סקירה כללית של קידוח סיביות

קידוח חתיכות בקידוחי נפט
חתיכות קידוח הן כלים קריטיים המשמשים לשבר תצורות סלע וליצור Wellbores במהלך פעולות קידוח נפט. הביצועים שלהם משפיעים ישירות על עלויות קידוח, יעילות ועלויות תפעוליות.

סיווג לפי סוג:

גרור חתיכות

חתיכות חרוט רולר

חתיכות יהלום

חתיכות PDC (קומפקט יהלום פוליקריסטלי)

סיווג לפי פונקציה:

חתיכות קידוח מלאות

חתיכות ליבה

ביטים בתהליך מיוחד (למשל, חתיכות קצה, סיביות סטיות כיווניות)

גרור חתיכות
חתיכות גרירה מייצגות את הסוג המוקדם ביותר של קידוח המשמש בקידוח סיבוב. מאז אימוץ שיטות קידוח סיבוביות בהמאה ה -19, קטעים אלה נותרו בשימוש, כאשר שדות נפט מסוימים עדיין מעסיקים אותם כיום. נעשה שימוש בעיקר בתצורות רכות ורכות דביקות, הם מספקים גבוהקצב החדירה (ROP)ומורחבקטעי ביטו היתרונות העיקריים שלהם כוללים מבנה פשוט, קלות ייצור, עלות נמוכה והתאמה עבורעיצוב וייצור באתרלפי שדות נפט.

מבנה של חתיכות גרירה
סיבוב הגרירה כולל ארבעה רכיבים: גוף הביט, להבים, כובע מדרכי מים וחרירים. המכונה של גוף הסיביות משרתות פלדת פחמן בינוניות כבסיס ללהבים ריתוך וכובע מדרכי מים, הכולל חוטי מיתרי מקדחה בקצהו העליון; להבים (נקראים גם כנפיים) מרותכים לפונקציית הקצה התחתון כאלמנטים החיתוך העיקריים.

עיקרון עבודה של חתיכות גרירה
גרור ביטים שבר סלע דרך חיתוך פעולה. בתצורות רכות ופלסטיק, פעולתם דומה לכלי חיתוך מתכת: להבים חודרים לשכבה תחת משקל על סיביות (WOB), ואילו כוחות פיתול גורמים לזרם פלסטיק רציף לפני הקצה החיתוך, קילוף שכבת סלע בשכבה. בעת קידוח תצורות שבירות, פיצול סלע מתרחש בשלושה שלבים:

הִתנַגְשׁוּת: לאחר שבר סלע ראשוני, התנגדות פיתולית מופחתת מאפשרת ללהבים להתקדם ולהשפיע על סלע שלם;
ריסוק וגזירה מיקרו: כוחות פיתול מוחצים ויוצרים שברים בגזירה בקנה מידה קטן;
גזירת מקרו: המשך דחיסת הלהבים מגדיל את הפיתול לרמות קריטיות, וגורם לכישלון גזירה בקנה מידה גדול לאורך מטוסי שברים, ואחריו שחרור לחץ פיתולי פתאומי.
תהליך מחזורי זה (התנגשות → ריסוק וגזירה מיקרו → גזירה מאקרו) מהווה מנגנון פיצול הסלע של דראג סיביות בתצורות שבירה.

שימוש נכון בחתיכות גרירה
חתיכות גרירה מתאימות לתצורות רכות ורכות דביקות. במהלך קידוח, המפעילים חייבים:
① בקרה על משקל-על-סיביות (WOB) ומהירות הסיבוב באופן מתאים;
② מונע שברים בסטיית באר, דביקה ושברי להב;
③ אימוץ זרימת זרימה גבוהה כדי להבטיח ניקוי חור נאות וקירור סיביות-חיוני בגלל שיעורי החדירה המהירים ונפח ייחורים גדולים בתצורות רכות;
④ עקוב אחר דפוסי בלאי חרוטי (מהירות לינארית של להב חיצוני גורמת ללבוש מואץ), הדורש מיקוד מוגבר בבקרת סטייה ותחזוקת קוטר הבור.

חתיכות חרוט רולר
מאז הצגת הסיבוב הראשון של חרוט הגלילה בשנת 1909, סוג זה השיג דומיננטיות עולמית בקידוחים סיבוביים. קטעי Tri-Cone מייצגים כעת את חתיכות המקדחה המשמשות ביותר ברחבי העולם. כולל מגווןתצורות שינייםוכןמבנים נושאים, הם מסתגלים כמעט לכל סוגי היווצרות. ביצועים אופטימליים - מאופיינת בתחרותקצב החדירה (ROP)ומורחבקטעי ביט-מושג באמצעות בחירת סיביות ספציפית להיווצרות.

מבנה בסיסי של חתיכות חרוט רולר
גוף ביט: שלוש רגליים מרותכות יחד עם השחלת API בחלקו העליון.
קונוסים: גופי פלדה חרוטי הכוללים קליפות חרוט ושיניים (שיניים טחון או תוספות טונגסטן קרביד).

מסבים ומערכת אטומה של סיכה:
חרירים: מיטוב יעילות הידראולית של נוזל קידוח.

עיקרון העבודה של חתיכות קון רולר
במהלך הפעולה בתחתית הקידוח, כל המקדחה סיבוב סביב הציר המרכזי שלו (מכונה סיבוב סיביות), ואילו שלושת החרוטים מתגלגלים לאורך הצירים שלהם בתחתית הקידוח (המכונה סיבוב חרוט). המשקל על ביט (WOB) המועבר דרך השיניים שבר את הסלע (אפקט ריסוק). כאשר הקונוסים מתגלגלים, הם פונים לסירוגין לתחתית הקידוח עם שיניים בודדות וכפולות, וגורמות לתנודה אנכית של מרכזי החרוט. זה מייצר רטט אורכי בקטע. הרטט דוחס באופן מחזורי ומרחיב את מיתר המקדחה, ומיר את האנרגיה האלסטית המשתנה מעת לעת ממיתר המקדחה התחתון לכוחות ההשפעה על היווצרות דרך השיניים כדי לשבור את הסלע. פעולה משולבת זו ופעולה ריסוק מהווה את מנגנון פיצול הסלע הראשוני של חתיכות חרוט רולר.

בנוסף להשפעות השפעה וריסוק, חתיכות חרוט רולר מפעילותפעולת גזירהעל סלע בורר-בור. במהלך תנועה מתגלגלת, הקונוסים מייצרים בו זמניתהזזה שינייםנגד היווצרות. תנועת הזזה זו מסרקת את הסלע, מגרדת את קרקעית הקידוח באופן דומה לקטע גרירה. החלפת שיניים נובעת בעיקר משלוש תצורות עיצוב:קיזוז חרוט ,פרופיל חרוט משני, משמרת ציר. THEקיזוז חרוטבשילוב עםפרופילים רב-קוניםגורםהזזה משיקית, בזמןמשמרת צירגורמיםהזזה ציריתו תצורות תכנון בדרך כלל עוקבות אחר עקרונות ספציפיים להיווצרות אלה: קטעים עבורתצורות רכות עד בינוניות קשה: שילוב קיזוז חרוט, פרופילים רב-קווים ומשמרת ציר; חתיכות עבורתצורות קשות בינוניות עד קשות: תכונות קיזוז חרוט ופרופילים מרובי-קון; קטעים עבורתצורות קשות/שוחקות במיוחד: להעסיקמבנים בודדיםללא קיזוז חרוט או ציר משמרת.

סיווג ובחירת חתיכות חרוט רולר
יצרנים רבים מייצרים קטעי חרוט רולר, המציעים מגוון רחב של סוגי סיביות ומבנים. כדי להקל על בחירת סיביות ויישום,האיגוד הבינלאומי של קבלני קידוח (IADC)הקים מערכת סיווג מאוחדת גלובלית ומערכת קידוד עבור ביטים של חרוט רולר

חתיכות יהלום
קצת יהלום מתייחס למקדחה שמסבר את התנדנדות דרך חלקיקי יהלומים המוטמעים במטריקס שלו. דיימונד מוכר כיום כחומר הקשה והעמיד ביותר בלאי הידוע למין האנושי. כתוצאה מכך, קטעי יהלום משיגים קטעים גבוהים יחסית בעת קידוח תצורות קשות ושוחקות מאוד. למרות העלות הגבוהה של דיימונד, קצב השחיקה הנמוך וקטעים יוצאי דופן לכל סיביות שומרים על תחרותיות חזקה בקידוחי נפט מודרניים. נכון לעכשיו, חתיכות יהלום משמשות באופן נרחב בפעולות קידוח סיבוביות, טורבו וקידוח טורבו, עםPolycrystalline יציב תרמית (TSP)שיני יהלום רואות יישום נרחב במיוחד.

מאפיינים מבניים של חתיכות יהלום
סיביות יהלום כוללת מבנה מונוליטי ללא רכיבים הנעים, הכולל חמישה אלמנטים חיוניים: גוף הסיביות, הכתר, התצורה ההידראולית (כולל מסלולי מים/חרירים, תעלות זרימה וחריצי הסרת גזרים), הגנה על מגנים וקצוות חיתוך (שיניים). הכתר משמש כקטע חיתוך הסלע, עם משטח העבודה שלו משובץ שיניים חיתוך יהלום ושילוב תכונות הידראוליות. פני השטח לרוחב של הכתר מתפקדים כאזור הגנת הגזים (המותקנים בשיני מד), המחובר לגוף הביט המופק ממטריקס טונגסטן קרביד או חומר פלדה. גוף ביט הפלדה כולל חיבורים הברגה בקצהו העליון למכלול מיתרי קידוח, בעוד שהחלק התחתון שלו קשור למטריצת הכתר (בעיצובים של גוף פלדה, הכתר משתלב באופן מונוליטי עם גוף הסיביות).

עיקרון עבודה של ביטים יהלומים
במהלך קידוחי סיביות היהלומים, חלקיקי יהלומים מרובים על משטח הסיביות עוסקים בו זמנית בתצורות סלע. פיצול סלע על ידי יהלומים מציג מאפיינים מובחנים בסוגי היווצרות שונים. בתצורות פלסטיק(או סלעים המציגים פלסטיות תחת לחץ), יהלומים חודרים לתצורה מתחתמשקל על ביט (WOB)ולגרום לשבר או זרימת פלסטיק של הסלע קדימהמומנט קצתו מנגנון שובר סלע זה דומה לתהליך "חריש", ומכונה "מכונה" "אפקט חריש".

מנגנוני פיצול סלע בתצורות שונות
במהלך קידוח פנימהתצורות שבירות, קטעי יהלום בעיקר שברים סלע דרך מנגנון "ריסוק". בשילובמשקל על ביט (WOB)וכןעֲנָק, לחץ שנגרם גורם לסלע מתחת לחותכי היהלומים לשבור לאורך מטוסי לחץ מקסימליים. זה יוצר חריצים שברים מאחורי יהלומים נעים, שם נפח הסלע המקוטע עולה באופן משמעותי מאזור החדירה המיידי. פיצול נפחי זה מאפשר שבירת סלע יעילה ביותר.

בתצורות קשות(למשל, צ'רט, דולומיט סיליסוס), חלקיקי יהלומים דקים של ביטים ספוגים ביהלומים בתוך המטריצה-בדרך כלל משתמשים בהן. התהליך שובר הסלע שלהם דומה לשחיקת גלגלים. כל יהלום חשוף מתפקד כקצה חיתוך מיקרו, מה שהופך את הסיביות לכלי אינסופי-להב. במהלך הניתוח, בולטת בקצוות יהלומים שבר סלע דרך פעולות חיתוך מיקרו ושריטה. מנגנון טחינה זה מהווה פיצול ברמת השטח עם יעילות נמוכה יותר.

יישום נכון של חתיכות יהלום
חתיכות יהלום מתאימות לקידוח תצורות בינוניות עד קשות, שוחקות, כמו גם קידוח טורבינות, קידוח היטב עמוק/עמוק במיוחד ופעולות הליכה. לפני פריסת סיביות יהלום, יש לנקות ביסודיות את החלק התחתון של חור הקידוח כדי להבטיח שלא נותר פסולת מתכתי. עם קשר ראשוני עם החלק התחתון, הסיב צריך לעבור אתקופת פריצהבאמצעותמשקל נמוך על ביט (WOB)וכןהפחתת מהירות הסיבובו בהמשך, קידוח ממשיך עםWOB נמוך יחסית (נמוך יותר מקטעי חרוט רולר), מהירויות סיבוב גבוהות, וקצב זרימה מקסימאליו יש למזער את פעולות ההתרחשות. כאשר הקיצוץ אינו נמנע, החלWOB מינימליוכןסל"ד נמוך; יש לבצע פעולות באופן אחיד כדי למנוע שבר יהלום ובלאי מופרז במדור מד.

פיסות PDC (ביטים קומפקטיים של יהלום פולי -קריסטל)
ביט ה- PDC, המקוצר מקטע קומפקטי של היהלום הפולי -קריסטלי, נקרא גם אחותך היהלומים הפולי -קריסטליאוֹביט חותך קומפקטיו מאז שחברת החשמל הכללי (ארה"ב) הציגה חותכי PDC בשנת 1973 ופיתחה את סיב ה- PDC הראשון, הקטעים הללו קיבלו יישום נרחב בקידוחי נפט בגלל שלהםשיעור חדירה גבוה (ROP), חיי שירות מורחבים, וקטעים יוצאי דופןו כמעט כל יצרני הסיביות של קידוח אימצו טכנולוגיה זו כדי לייצר קווי מוצרי PDC קנייניים.

מאפיינים מבניים של פיסות PDC
ביטים של PDC מורכבים מגוף הביט, חותכי PDC וחרירים, המסווגים לתוכוגוף פלדהוכןמטריקס-גוףסדרה המבוססת על הבדלי מבניים וייצור.

פיסות PDC בגוף פלדה
כל גוף הסיביות מיוצר מפלדה בפחמן בינוני באמצעות תהליכי ייצור מכניים. חורים נקדחים על פני הסיביות כדי לאבטח חותכי PDC לכתר דרךהפרעות מתאימותו הכתר עובר טיפולי התקשות פני השטח (ציפוי טונגסטן קרביד, קרבורן וכו ') כדי לשפר את עמידות השחיקה. היתרונות העיקריים כוללים ייצור מפושט; החסרונות כוללים עמידות בשחיקה נמוכה ושמירה על חותך לא אמין, וכתוצאה מכך יישום זרם מוגבל.

חתיכות PDC של גוף מטריקס
החלק העליון משתמש בבניית פלדה, ואילו החלק התחתון כולל אמטריצה ​​עמידה בלבוש טונגסטן קרבידנוצר דרךאבקת מטלורגיה סינטינגו חותכי PDC מוחצים על שקעים שהוגדרו מראש באמצעות סגסוגות הלחמה בטמפרטורה נמוכה. עמידות הקשיות הגבוהה של קרביד מטריקס ועמידות השחיקה מאפשרת חיי שירות מורחבים וקטעי קטע מעולים, מה שהופך את הקטעים הללו בעיקרם המשמשים כיום.

עיקרון עבודה של פיסות PDC
PDC ביטים שבר סלע דרך אמנגנון גזירהו חותכים לניתוח עצמי חודרים בקלות תצורות תחתמשקל על ביט (WOB), מתקדם קדימה מתחתעֲנָקלחצץ רוק. עם חותכי PDC מרובים הפועלים בו זמנית, תחתית הקידוח מתפתחת מספר רבפרצופי סלע בחינםיעילות פיצול משפרת באמצעות פעולת גזירה מבוזרת.

יישום נכון של פיסות PDC
ביטים של PDC משיגים ביצועים מיטביים בתצורות הומוגניות מורחבותהחל מרך לבינוני קשה. הם לא מתאימים לשכבות חצץוכןתצורות קשות/רכות משובצותו פרמטרי קידוח צריכים להשתמשמשקל נמוך על ביט (WOB), מהירויות סיבוב גבוהות, וקצב זרימה מקסימאלילביצועי סיביות אפקטיביים. לפני הפריסה, יש לפנות את קרקעית הקידוח מפסולת מתכתי. בירידה ראשונית, השתמשWOB מינימליוכןצמצום סל"דלפריצה עד לבדיקת דפוס החור התחתון, ואז המשך לקידוח רגיל. כְּמוֹמבני סיביות מונוליטייםללא רכיבים נעים, פיסות PDC אידיאליות למהירות גבוההקידוח טורבויישומים.