แรงดันสูงช่วยเพิ่มความเร็วในการเจาะเสมอหรือไม่?

แรงดันในการเจาะซึ่งเป็นแรงตามแนวแกนที่กระทำต่อดอกสว่านเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแตกหินที่ด้านล่างของบ่อ- โดยเป็นแรงผลักดันให้ฟันตัดของดอกสว่านเจาะและเฉือนหิน ซึ่งเป็นตัวกำหนดวิธีการและผลกระทบของการแตกหินโดยตรง เมื่อมีการควบคุมความดันภายในช่วงทางวิทยาศาสตร์ ผลการส่งเสริมต่อความเร็วในการเจาะจะเห็นได้ชัด ซึ่งส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในการทำลายหินสามขั้นตอน:

ขั้นแรก ขั้นตอนการบดพื้นผิว: เมื่อความดันน้อยกว่าความแข็งอัดของหิน ฟันที่ตัดจะไม่สามารถตัดเข้าไปในหินได้ และทำได้เพียงทำลายพื้นผิวหินผ่านการเสียดสีเท่านั้น ส่งผลให้ความเร็วในการเจาะต่ำแต่จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนตามความดัน ประการที่สอง ขั้นตอนการบดเมื่อยล้า: เมื่อความดันใกล้กับความแข็งของหิน พื้นผิวของหินจะทำให้เกิดรอยแตกจำนวนมากภายใต้การกระทำซ้ำ ๆ ของฟันตัด ทำให้ทราบถึงการแตกหักของปริมาตรของหิน ประการที่สาม ขั้นตอนการบดตามปริมาตร: เมื่อความดันเกินความแข็งของหิน ฟันที่ตัดสามารถตัดเข้าไปในหินได้โดยตรง ทำให้เกิดการบดตามปริมาตรที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นสถานะในอุดมคติของการขุดเจาะตามปกติ ในขั้นตอนนี้ การจับคู่แรงดันกับดอกสว่านประสิทธิภาพสูง-สามารถเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดได้-เช่น Baker Hughes'ดอกสว่านพีดีซีมีความทนทานของหัวกัดเพิ่มขึ้น และเมื่อใช้แรงดันที่เหมาะสม ก็สามารถปรับปรุง ROP ในรูปแบบที่แข็งและมีฤทธิ์กัดกร่อนได้อย่างมาก

นอกจากนี้ เทคโนโลยีการขุดเจาะ-แรงดันสูง-ยังช่วยยืนยันบทบาทเชิงบวกของแรงดันที่เหมาะสมอีกด้วย: โดยการใช้-ปั๊มแรงดันสูงเพื่อสร้างไอพ่นของเหลวสำหรับเจาะความเร็วสูง- ไอพ่นจะตัดช่องในหิน ช่วยให้ดอกสว่านตัดหินได้ง่ายขึ้น ซึ่งสามารถเพิ่มความเร็วในการเจาะได้ 2 ถึง 4 เท่าในบ่อน้ำมันหลายแห่ง เมื่อควบคุมความดันที่ 10,000 ถึง 15,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว นี่แสดงให้เห็นว่าภายใต้สมมติฐานของอุปกรณ์ที่ตรงกันและสภาวะการก่อตัว แรงดันที่เหมาะสมเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความเร็วในการเจาะ

เมื่อความดันเกินช่วงที่เหมาะสม ความสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างความดันและความเร็วในการเจาะจะขาด และปัญหาต่างๆ จะเกิดขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการขุดเจาะลดลงและเพิ่มต้นทุนในที่สุด อาการเฉพาะมีดังนี้:

1. การสึกหรอของดอกสว่านเร็วขึ้นและอายุการใช้งานสั้นลง

แบริ่ง ฟันตัด และส่วนประกอบอื่นๆ ของดอกสว่านจะรับภาระได้มากขึ้นภายใต้แรงกดที่มากเกินไป การสึกหรอที่เร็วขึ้น การทื่อ หรือแม้แต่ความเสียหาย-และความเร็วการสึกหรอของฟันตัดจะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามแรงกดที่เพิ่มขึ้น และมีแนวโน้มที่จะไม่มีที่สิ้นสุดเมื่อความดันถึงค่าขีดจำกัด ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ดอกสว่านไทรโคนในการเจาะรูปแบบที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แรงดันที่มากเกินไปจะทำให้เม็ดมีดทังสเตนคาร์ไบด์สึกหรออย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ดอกสว่านสูญเสียความสามารถในการทำลายหิน-ล่วงหน้า ทำให้ต้องสะดุดบ่อยครั้งเพื่อเปลี่ยนดอกสว่าน ซึ่งไม่เพียงเพิ่ม-เวลาที่ไม่ได้ประสิทธิผล แต่ยังเพิ่มค่าใช้จ่ายในการเจาะด้วย ในทางตรงกันข้าม การเลือกดอกสว่านที่เหมาะสมและแรงกดที่เหมาะสมจะช่วยลดการสึกหรอของฟันตัดและยืดอายุการใช้งานของดอกสว่านได้

2. ความเร็วในการเจาะซบเซาหรือลดลง

ตามเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันสว่านและความเร็วในการเจาะ เมื่อความดันเพิ่มขึ้นถึงค่าหนึ่ง อัตราการเติบโตของความเร็วในการเจาะจะช้าลงอย่างมาก และแม้กระทั่งหยุดเพิ่มหรือลดลงด้วยซ้ำ เนื่องจากแรงดันที่มากเกินไปจะทำให้ดอกสว่านรับน้ำหนักมากเกินไป ส่งผลให้การทำงานของเครื่องมือเจาะไม่เสถียร-เช่น การกระโดดของดอกสว่านในลักษณะที่แตกหัก ซึ่งไม่เพียงแต่จะล้มเหลวในการปรับปรุงความเร็วในการเจาะเท่านั้น แต่ยังทำให้ฟันตัดหักหรือแตกหัก ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเจาะลดลงอีกด้วย นอกจากนี้ สำหรับหินอ่อนที่เหนียวแน่น แรงดันที่มากเกินไปมีแนวโน้มที่จะทำให้น้ำอุดตันและการกัดลูกบอล ทำให้สว่านไม่สามารถทำลายหินได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความเร็วในการเจาะจะลดลงอย่างรวดเร็ว

3. เพิ่มความเสี่ยงในหลุมเจาะและความล้มเหลวของอุปกรณ์

แรงดันที่มากเกินไปจะเพิ่มภาระให้กับสายเจาะ แท่นขุดเจาะ และระบบไฮดรอลิก ทำให้เกิดความล้มเหลวของอุปกรณ์ได้ง่าย เช่น การเสียรูปของสายเจาะ การแตกหัก และความเสียหายของปั๊ม ในการเจาะโดยใช้เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง-- ถ้าแรงดันเกินความจุแบริ่งของท่อขดและมอเตอร์แบบหลุมเจาะ จะทำให้เกิดการรั่วไหลที่ข้อต่อท่อเจาะหรือเกิดความเสียหายต่อซีลมอเตอร์ ส่งผลให้เกิดอุบัติเหตุจากการเจาะ ในเวลาเดียวกัน แรงดันที่มากเกินไปจะเพิ่มแรงดันส่วนต่างของรูด้านล่าง ทำให้เกิดแรงกดทับ-การตัดหินเป็นเรื่องยากที่จะออกจากรูด้านล่าง ส่งผลให้มีการบดซ้ำหลายครั้ง ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความเร็วในการเจาะเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้หลุมเจาะยุบตัวและความเสี่ยงอื่นๆ อีกด้วย

เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบต่อต้านแรงกดดันที่มากเกินไป และมีบทบาทอย่างเต็มที่ต่อแรงกดดันในการปรับปรุงความเร็วการเจาะ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลักสามประการอย่างครอบคลุม และจับคู่ผลิตภัณฑ์และพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง:

1. คุณสมบัติของหิน: พื้นฐานพื้นฐานในการปรับแรงดัน

หินแต่ละเกรดมีการตอบสนองต่อแรงกดดันที่แตกต่างกันมาก หินแข็งปานกลาง- (หินเกรด 6 ถึง 7) มีอัตราการเติบโตของความเร็วในการเจาะสูงสุดเมื่อความดันเพิ่มขึ้น หินอ่อน (หินเกรด 4 ถึง 5) มีแนวโน้มที่จะเกิดการกระแทก ดังนั้นควรลดความดันลงอย่างเหมาะสม หินแข็ง (หินเกรด 8 ถึง 9) มีความแข็งในการอัดสูง และอัตราการเติบโตของความเร็วในการเจาะด้วยแรงดันมีน้อย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจับคู่ดอกสว่านประสิทธิภาพสูง-แทนที่จะเพิ่มแรงดันเพียงอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น เมื่อเจาะการก่อตัวของความร้อนใต้พิภพที่มีคุณสมบัติของหินที่ซับซ้อน การเลือกดอกสว่านความร้อนใต้พิภพของ Baker Hughes (รวมถึงประเภทไทรโคน, PDC และไฮบริด) และการปรับความดันตามความแข็งของชั้นหินสามารถบรรลุประสิทธิภาพการขุดเจาะที่เหมาะสมที่สุด

2. ประเภทดอกสว่าน: แรงดันที่ตรงกันเพื่อให้เกิดข้อได้เปรียบของผลิตภัณฑ์

ดอกสว่านประเภทต่างๆ มีช่วงการปรับแรงดันที่แตกต่างกัน ดอกสว่าน PDC เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันปานกลางและสูง และการตัดเฉือนอย่างต่อเนื่องสามารถทำได้อย่างเต็มที่ภายใต้แรงกดดันที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความเร็วในการเจาะ ดอกสว่านไทรโคนมีกำลังบดหิน-ที่แข็งแกร่ง แต่แรงกดที่มากเกินไปจะทำให้ตลับลูกปืนสึกหรอเร็วขึ้น ดอกสว่านไฮบริดของ Kymera ผสมผสานข้อดีของกรวยลูกกลิ้งและดอกเพชรเข้าด้วยกัน และสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมแรงดันที่แตกต่างกัน แต่ยังต้องปรับตามสภาพของหลุมเจาะ นอกจากนี้ ดอกสว่านแบบปรับได้ยังสามารถปรับความลึกของการตัดตามการเปลี่ยนแปลงแรงดันในรูเจาะ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเจาะโดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่งควบคุมแรงดันได้อย่างเสถียรได้ยาก

3. ระบบการขุดเจาะและเงื่อนไขเสริม: รับประกันความเสถียรและประสิทธิผลของแรงดัน

ประสิทธิภาพของแท่นขุดเจาะ คุณภาพของน้ำมันเจาะ และการรวมกันของเครื่องมือขุดเจาะ ล้วนส่งผลต่อผลของการปรับแรงดัน ตัวอย่างเช่น กำลังของแท่นขุดเจาะจะกำหนดแรงดันสูงสุดที่สามารถให้ได้อย่างเสถียร ความหนาแน่นและความหนืดของของเหลวเจาะจะส่งผลต่อความดันต่างของรูก้น และประสิทธิภาพของของเหลวเจาะที่ไม่สมเหตุสมผลจะชดเชยผลบวกของการปรับความดัน ระบบเจาะท่อขด-ความดันสูง-ขั้นสูงที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติช่วยแก้ปัญหาการส่งของไหลแรงดันสูง-ผ่านท่อขดที่มีศูนย์กลางร่วมกัน หลีกเลี่ยงการรั่วไหลและรับรองว่าความดันสามารถส่งผ่านไปยังดอกสว่านได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเร็วในการเจาะ