Tehnologija vrtanja in proizvodnje | Kaj je hitrost vrtanja – orodja za povečanje hitrosti? Kako učinkovito izboljšati učinkovitost vrtanja in zmanjšati stroške?

1Visoka temperaturna odpornost Enaka debelina stene Hitrost vrtanja vijakov – Napredujoča tehnologija

Visokotemperaturno odporen vijak z enako debelino stene je orodje za povečanje hitrosti, posebej zasnovano za potrebe visoke zmogljivosti in zanesljivosti v vrtalni industriji. Med uporabo tradicionalnih vrtalnih vijakov zaradi visokotemperaturnega okolja in kompleksnih delovnih pogojev pogosto pride do hude obrabe in utrujenosti, kar vodi do zmanjšanja učinkovitosti vrtanja. Vendar pa ima visokotemperaturno odporen vijak z enako debelino stene odlično odpornost na visoke temperature, kar omogoča ohranjanje stabilnih mehanskih lastnosti v visokotemperaturnem okolju, zmanjšanje okvar opreme zaradi visokih temperatur in s tem izboljšanje hitrosti vrtanja.

1.1 Tehnično načelo

Vrtalni motor neposredno poganja sveder za lomljenje kamnine in vrtanje, kar lahko učinkoviteje prenaša moč na sveder, zmanjša izgubo energije in optimizira delovno zmogljivost vrtalnih orodij. To je zato, ker motor neposredno poganja sveder, kar preprečuje izgubo moči zaradi izgube prenosnega sistema, tako da se za vrtanje za lomljenje kamnine porabi več energije, kar izboljša hitrost in učinkovitost vrtanja. Za dodatno izboljšanje odpornosti opreme na visoke temperature se pri visokotemperaturnem vijaku z enako debelino stene uporabljajo posebni visokotemperaturni materiali in tehnologije površinske obdelave. Na primer, kot glavni material se uporablja visokolegirano jeklo ali pa se površina opreme toplotno obdela ali prevleče za izboljšanje odpornosti opreme na visoke temperature. Ker stator ima vnaprej izdelano jekleno lupino s specifično obliko prečnega prereza, nato pa se vanj vbrizga lepilo, da se tvori tanka in enako debela gumijasta plast, ima motor večji navor in se lahko prilagodi različnim kompleksnim geološkim razmeram. Ta struktura zmanjša režo med statorjem in rotorjem motorja, s čimer se zmanjša trenje in obraba ter izboljša življenjska doba in zanesljivost opreme. Orodje ima tudi mehanski mehanizem za zaklepanje ali zmanjšanje trenja za izboljšanje natančnosti vrtenja in stabilnosti opreme ter preprečevanje zmanjšanja učinkovitosti vrtanja zaradi vibracij vijaka ali ekscentričnosti.

1.2 Analiza prilagodljivosti

Kar zadeva zmogljivost, je vijak z enako debelino stene, odporen na visoke temperatureorodje za vrtanjeNe le, da ima vse značilnosti običajnih vijačnih motorjev, temveč ima tudi značilnosti velikega navora, enostavnega zagona in močne odpornosti proti preobremenitvi, zaradi česar je bolj primeren za vrtanje v globokih visokotemperaturnih formacijah. Z uporabo ravnega vijaka z majhnim nihalnim vrtalnim orodjem v formacijah z visokim padcem je mogoče doseči visoko hitrost vrtanja z nizkim vrtalnim tlakom in doseči pomemben učinek zmanjšanja in preprečevanja odstopanj. Hkrati lahko zasnova ravnega vijaka zagotovi tudi stabilno podporno silo, ki preprečuje odstopanje svedra v formacijah z visokim padcem, s čimer se izboljša stabilnost vrtanja. Tako teoretične raziskave kot tudi aplikacije na terenu kažejo, da lahko tehnologija hitrega vrtanja z uporabo visokotemperaturno odpornih vijakov z enako debelino stene znatno poveča hitrost vrtenja svedra na dnu vrtine, se prilagodi visokotemperaturnemu okolju v vrtini in učinkovito optimizira nadzor kakovosti vrtine. Hkrati lahko zmanjša tudi obremenitev zgornjega pogona in navor vrtalnega orodja ter podaljša življenjsko dobo vrtalnega orodja. V primerjavi s konvencionalnim sklopom vrtalnega orodja PDC lahko ta metoda močno izboljša učinkovitost vrtanja in pokaže odlične celovite ekonomske in tehnične učinke.

2Turbina + impregnirani diamantni sveder - Hitrost - Napredna tehnologija

Turbovrtalnik je vrtalno električno orodje, ki lahko pretvori hidravlično energijo tekočine v rotacijsko mehansko energijo, s čimer poganja sveder k vrtenju in udarjanju ter doseže visokohitrostno in učinkovito vrtanje. Sestavljen je predvsem iz treh delov: turbinskega dela, univerzalne gredi in prenosne gredi. Impregnirani diamantni sveder je vrsta diamantnega svedra. Njegova matrica je izdelana s sintranjem diamantnih polikristalnih delcev na zunanji strani matrice, zaradi česar je sveder bolj agresiven. Matrica ima določeno višino, njen zunanji premer je nekoliko večji od zunanjega premera telesa svedra, njen notranji premer pa je nekoliko manjši od notranjega premera telesa svedra. Zunanja stran, notranja stran in dno matrice so opremljene z vodnimi utori za odvajanje kamninskih odrezkov in hlajenje svedra s splakovalno tekočino. Matrica ima zadostno tlačno in udarno trdnost ter visoko trdoto in odpornost proti obrabi. Turbovrtalnik in impregnirani diamantni sveder sta pomembni orodji v procesu vrtanja nafte, njuna skupna uporaba pa lahko skupaj izboljša učinkovitost vrtanja in kakovost vrtanja.

2.1 Tehnično načelo

Turbinski del je osrednji del turbovrtalnika, ki ga sestavljajo statorji in rotorji turbin, centralizacijski ležaji, glavne gredi in ohišja. Lahko pretvori energijo vrtalne tekočine v mehansko energijo vrtenja glavne gredi. Njegova notranja struktura vključuje več stopenj parov statorjev in rotorjev. Ko vrtalna tekočina vstopi v stator vzdolž vrtalnega orodja, jo stator usmerja v določeno smer in hitrost, nato pa vstopi v rotor. V rotorju vrtalna tekočina udarja v lopatice in ustvarja določeno tlačno razliko, kar povzroči vrtenje rotorja. S tem mehanizmom se energija vrtalne tekočine pretvori v mehansko energijo, ki poganja gred turbine.

Glavna metoda lomljenja kamnin z impregniranim diamantnim svedrom je abrazivno lomljenje kamnin, to je uporaba diamantnih delcev za neprekinjeno brušenje, praskanje in brušenje kamnine pod delovanjem aksialne sile in navora, da se doseže namen lomljenja kamnine. Diamantni sveder, ki uporablja predvsem to metodo lomljenja kamnin, ima visoko odpornost proti obrabi, kar mu omogoča učinkovito obvladovanje zelo abrazivnih kamnin v trdih do izjemno trdih abrazivnih formacijah ter izboljša učinkovitost vrtanja in podaljša življenjsko dobo svedra.

2.2 Analiza prilagodljivosti

Turbovrtalni sveder + impregniran diamantni sveder ima v celoti kovinsko strukturo, ki ima večjo odpornost na visoke temperature in stabilnejši vrtalni učinek, kar omogoča stabilno delovanje tudi v ekstremnih okoljih. To je še posebej pomembno pri vrtanju globokih in ultra globokih vrtin. Ta kombinacija orodja ima odlično aksialno ravnovesje, kar lahko zmanjša bočne vibracije, ustvari gladko pot vrtine, zmanjša poškodbe stene vrtine, s čimer zaščiti sveder in druga orodja v vrtini, kar je koristno za nadaljnje operacije. Zaradi visokohitrostnih vrtilnih značilnosti turbovrtalnega svedra lahko kombinacija impregniranega diamantnega svedra in visokohitrostne turbine doseže izjemno visoko učinkovitost vrtanja v globokih formacijah z visoko trdoto in močno abrazivnostjo ter močno izboljša zmogljivost vrtanja.

3Hitrost vrtanja z udarnim vijačnikom – Napredujoča tehnologija

Udarni kladivo je čisto mehansko orodje, ki se uporablja predvsem za pomožno lomljenje kamnin pri svedrih PDC. Orodje ustvari padec tlaka skozi šobo s spremenljivim pretokom, pri čemer se v njej tvori območje visokega in nizkotlačnega tlaka. Ko razlika tlakov deluje na orodje, se pretočni kanal preklopi, tako da se udarno kladivo in zagonsko kladivo v orodju vrtata z veliko hitrostjo v obratni smeri. Udarno kladivo neprekinjeno udarja na udarno površino in s tem prenaša udarno silo na sveder, kar tvori visokofrekvenčni impulzni navor. Pametno pretvarja energijo vrtalne tekočine v torzijsko, visokofrekvenčno, enakomerno in stabilno mehansko udarno energijo ter jo neposredno prenaša na sveder PDC, s čimer ohranja sveder in dno vrtine ves čas neprekinjeno.

3.1 Tehnično načelo

Visokofrekvenčna stabilna udarna sila od 750-krat/min do 1500-krat/min, ki jo zagotavlja navorni udarni element, je enakovredna večkratnemu rezanju formacije na minuto. To omogoča svedru, da reže formacijo, ne da bi čakal, da torzijski val nabere dovolj energije, kar popolnoma spremeni stanje delovanja svedra. V tem primeru ima sveder dve sili za rezanje formacije: ena je navor, ki ga zagotavlja vrtljiva miza, druga pa je udarna sila, ki jo zagotavlja navorni udarni element. Ti dve sili se neposredno prenašata na sam sveder, tako da se navor, ki ga prenaša vrtalna cev, lahko v celoti uporabi za rezanje formacije brez odpadkov. Kombinirano delovanje tega navora in udarne sile lahko ne le znatno izboljša hitrost vrtanja, temveč tudi učinkovito zmanjša ali odpravi škodljive vibracije svedra med vrtanjem v trde formacije, zaščiti sveder, podaljša življenjsko dobo svedra in hkrati zmanjša utrujenostno trdnost drugih vrtalnih orodij ter podaljša življenjsko dobo drugih vrtalnih orodij. Slika 1 prikazuje napetostno stanje vrtalne kolone običajnega vrtalnega orodja in navornega udarnega elementa.

3.2 Analiza prilagodljivosti

Kot napredno vrtalno orodje ima navorni udarni element razumno notranjo mehansko strukturo, brez gumijastih delov in elektronskih komponent ter malo delov. Tudi če odpove, je enakovreden le vrtenju podvrtnika svedra skupaj z vrtalnim svedrom PDC, ne da bi to vplivalo na neprekinjeno vrtanje, in ni treba izklopiti svedra, zato ima visoko zanesljivost. Navorni udarni element je primeren za različne kompleksne formacije, zlasti za magmatske kamnine z močno abrazivnostjo in slabo vrtljivostjo. Hkrati je orodje enostavno za uporabo. Pri uporabi navornega udarnega elementa ga je treba le neposredno priključiti na vrtljivo ali usmerjeno vrtalno orodje, kar je preprosto in priročno za uporabo.

4Sestavljeni udarni element

Sestavljeni udarni element je napredna vrtalna oprema z napravo za pretvorbo energije, ki lahko pretvori energijo vrtalne tekočine v impulzno udarno energijo, s čimer ustvari stabilne visokofrekvenčne obodne in aksialne udarne sile. Ta način delovanja znatno izboljša učinkovitost lomljenja kamnin s svedrom, učinkovito rešuje težave z zatikanjem in zdrsom ter zadrževanjem tlaka med vrtanjem ter s tem doseže cilj povečanja hitrosti. Sestavljeni udarni element nima le torzijskih udarnih lastnosti in prednosti navornega udarnega elementa, temveč inovativno združuje tudi aksialno udarno funkcijo..

sestavljeni udarni element

4.1 Tehnično načelo

Notranja struktura sestavljenega udarnega elementa je sestavljena iz čiste kovine. Pretvarja energijo vrtalne tekočine v visokofrekvenčno in stabilno obodno in aksialno udarno energijo s pomočjo vzvratnega mehanizma. Med vrtanjem s konvencionalnim vrtalnim orodjem mora po vstopu svedra PDC v formacijo akumulirana energija zgornjega vrtalnega orodja preseči določeno kritično vrednost, da se začne strižno lomljenje kamnine. V nasprotju s tem sestavljeni udarni element pretvarja energijo vrtalne tekočine v udarno energijo, kar zagotavlja visokofrekvenčno in stabilno udarno silo za sveder. Na ta način lahko napetost pri lomljenju kamnine hitro doseže kritično napetost za striženje formacije, kar močno izboljša strižno učinkovitost svedra PDC. Hkrati je zaradi zmanjšanja nihanja napetosti pri lomljenju kamnine in navora koristno, da sveder enakomerno reza na dnu vrtine, s čimer se odpravi takojšnja izjemno visoka obremenitev svedra PDC pri konvencionalnih vrtalnih orodjih. Posledično postane obremenitev svedra bolj enakomerna in stabilna, s čimer se podaljša življenjska doba svedra PDC in poveča delovni čas enega samega svedra.

4.2 Analiza prilagodljivosti

V primerjavi z navornim udarnim elementom ima sestavljeni udarni element večjo energijo vzdolžnega udarca. Teoretično je njegova učinkovitost lomljenja kamnin večja in je bolj primeren za uporabo v tesnih formacijah. Pri enaki velikosti je optimalni vrtalni tlak sestavljenega udarnega elementa nekoliko višji kot pri navornem udarnem elementu. Pri sestavljenem udarnem elementu mora imeti uporabljeni sveder večjo odpornost na udarce, poleg glavnih rezalnih zob svedra pa so razporejeni zobje, ki absorbirajo udarce, kar učinkovito ščiti sveder. Pri vrtanju v trde in zelo abrazivne formacije lahko z izbiro svedrov serije HPM PDC dosežete popolno ravnovesje med hitrostjo vrtanja in dolžino vrtanja.

5Zaključki in možnosti

Ta članek preučuje in predstavlja običajna orodja za povečanje hitrosti vrtanja. Z analizo načel, značilnosti in področij uporabe teh orodij rezultati kažejo, da so različne vrste orodij za povečanje hitrosti vrtanja primerne za različne geološke razmere in zahteve vrtanja. Hkrati je treba zaradi različnih stroškov uporabe različnih orodij izbiro orodij za povečanje hitrosti vrtanja upoštevati tudi z ekonomskega vidika.

Za prihodnje raziskave se predlaga izvajanje z naslednjih vidikov: nadaljnja študija mehanizma delovanja orodij za povečanje hitrosti vrtanja, optimizacija zasnove orodij ter izboljšanje njihove prilagodljivosti in učinkovitosti; kombinacija tehnologij, kot sta umetna inteligenca in veliki podatki, za doseganje inteligence in daljinskega spremljanja orodij za povečanje hitrosti vrtanja ter izboljšanje varnosti in učinkovitosti vrtalnih operacij; razširitev uporabe orodij za povečanje hitrosti vrtanja na druga področja, kot so vodne vrtine, plinske vrtine in geotermalne vrtine, da se zadosti potrebam družbenega in gospodarskega razvoja.

Kontakt: Jessie Zhou

Mobilni telefon/Whatsapp: +0086-18109206861
E-pošta:landrill@landrilltools.com
Splet:www.landrilltools.com