Penelitian tentang Alat Peningkat Kecepatan Pengeboran

Saat ini, alat-alat peningkat kecepatan pengeboran terutama terbagi menjadi dua kategori: tipe mekanik dan tipe hidrolik. Alat mekanik menggunakan Beban pada Mata Bor (Weight on Bit/WOB) untuk menghasilkan gaya tumbukan, yang secara efektif meningkatkan efisiensi pemecahan batuan pada formasi keras, tetapi memiliki masalah seperti getaran yang kuat, konsumsi energi yang tinggi, dan mudah rusak akibat kelelahan material. Alat hidrolik menggunakan fluida pengeboran untuk menggerakkan palu tumbukan, menggabungkan tumbukan, rotasi, dan semburan untuk memecah batuan. Alat ini memiliki keunggulan signifikan dalam meningkatkan Laju Penetrasi (Rate of Penetration/ROP), mengendalikan deviasi sumur, dan memperpanjang umur mata bor, tetapi umumnya memiliki masalah seperti frekuensi tumbukan tunggal dan kesulitan dalam beradaptasi dengan kebutuhan formasi yang berbeda.

Teknologi pengeboran tumbukan terutama dibagi menjadi tiga kategori berdasarkan cara kerjanya: teknologi tumbukan torsi, teknologi tumbukan aksial, dan teknologi tumbukan komposit aksial-torsi. Inti dari pengeboran tumbukan untuk meningkatkan kecepatan adalah mengubah energi tekanan gas atau cairan menjadi energi mekanik tumbukan aksial atau torsi melalui impaktor, yang langsung diterapkan ke ujung belakang mata bor, sehingga meningkatkan kondisi pemotongan mata bor dan meningkatkan efisiensi pemecahan batuan mata bor.

Teknologi pengeboran tumbukan torsi adalah teknologi peningkatan kecepatan pengeboran yang sedang berkembang dalam beberapa tahun terakhir, terutama digunakan untuk mengatasi getaran "selip-lengket" yang dihasilkan oleh mata bor PDC. Saat digunakan, impaktor torsi dipasang di ujung belakang mata bor. Melalui desain struktur internalnya, ia dapat mengubah energi hidrolik fluida menjadi energi mekanik tumbukan torsi. Mata bor memecah batuan di bawah aksi gabungan torsi keadaan tunak dari rangkaian bor dan torsi tumbukan yang dihasilkan oleh impaktor.

Contoh-contoh berikut memperkenalkan dua alat inovatif.

1. Alat Peningkat Kecepatan Pengeboran dengan Frekuensi Benturan yang Dapat Diatur

Alat peningkat kecepatan pengeboran hidraulik yang dapat disesuaikan frekuensinya memiliki struktur benturan inti yang terdiri dari bantalan, badan poros bawah, pasangan piston, palu benturan, nosel pengatur aliran, dan komponen lainnya.

Prinsip Kerja:Alat ini memanfaatkan perbedaan tekanan periodik yang terbentuk oleh fluida pengeboran di ruang atas dan bawah palu tumbukan untuk menggerakkan palu tumbukan agar bergerak bolak-balik dengan kecepatan tinggi, menghasilkan gaya tumbukan aksial yang langsung ditransmisikan ke mata bor untuk membantu pemecahan batuan. Kuncinya adalah alat ini dapat menyesuaikan frekuensi tumbukan dengan mengubah jumlah lubang simetris di badan poros bawah, sehingga dapat beradaptasi dengan kebutuhan pengeboran formasi yang berbeda.

Penerapan Alat Peningkat Kecepatan Pengeboran dengan Frekuensi Benturan yang Dapat Diatur

Uji Lapangan pada Formasi Sedang-Keras: Berdasarkan frekuensi tumbukan optimal (16 Hz) yang dipilih melalui simulasi numerik, alat ini diuji di Sumur X1 Lapangan Minyak Xinjiang. Pada bagian formasi dengan daya abrasi yang kuat dan laju penetrasi (ROP) yang rendah, perbandingan dengan sumur yang berdekatan yang menggunakan alat bor ulir menunjukkan bahwa setelah menggunakan alat ini, jarak pengeboran per putaran meningkat sebesar 53%, ROP mekanis meningkat sebesar 27,0%, secara efektif mengurangi jumlah perjalanan dan menghemat periode konstruksi.

Uji Lapangan pada Formasi Keras: Berdasarkan frekuensi tumbukan optimal (18 Hz) yang dipilih melalui simulasi numerik, alat ini diuji pada formasi Andesit dan Basal Karboniferous dengan kemampuan pengeboran yang buruk di Sumur X3 Lapangan Minyak Xinjiang.

Kesimpulan: Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah menggunakan alat ini, laju pengeboran mekanis (ROP) meningkat secara signifikan sebesar 103,2% dibandingkan dengan sumur-sumur di sekitarnya, yang secara efektif membuktikan bahwa alat ini dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi pengeboran dan mempersingkat siklus pengeboran di berbagai formasi.

2. Desain Alat Peningkat Kecepatan Pengeboran Dampak Komposit

Sebuah mekanisme tumbukan torsi hidraulik dirancang, yang intinya terdiri dari tiga bagian: mekanisme distribusi aliran, mekanisme pembalik, dan mekanisme tumbukan.

Proses Gerak: Awalnya (kondisi a), fluida bertekanan tinggi memasuki rongga kiri palu hidrolik melalui saluran aliran kiri inti katup pembalik, mendorong palu hidrolik dan inti katup untuk berputar searah jarum jam bersama-sama hingga palu hidrolik mengenai dudukan palu hidrolik (kondisi b). Setelah benturan, fluida bertekanan tinggi kemudian memasuki rongga kanan yang dibentuk oleh palu hidrolik dan inti katup melalui saluran aliran kontrol kanan, mendorong inti katup untuk terus berputar searah jarum jam ke posisi pembalik (kondisi c), sehingga fluida bertekanan tinggi beralih ke saluran aliran kanan dan memasuki rongga kanan palu hidrolik, mendorong palu hidrolik dan inti katup untuk berputar berlawanan arah jarum jam (kondisi c). Hingga palu hidrolik kembali mengenai dudukan palu hidrolik (kondisi d), fluida bertekanan tinggi memasuki rongga kiri melalui saluran aliran kontrol kiri, mendorong inti katup untuk berputar berlawanan arah jarum jam untuk membalikkan arah dan kembali ke kondisi awal (kondisi a). Siklus ini berulang, membentuk benturan torsi bolak-balik frekuensi tinggi melalui pembalikan dan benturan terus menerus yang didorong oleh fluida.

Prinsip Kerja:Setelah fluida (lumpur) mengalir ke dalam selongsong distribusi aliran melalui sambungan atas dan pipa pemandu, fluida tersebut didistribusikan ke mekanisme pembalik dan mekanisme tumbukan, dan kedua jalur fluida dipisahkan oleh pelat distribusi aliran. Selanjutnya, fluida melewati nosel di dalam mandrel, membentuk zona tekanan tinggi dan rendah sebelum dan sesudahnya. Inti katup pembalik berputar di bawah penggerak perbedaan tekanan, mengendalikan rongga kiri dan kanan palu hidrolik untuk secara bergantian terhubung ke zona tekanan tinggi dan rendah, membuat palu hidrolik bergerak bolak-balik untuk menumbuk dudukan palu hidrolik di bawah pengaruh perbedaan tekanan, sehingga membentuk tumbukan torsi bolak-balik frekuensi tinggi.

1-Sub Atas; 2-Casing Luar; 3-Pipa Pemandu; 4-Selongsong Distribusi Aliran; 5-Pelat Distribusi Aliran; 6-Baut; 7-Cincin Penopang Atas; 8-Dudukan Palu Hidraulik; 9-Palu Hidraulik; 10-Inti Katup Pembalik; 11-Cincin Penopang Bawah; 12-Mandrel; 13-Sub Bawah;

Diagram Skematik Struktur Mekanisme Dampak Torsional

Proses Gerak Mekanisme Dampak Torsional

Suatu jenis mekanisme tumbukan aksial dirancang. Impaktor aksial hidrolik terutama dibagi menjadi dua jenis: tipe katup dan tipe tanpa katup. Struktur internal impaktor tipe katup kompleks dan keandalannya buruk; tipe tanpa katup terutama meliputi tipe jet dan tipe jet-hisap, di mana tipe jet memiliki masa pakai yang pendek. Impaktor hidrolik jet-hisap memiliki struktur sederhana, mewujudkan tumbukan yang bergantung pada penyerapan jet dan efek osilasi water hammer, memiliki sedikit bagian bergerak internal dan tidak ada bagian yang rentan, dan dapat beradaptasi lebih baik dengan kondisi bawah sumur yang kompleks.

1-Dudukan Nozel Atas; 2-Nozel Atas; 3-Katup Atas; 4-Selongsong Katup Atas; 5-Nozel Sekunder; 6-Casing Luar Aksial; 7-Selongsong Penopang; 8-Palu Impak; 9-Kepala Palu; 10-Dudukan Palu; 11-Tutup Pelindung; 12-Sambungan Heksagonal. Prinsip Kerja Mekanisme Impak Aksial.

Pembentukan Aliran Awal dan Perbedaan Tekanan: Fluida bertekanan tinggi membentuk pancaran berkecepatan tinggi melalui nosel atas. Di bawah aksi gabungan dari penyerapan pancaran dan efek penyempitan, perbedaan tekanan terbentuk di ruang atas dan bawah katup atas, serta antara ruang atas luar palu tumbukan dan ujung bawah kepala palu.

Pergerakan Komponen ke Atas dan Penyegelan Saluran Aliran: Didorong oleh perbedaan tekanan masing-masing, katup atas bergerak ke atas, dan komponen benturan (nosel sekunder, palu benturan, dan kepala palu) juga bergerak ke atas hingga nosel sekunder menyentuh katup atas dan menyegel saluran aliran.

Pembentukan Palu Air dan Pergerakan Bersama ke Bawah: Penutupan saluran aliran secara tiba-tiba memicu osilasi palu air, dan tekanan di dalam ruang meningkat tajam, mendorong katup atas dan komponen benturan untuk berakselerasi ke bawah secara bersamaan.

Dampak Inersia dan Pemulihan Siklus: Setelah katup atas bergerak ke posisi batas bawah, komponen benturan terus bergerak ke bawah karena inersia, dan akhirnya mengenai dudukan palu untuk menyelesaikan benturan aksial. Setelah benturan, saluran aliran kembali lancar, dan mekanisme diatur ulang di bawah aksi Beban pada Mata Bor (Weight on Bit/WOB), memulai siklus berikutnya.

Kontak:Jessie Zhou

Ponsel/WhatsApp:+0086-18109206861
E-mail:energy@landrilltools.com