Verbessert ein höherer Druck immer die Bohrgeschwindigkeit?

Der Bohrdruck als die auf den Bohrer wirkende Axialkraft ist eine notwendige Voraussetzung für den Gesteinsbruch am Boden des Bohrlochs. -Er liefert die treibende Kraft für die Schneidzähne des Bohrers, um in das Gestein einzudringen und es abzuscheren, und bestimmt direkt die Methode und Wirkung des Gesteinsbruchs. Wenn der Druck innerhalb eines wissenschaftlichen Bereichs kontrolliert wird, ist seine fördernde Wirkung auf die Bohrgeschwindigkeit offensichtlich, was sich hauptsächlich in drei Phasen des Gesteinsbruchs widerspiegelt:

Erstens die Oberflächenzerkleinerungsphase: Wenn der Druck geringer ist als die Druckhärte des Gesteins, können die Schneidzähne nicht in das Gestein schneiden, sondern können die Gesteinsoberfläche nur durch Reibung aufbrechen, was zu einer geringen Bohrgeschwindigkeit, aber einem proportionalen Anstieg mit dem Druck führt. Zweitens die Ermüdungszerkleinerungsphase: Wenn der Druck nahe an der Härte des Gesteins liegt, erzeugt die Gesteinsoberfläche unter der wiederholten Wirkung der Schneidzähne eine große Anzahl von Rissen, wodurch ein Volumenbruch des Gesteins entsteht. Drittens die Volumenzerkleinerungsphase: Wenn der Druck die Härte des Gesteins übersteigt, können die Schneidzähne direkt in das Gestein schneiden und so eine effiziente Volumenzerkleinerung bewirken, was den Idealzustand des normalen Bohrens darstellt. In dieser Phase kann die Anpassung des Drucks mit Hochleistungsbohrern die Effizienz maximieren-z. B. Baker Hughes'PDC-Bohrerhaben eine längere Lebensdauer des Fräsers und können bei Verwendung mit entsprechendem Druck den ROP in harten und abrasiven Formationen deutlich verbessern.

Darüber hinaus beweist die Hochdruck-Jet--unterstützte Bohrtechnologie die positive Rolle eines angemessenen Drucks weiter: Durch die Verwendung von Hochdruckpumpen zur Erzeugung von Hochgeschwindigkeits-Bohrflüssigkeitsstrahlen schneiden die Düsen Schlitze in das Gestein und helfen dem Bohrer so, das Gestein einfacher zu schneiden, was in vielen Ölquellen die Bohrgeschwindigkeit um das Zwei- bis Vierfache erhöhen kann, wenn der Druck auf 10.000 bis 15.000 psi geregelt wird. Dies zeigt, dass unter der Voraussetzung, dass die Ausrüstung und die Formationsbedingungen aufeinander abgestimmt sind, ein angemessener Druck tatsächlich ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Bohrgeschwindigkeit ist.

Wenn der Druck den angemessenen Bereich überschreitet, wird die positive Korrelation zwischen Druck und Bohrgeschwindigkeit unterbrochen und es treten eine Reihe von Problemen auf, die letztendlich die Bohreffizienz verringern und die Kosten erhöhen. Die spezifischen Erscheinungsformen sind wie folgt:

1. Beschleunigter Bohrerverschleiß und verkürzte Lebensdauer

Die Lager, Schneidzähne und anderen Komponenten des Bohrers werden bei übermäßigem Druck einer größeren Belastung ausgesetzt, was den Verschleiß beschleunigt, stumpf wird oder sogar beschädigt.-Und die Verschleißgeschwindigkeit der Schneidzähne nimmt mit zunehmendem Druck erheblich zu und tendiert sogar dazu, unendlich zu werden, wenn der Druck den Grenzwert erreicht. Wenn beispielsweise Tricone-Bohrer zum Bohren abrasiver Formationen verwendet werden, führt übermäßiger Druck dazu, dass sich die Wolframcarbid-Einsätze schnell abnutzen, wodurch der Bohrer seine Gesteinsbrechkapazität im Voraus verliert und ein häufiges Auswechseln des Bohrers erforderlich wird, was nicht nur die unproduktive Zeit erhöht, sondern auch die Bohrkosten erhöht. Im Gegenteil: Durch die Auswahl geeigneter Bohrer und die Wahl eines angemessenen Drucks kann der Verschleiß der Schneidzähne minimiert und die Lebensdauer des Bohrers verlängert werden.

2. Stagnation oder Rückgang der Bohrgeschwindigkeit

Gemäß der Beziehungskurve zwischen Bohrdruck und Bohrgeschwindigkeit verlangsamt sich die Wachstumsrate der Bohrgeschwindigkeit erheblich, wenn der Druck auf einen bestimmten Wert ansteigt, und hört sogar auf zu steigen oder zu sinken. Dies liegt daran, dass übermäßiger Druck dazu führt, dass der Bohrer überlastet wird, was zu einem instabilen Betrieb des Bohrwerkzeugs führt-z. B. zum Springen des Bohrers in gebrochenen Formationen, was nicht nur die Bohrgeschwindigkeit nicht verbessert, sondern auch dazu führt, dass die Schneidzähne abplatzen oder brechen, was die Bohreffizienz weiter verringert. Darüber hinaus ist es bei kohäsivem Weichgestein wahrscheinlich, dass übermäßiger Druck zu Wasserverstopfungen und Bohrerballungen führt, wodurch der Bohrer nicht mehr in der Lage ist, das Gestein effektiv zu brechen, und die Bohrgeschwindigkeit stark abnimmt.

3. Erhöhte Risiken im Bohrloch und Geräteausfälle

Übermäßiger Druck erhöht die Belastung des Bohrgestänges, der Bohranlage und des Hydrauliksystems und führt leicht zu Geräteausfällen wie Verformung des Bohrgestänges, Brüchen und Schäden an der Pumpe. Wenn beim Hoch-druckstrahl-unterstützten Bohren der Druck die Tragfähigkeit der Rohrwendel und des Bohrlochmotors übersteigt, kommt es zu Undichtigkeiten an der Bohrgestängeverbindung oder zu Schäden an der Motordichtung, was zu Bohrunfällen führen kann. Gleichzeitig erhöht übermäßiger Druck den Differenzdruck am Boden des Bohrlochs, was zu einem Druckhalteeffekt führt. -Gesteinssplitter können das Bohrloch nur schwer verlassen, was zu wiederholtem Zerkleinern führt, was nicht nur die Bohrgeschwindigkeit verringert, sondern auch zum Einsturz des Bohrlochs und anderen Risiken führen kann.

Um den kontraproduktiven Effekt von übermäßigem Druck zu vermeiden und die Rolle des Drucks bei der Verbesserung der Bohrgeschwindigkeit voll auszuschöpfen, ist es notwendig, drei Kernfaktoren umfassend zu berücksichtigen und die entsprechenden Produkte und Parameter aufeinander abzustimmen:

1. Gesteinseigenschaften: Die grundlegende Grundlage für die Druckanpassung

Unterschiedliche Gesteinsarten reagieren sehr unterschiedlich auf Druck. Mittelhartes Gestein (Gesteinsklasse 6 bis 7) weist die höchste Wachstumsrate der Bohrgeschwindigkeit auf, wenn der Druck erhöht wird; Weiches Gestein (Gesteinsgrad 4 bis 5) neigt zur Bildung von Bohrmeißeln, daher sollte der Druck entsprechend reduziert werden. Hartgesteine ​​(Gesteinsklasse 8 bis 9) haben eine hohe Druckhärte und die Wachstumsrate der Bohrgeschwindigkeit mit dem Druck ist gering. Daher ist es notwendig, Hochleistungsbohrkronen anzupassen, anstatt einfach den Druck zu erhöhen. Wenn Sie beispielsweise geothermische Formationen mit komplexen Gesteinseigenschaften bohren, können Sie durch die Auswahl der geothermischen Bohrer von Baker Hughes (einschließlich Tricone-, PDC- und Hybrid-Typen) und die Anpassung des Drucks entsprechend der Formationshärte eine optimale Bohreffizienz erzielen.

2. Bohrertyp: Passender Druck, um Produktvorteile auszuspielen

Verschiedene Bohrertypen haben unterschiedliche Druckanpassungsbereiche. PDC-Bohrer sind für Umgebungen mit mittlerem und hohem Druck geeignet und ihre kontinuierliche Scherwirkung kann unter angemessenem Druck vollständig ausgeübt werden, um die Bohrgeschwindigkeit zu verbessern; Dreikegelbohrer haben eine hohe Steinbruchfestigkeit, aber übermäßiger Druck beschleunigt den Lagerverschleiß. Kymera-Hybridbohrkronen vereinen die Vorteile von Rollenkegel- und Diamantbohrkronen und können sich an unterschiedliche Druckumgebungen anpassen, müssen jedoch dennoch an die Bohrlochbedingungen angepasst werden. Darüber hinaus können adaptive Bohrer die Schnitttiefe entsprechend den Druckänderungen im Bohrloch anpassen und so die Bohreffizienz automatisch optimieren. Dies ist eine ideale Wahl für komplexe Formationen, in denen der Druck schwer stabil zu kontrollieren ist.

3. Bohrsystem und Nebenbedingungen: Gewährleistung der Druckstabilität und Wirksamkeit

Die Leistung der Bohranlage, die Qualität der Bohrflüssigkeit und die Kombination der Bohrwerkzeuge wirken sich alle auf die Wirkung der Druckeinstellung aus. Beispielsweise bestimmt die Leistung der Bohranlage den maximalen Druck, der stabil bereitgestellt werden kann; Die Dichte und Viskosität der Bohrflüssigkeit wirken sich auf den Differenzdruck am Bohrlochboden aus, und eine unangemessene Leistung der Bohrflüssigkeit macht den positiven Effekt der Druckanpassung zunichte. Das vom National Energy Technology Laboratory entwickelte fortschrittliche Hochdruck-Bohrsystem mit Spiralrohren löst das Problem der Hochdruckflüssigkeitsübertragung durch konzentrische Spiralrohre, vermeidet Leckagen und stellt sicher, dass der Druck effektiv auf den Bohrer übertragen werden kann, wodurch die Bohrgeschwindigkeit verbessert wird.