар ғылымының негізгі принциптеріне байланысты. Мысалы, вольфрам карбиді Моос шкаласы бойынша шамамен 8,5-9,0 аралығында болады, бұл кәдімгі болатпен салыстырғанда 4-4,5 дейінгі аралықта ғана жетеді. Бұл практикада нені білдіреді? Карбидті құралдар әдетте ұқсас жағдайларда жұмыс істеген кезде ауыстыруды 3-5 есе кешіктіреді. Болат тістер 25 000 psi қысымнан жоғары болатын тау жыныстарында иіліп, бұралып кетеді, бірақ карбид тіпті бетінде кішігірім жарылымдар пайда болғанымен өз кесу пішінін сақтайды. Әрине, барлық осы қосымша беріктікке қосымша құн сәйкес келеді. ТСI биттер операторлар үшін стандартты МТ нұсқаларынан шамамен жартысына немесе екі үштен басым тұрады. Бұл оларды негізінен тау-кен бұрғылау операциялары күнбе-күн өте қатал жағдайларға тап болатын жерлерде ғана пайдалануға тиімді етеді.

Инновациялар: Әртүрлі литологиялар үшін гибридті кесу құрылымдары

Гибридті үш конусты биттер тереңдегі қабаттарды өткізу кезінде жиі кездесетін қиын әрі қабаттасқан тау жыныстарымен жұмыс істеу үшін MT және TCI технологияларын ұштастырады. Көміртегі қоспаларын салмақ көтеретін жерлерге қойып, бұл биттер жұмсақ тау жыныстарындағы болат тістермен бірге жұмыс істейді. Бұл конструкция құмтасты мен сланец қабаттарын бұрғылау кезінде биттерді ауыстыру сапарларын шамамен 35% қысқартады. Осындай биттердің жаңа нұсқаларында қадалардың биіктігі түрліше болып келетін және симметриялы емес пішіндегі конустар пайдаланылған. Бұл конструктивті өзгерістер тау жыныстарының әр түрлі типтері арасында жүрген кезде тербелістерді азайтып, қүрделі геологиялық жағдайларда өткізу жылдамдығын арттырады.

Үш конусты бұрғылау биттерінің негізгі компоненттері және олардың өнімділікте алатын орны

Негізгі компоненттер: конустар, подшипниктер, тығындар және гидравликалық форсункалар

Үш конусты бұрғылау құралдарының тау жыныстарын кесу қабілеттілігі төрт негізгі бөліктің үйлесімді әрекеттесуіне байланысты. Бұл берік болат немесе вольфрам карбидінен жасалған конустар айналу күшін пайдалана отырып, тау жыныстары арқылы өтіп барып жатады, сонымен қатар арнайы үйкелісті болдырмауыш подшипниктер жер астында жұмыс істеген кезде шамамен 15-30 тонна жүктемені төтеп береді. Уақыт өте келе осындай құралдардың сенімділігіне жыныс тәрізді салынған тығындар себепші болады, олар бұрғылау сұйығынан үйкеліп тозуы мүмкін бөлшектерді ұстап тұрады. Оларсыз бүкіл жүйе жылдам істен шығып кетер еді, өйткені бұрғылау құралы әдетте минутына 80-ден 120 айналым жасайды. Сондай-ақ, гидравликалық саңылаулар арқылы 100-ден 150 метр/секунд жылдамдықпен шапшып шығарылатын бұрғылау сұйығының мәселесі де туындайды. Бұл тек қана тау жынысының қалдықтарын алып тастау туралы емес, сонымен қатар жоғары жылдамдық кесу аймақтарындағы жылу көбеюін басқаруға көмектесіп, құралдың қызмет ету мерзімін ұзартады.

Сырттай құрылған подшипник жүйелері: Жоғары кернеу ортасында ұзақтықты арттыру

Қазіргі заманғы сырттай құрылған подшипник жүйелері құрғақ жобалаулармен салыстырғанда қатты түзілімдерде қызмет көрсету мерзімін 40% арттырады. Бұл жүйелер үш еселенген сынақтан өткізгіштер мен 150°C-тан жоғары қазба жағдайларын шыдайтын қыздыру майын пайдаланады. Жержылу қазбалық зерттеуінде сынақтан өткізілген подшипниктер вулкандық туф түзілімдерінде ластанудың кедергісін арттыру арқылы ерте мерзімде істен шығуды 62% азайтатынын көрсетті.

Сақиналық құрылғының жобасы мен гидравлика: Тиімді кесу мен суыту

Оптималды сақиналық құрылғының орналасуы үш негізгі факторды теңестіреді:

Бұл гидравликалық оптимизация биттің қышқылды қабаттарда жұмыс істеуін болдырмауды қамтамасыз етеді және кварцты қабаттарда жеткілікті салқындатуды қамтамасыз етеді.

Терең, ыстық геотермалды ұңғымалардағы тығыздағыштың істен шығуын болдырмау туралы тәжірибелік нұсқау

2022 жылғы геотермалдық жоба құрылғының 288°C тереңдікте 298 сағат үздіксіз жұмыс істеуіне қол жеткізді:

• Жылу тұрақтылығы 82% жоғары көміртегі-композитті негізгі тығыздағыштарды енгізді
• Ұңғылау уақытының жалпы көлемінен тығыздағышпен байланысты үзілістерді 18%-ден 3%-ке дейін қысқартты
• Көміртегі-композитті негізгі тығыздағыштарды енгізу арқылы орташа өтімділік жылдамдығын 22% арттырды

Мұнай және газ саласында және одан тыс аймақтарда қолданылатын үш дөңгелекті (Tricone) бұрғылау биттерінің қолданылуы

Құрлық пен теңізде мұнай және газ бұрғылау операцияларындағы маңызды рөлі

Триконусты бұрғылау ұштары мұнай және газ саласындағы бүкіл өндірісте маңызды құрал болып табылады, олар жұмсақ сланецті қабаттардан бастап өте қатты гранитті тау жыныстарына дейінгі барлығымен күресе алады. Бұл ұштар құрлықта немесе су астында бұрғылау кезінде де жақсы жұмыс істейді, өйткені олар осындай қиын жағдайлармен келетін қатты қысым мен температура өзгерістерін шыдай алады. Бұрғышылар триконустардың ерекше домалдау және ұнтақтау механизміне сеніп, тіпті беткейден төмен 15 000 фут тереңдікте тау жыныстарын бұрғылау кезінде де өз жұмысын жалғастырады. Осындай мүмкіндіктеріне байланысты бұл арнайы ұштар әлем бойынша жаңа кен орындарын игеру немесе бұрынғы өндіріс алаңдарын ұстап тұру кезінде компаниялар үшін негізгі таңдау болып қала береді.

Сланецті газ және падды бұрғылау үшін қолдану: Құны мен тиімділікті теңгеру

Триконды биттер газды сланец тау жыныстарын бұрғылау операцияларында айтарлықтай айырмашылық жасайды, өйткені олар компанияларға жер бетіндегі бір ғана нүктеден бірнеше бағытты ұңғыларды бұрғылауға мүмкіндік береді. Бұл биттердің ерекшелігі олардың тау жынысының әртүрлі қабаттары арқылы өткен сайын кесетін бөліктерін тез ауыстыра алу қабілетінде. Бұл тәсіл жабдықты ұңғы ішінде ауыстыруға кететін уақытты қысқартады, бұл уақытты 30% дейін үнемдеуге мүмкіндік береді, бұл ескірген тұрақты кескіштің конструкциясына қарағанда тиімдірек. Сланец тау жыныстарында жиі кездесетін құмтастың әктаспен аралас қабаттары арқылы жұмыс істеген кезде осындай икемділік өте маңызды болып табылады. Бұрғылау бригадалары әрдайым биттің қаншалықты тұтынушылық қасиетін сақтайтынын және тау жынысын қаншалықты тез өтетінін салыстырып отыруы керек, осы тепе-теңдікті дұрыс ұстау кәсіпорынның пайдалы ұңғысын немесе тиімсіз ұңғыны анықтайды.

Қазба, су ұңғысы және геотермалды бұрғылау салаларында қолдану мүмкіндіктерін кеңейту

Бұл құралдар қазір мұнай мен табиғи газбен жұмыс істеуге ғана емес, сонымен қатар жаңа минералдарды іздеу, су ресурстарын дамыту және кеңінен қалпына келтірілетін энергия жүйелерін орнату салаларында нақты нәтижелерге қол жеткізіп отыр. Қазба өндіруде олар темір кені кен орындары мен көмір қабаттарына қол жеткізу үшін қажетті жару тесіктерін бұрғылайды. Су құдықтары компаниялары жер асты сулары терең жерде орналасқан қатты тау жыныстарын өтіп шығу қажет болған жағдайда герметикалық подшипниктері бар нұсқаларды пайдаланады. Геотермиялық энергетика да осындай құралдардан пайдаланып отыр, өйткені олар әлемнің әртүрлі жерлеріндегі ыстық аймақтарда кездесетін жанартаулық тау жыныстарының қиын формацияларымен де күресе алады. Өткен жылғы дерек бойынша, жылына шамамен 12 пайызбен өсетін қолдану көрсеткіштері Жердің жылуын энергия өндіруге пайдалану үшін жобалар санының артуымен түсіндіріледі.

Геотермиялық қиындықтарды жеңу: жылу, коррозия және бит ұзақтығы

Геотермиялық бұрғылау әлемі өзіне тән қатал орталармен күреседі, әдетте 300 градус Цельсийден жоғары температураға және уақыт өте келе қалыпты жабдықты бүлдіретін агрессивті сұйықтарға тап болады. Бұл қиындықтарды жеңу үшін қазіргі заманғы триконды биттерге вольфрам карбидінен жасалған тілмелер мен маңызды подшипниктерді істен шығарудан қорғайтын арнайы майлау жүйелері енгізілген. Шынайы әлемде жүргізілген сынақтар қазіргі әріптестеріне қарағанда осындай жаңартылған биттер супер ыстық кен орындарында және энтальпиясы жоғары орындарда жұмыс істеген кезде шамамен 25 пайызға ұзақ өмір сүретінін көрсетті. Дәл осындай тұрақтылық жанартаулардың астындағы және басқа да геологиялық тұрғыдан кернеулі аймақтардағы тереңдегі қайта өңделетін энергия көздерін пайдалануға тырысатын компаниялар үшін айырмашылық жасайды.

Бұрғы битінің тұрақтылығы мен күрделі тау жыныстарындағы өнімділігі

Өнімділікті бағалау: Өтіп кірудің жылдамдығы мен бит өмірінің ара қатынасы

Қатты геологиялық тұзілімдер арқылы жұмыс істегенде, бұрғылау ұштары әртүрлі мақсаттарға жетумен қиындық көреді. Олар жұмысты орындау үшін жеткілікті жылдамдықпен жұмыс істеуі керек, сонымен қатар экономикалық тиімділік үшін жеткілікті ұзақ уақыт пайдалану керек. 2023 жылы жүргізілген соңғы зерттеулер 17 1/2 дюймдік вольфрам карбидінен жасалған ұштарды қарастырды және қызықты нәрсе анықталды. Тербелістер дұрыс бақылау аясында болса, бұрғылау жылдамдығын 15 пайызға дейін арттыруға болатыны анықталды. Бірақ бұл жағдай тек операторлардың қозғалтқыштың тозу белгілерін бақылайтын нақты уақыттық мониторинг жүйелері болған жағдайда ғана орындалады. Әртүрлі тау жыныстарымен жұмыс істеген кезде, жергілікті бригадалар әртүрлі өнімділік көрсеткіштері арасында теңдік сақтауы керек. Мысалы, үйкеліс тудыратын құмтастың қабаттарын алуға болады. Бұрғылау ұшына түсетін салмақты 10-15 пайызға дейін азайтсақ, бұрғылау жылдамдығын көп төмендетпей, құралдың қызмет ету мерзімін екі есе ұзартуға болады.

Жергілікті деректер: Герметикалық подшипникті жүйелер ұштың қызмет ету мерзімін 25% дейін ұзартады

Дәлдік жабық технологиялар ұзақ мерзімділік стандарттарын қайта құруда. Қазіргі заманғы ашық пісірілген және заманауи жабық жүйелерді салыстыру бойынша өрістік сынақтар көрсетті:

• 22% ұзақ қызмет көрсету мерзімі жоғары температурада (350°F+) сланецті газды кен орындарында
• 63% қиындылардың түсуінен сүйкеліс майын ластануды азайту
• 40% төменгі қызмет көрсету шығындары метрлік бұрғылау үшін
  Жабық жүйелер жалған жүктемелер дәстүрлі пісірілген ысқырларды тозуын жылдамдататын бағыттаушы бұрғылауда ерекше жақсы болып шықты, бұл 1200+ сағат бойы ешбір жабық жүйенің қателігі болмаған 2024 жылғы геотермиялық жобалармен расталды.

Аралас және болжамсыз қабаттарда ұзақ мерзімділікті арттыру стратегиялары

Қазіргі ұзақ мерзімділік инженериясында үш негізгі тәсіл басым:

1. Икемді кесу құрылымдары – Аралас фрезерленген тіс құрылымдары қатты/жұмсақ қабаттарды ауыстырған кезде конустың тозуын азайтады
2. Динамикалық гидравлика – Қаттылығы әртүрлі жыныстарды бұзуды қамтамасыз ету үшін өзін-өзі реттейтін сұңғылардың конфигурациясы оңтайлы жұмыс режимін сақтайды
3. Тозу моделін болжау – Негізгі компоненттердің кернеуі пайда болғанға дейін машинелік оқыту алгоритмдері нақты уақыт режиміндегі айналу моментінің деректерін өңдеп, айналу жылдамдығын реттеу бойынша ұсыныстар береді
   Көп ұңғыма талдауы осындай стратегиялардың күрделі өңірлерде күтпеген жөндеу жұмыстарын 38% азайтып, шойын бұрғылардың жобалық тереңдікке жоспарланған уақыттың 5%-ында жеткізетінін көрсетті

Жиі қойылатын сұрақтар

Үш конусты бұрғының негізгі компоненттері қандай?

Үш конусты бұрғының негізгі бөліктеріне конустар, пішіндер, тығындар және гидравликалық сұңғылар кіреді. Әрбір бөлік жыныстарды тиімді бұзу үшін бірге жұмыс істейді

Металдан кесілген тісті және тісті тесіп енгізу тәсілдерінің айырмашылығы неде?

Металдан кесілген тістер конустардан кесіліп алынған болып келеді және бұл жұмсақ жыныстар үшін өте тиімді. Ал тісті тесіп енгізу тәсілі вольфрам карбидінен жасалған тістерді пайдаланады және қатты жыныстарда жақсы нәтиже береді

Бұрғылау кезінде WOB пен RPM параметрлерін оңтайландыру неге маңызды?

Тістерге түсетін салмақты (WOB) және айналу жиілігін (RPM) тиімді түрде реттеу өткізу процесін тиімділейді және сол арқылы құралдың тозуы мен зақымдануын азайтып, уақыт пен қаржыны үнемдейді.

Триконды тістер геотермиялық бұрғылауға қалай ықпал етеді?

Геотермиялық бұрғылауда триконды тістер экстремалды температура мен ылғалды ортаға тұрақты болып келеді, бұл олардың жұмыс өнімділігін арттырып, энергия алу процесін тиімділейді.