Всегда ли более высокое давление улучшает скорость бурения?

Буровое давление, как осевая сила, действующая на буровое долото, является необходимым условием разрушения горной породы на забое скважины-оно обеспечивает движущую силу, с помощью которой режущие зубья бурового долота проникают в породу и срезают ее, непосредственно определяя метод и эффект разрушения породы. Когда давление контролируется в научном диапазоне, его влияние на скорость бурения очевидно, что в основном отражается на трех стадиях разрушения горных пород:

Во-первых, стадия поверхностного дробления: когда давление меньше, чем твердость породы при сжатии, режущие зубья не могут врезаться в породу и могут только сломать поверхность породы за счет трения, что приводит к низкой скорости бурения, но пропорциональному увеличению давления. Во-вторых, стадия усталостного дробления: когда давление близко к твердости породы, на поверхности породы образуется большое количество трещин под повторяющимся действием режущих зубьев, что приводит к объемному разрушению породы. В-третьих, этап объемного дробления: когда давление превышает твердость породы, режущие зубья могут непосредственно врезаться в породу, образуя эффективное объемное дробление, что является идеальным состоянием нормального бурения. На этом этапе подбор давления с помощью высокоэффективных-сверл может максимизировать эффективность-например, компании Baker HughesPDC-сверлаобладают повышенной долговечностью резцов и при использовании с соответствующим давлением могут значительно повысить скорость проходки в твердых и абразивных породах.

Кроме того, технология струйного бурения под высоким-давлением-дополнительно подтверждает положительную роль разумного давления: с помощью насосов высокого-давления для создания высокоскоростных-струй бурового раствора струи прорезают щели в породе, помогая буровому долоту легче разрезать породу, что может увеличить скорость бурения в 2–4 раза на многих нефтяных скважинах, когда давление контролируется на уровне от 10 000 до 15 000. пси. Это показывает, что при условии соответствия оборудования и условий пласта соответствующее давление действительно является эффективным средством повышения скорости бурения.

Когда давление превышает разумный диапазон, положительная корреляция между давлением и скоростью бурения нарушается, и возникает ряд проблем, которые в конечном итоге снижают эффективность бурения и увеличивают затраты. Конкретные проявления следующие:

1. Ускоренный износ сверла и сокращение срока службы.

Подшипники, режущие зубья и другие компоненты сверла будут нести большую нагрузку при чрезмерном давлении, ускоряя износ, затупление или даже повреждение-, а скорость износа режущих зубьев значительно увеличивается с увеличением давления и даже стремится к бесконечности, когда давление достигает предельного значения. Например, при использовании трехшарошечных буровых долот для бурения абразивных пород избыточное давление приведет к быстрому износу твердосплавных вставок, в результате чего буровое долото заранее потеряет -разрушающую способность, что потребует частой замены бурового долота, что не только увеличивает не-производительное время, но и увеличивает затраты на бурение. Напротив, выбор подходящих сверл и соответствующее давление могут минимизировать износ режущих зубьев и продлить срок службы сверл.

2. Стагнация или снижение скорости бурения.

Согласно кривой зависимости между давлением бурения и скоростью бурения, когда давление увеличивается до определенного значения, скорость роста скорости бурения значительно замедлится и даже перестанет увеличиваться или снижаться. Это связано с тем, что чрезмерное давление приведет к перегрузке бурового долота, что приведет к нестабильной работе бурового инструмента,-например, к скачкам долота в трещиноватых породах, что не только не позволит повысить скорость бурения, но и приведет к сколам или поломке режущих зубьев, что еще больше снизит эффективность бурения. Кроме того, в случае связных мягких пород избыточное давление может привести к закупорке водой и слипанию долота, в результате чего буровое долото не сможет эффективно разрушать горную породу, а скорость бурения резко упадет.

3. Повышенные внутрискважинные риски и выход из строя оборудования.

Чрезмерное давление увеличит нагрузку на бурильную колонну, буровую установку и гидравлическую систему, что легко приведет к отказам оборудования, таким как деформация бурильной колонны, разрушение и повреждение насоса. Если при бурении под высоким-струйным-вспомогательным давлением давление превышает несущую способность гибкой трубы и забойного двигателя, это может привести к утечке в стыке бурильных труб или повреждению уплотнения двигателя, что приведет к авариям при бурении. В то же время избыточное давление приведет к увеличению перепада давления на забое скважины, что приведет к эффекту удержания давления.-буровой шлам будет трудно покинуть забой скважины, что приведет к повторному дроблению, что не только снижает скорость бурения, но также может вызвать обрушение ствола скважины и другие риски.

Чтобы избежать контрпродуктивного эффекта избыточного давления и полностью раскрыть роль давления в повышении скорости бурения, необходимо всесторонне учитывать три основных фактора и сопоставлять соответствующие продукты и параметры:

1. Свойства породы: фундаментальная основа регулирования давления

Разные сорта горных пород по-разному реагируют на давление. Породы средней-твердости (категория породы от 6 до 7) имеют самый высокий темп роста скорости бурения при увеличении давления; мягкие породы (категории 4–5) склонны к комкованию долота, поэтому давление следует соответствующим образом снизить; твердые породы (класс 8–9) имеют высокую твердость при сжатии, а скорость роста скорости бурения в зависимости от давления невелика, поэтому необходимо использовать высокопроизводительные буровые долота, а не просто увеличивать давление. Например, при бурении геотермальных пластов со сложными свойствами горных пород выбор геотермальных буровых долот Baker Hughes (включая трехшарошечные, PDC и гибридные типы) и регулировка давления в зависимости от твердости пласта может обеспечить оптимальную эффективность бурения.

2. Тип сверла: соответствующее давление для раскрытия преимуществ продукта.

Различные типы сверл имеют разные диапазоны адаптации к давлению. Сверла PDC подходят для сред среднего и высокого давления, а их непрерывное срезающее действие можно полностью проявлять при разумном давлении для повышения скорости бурения; трехшарошечные буры обладают сильной-силой разрушения горных пород, но чрезмерное давление ускоряет износ подшипников; Гибридные буровые долота Kymera сочетают в себе преимущества шарошечных и алмазных долот и могут адаптироваться к различным условиям давления, но их все равно необходимо регулировать в соответствии с условиями скважины. Кроме того, адаптивные буровые долота могут регулировать глубину резания в соответствии с изменениями давления в скважине, автоматически оптимизируя эффективность бурения, что является идеальным выбором для сложных пластов, где давление трудно стабильно контролировать.

3. Система бурения и вспомогательные условия: обеспечение стабильности и эффективности давления.

Производительность буровой установки, качество бурового раствора и комбинация буровых инструментов - все это влияет на эффект регулировки давления. Например, мощность буровой установки определяет максимальное давление, которое можно обеспечить стабильно; плотность и вязкость бурового раствора будут влиять на перепад давления на забое скважины, а необоснованные характеристики бурового раствора нивелируют положительный эффект регулировки давления. Усовершенствованная система бурения с использованием гибких труб-высокого-давления, разработанная Национальной лабораторией энергетических технологий, решает проблему передачи жидкости под высоким-давлением через концентрические гибкие трубы, избегая утечек и обеспечивая эффективную передачу давления на буровое долото, тем самым повышая скорость бурения.