Особенно в тех условиях эксплуатации, где ежедневные расходы непомерно высоки, окончательный ответ на вопрос о снижении стоимости фута бурения не сводится к простому выбору "долговечного" сверла. Оптимальным решением часто является интеграция высококачественных 13- или 16-миллиметровых режущих зубьев "deep decobalant" с определенным углом наклона назад (обычно 15-20 градусов). Такая комбинация обеспечивает достаточную ударную вязкость для удержания прослойки, сохраняя при этом острую режущую кромку для обеспечения красивой прямой линии ROP.

Соответствие класса режущих зубьев и механических свойств горных пород

Первый уровень оптимизации долот PDC - это собственно проектирование на микроуровне. Фрезы PDC и формирование "из рук в руки", в основном, подвержены двум режимам отказа: износу и термической деградации.

Инженеры должны тщательно проанализировать прочность пласта на одноосное сжатие (UCS). В пластах с высоким UCS или высоким содержанием абразива стандартный режущий зуб разрушается в девяти случаях из десяти из-за "термической деградации". Принцип, лежащий в основе этого явления, прост: при трении выделяется тепло, в результате чего кобальтовый катализатор, спеченный между кристаллами алмаза, расширяется с иной скоростью, чем алмаз. В результате этого дифференциального расширения внутри образуются трещины под напряжением.

Чтобы решить эту проблему, я предлагаю выбрать правильную "глубину удаления кобальта". Технология глубокого удаления кобальта позволила удалить кобальтовый катализатор с рабочей поверхности алмазного слоя. Без катализатора на границе раздела режущие зубья могут быть стабилизированы при высоких температурах, даже в шлифовальном песчанике, что позволяет сохранить остроту режущей кромки на некоторое время.

Кроме того, выбор размера алмаза - это фактически компромисс: мелкие зерна обычно обладают лучшей износостойкостью, в то время как крупные зерна могут обеспечить ударную прочность, необходимую для работы с трещиноватыми пластами. Выбор зависит от особенностей пласта.

Форма коронки долота и количество лопастей

После того как технология изготовления режущего зуба завершена, наступает черед макрогеометрии - особенно количества лезвий и формы коронки, которые должны соответствовать целям бурения и возможностям буровой установки.

• Крыло с меньшим количеством лопастей (3-4-лопастное крыло): Если в мягком и пластичном пласте первой задачей является увеличение скорости проходки (ROP), то первым выбором будет крыло с меньшим количеством лопастей. Если лопастей мало, то канавка для удаления стружки (зазор между лопастями) велика, и крупные куски обломков породы легко сбрасываются. Такая конструкция может обеспечить полную глубину забора (DOC) при заданном весе на долоте (WOB). Хотя это и обидно, устойчивость может быть низкой.
• Многолезвийные (5-6 лезвий): Когда пласт затвердевает или когда направленное бурение требует точного контроля над поверхностью инструмента, необходимо увеличить количество лезвий. Большее количество лезвий позволяет распределить нагрузку на большее количество зубьев, снизить нагрузку на один зуб и защитить режущую конструкцию от разрушения. Главное, чтобы 5-6 лопастей обеспечивали лучший контакт со стенкой скважины. Такая стабильность необходима для управления крутящим моментом долота (TOB) и снижения вибрации при проскальзывании - ведь сильная вибрация при проскальзывании может стать "убийцей" скважинных электронных приборов.

Регулировка гидравлических параметров и оптимизация HSI

Третья составляющая оптимизации производительности - гидродинамика вокруг долота PDC. Слишком много долот с сильной механической агрессивностью, потому что очистка забоя скважины не была выполнена должным образом, в итоге они были отправлены в утиль. В основном это зависит от количества лошадиных сил на квадратный дюйм воды (HSI).

В этом реактивном сланце недостаток гидравлических параметров напрямую приводит к образованию "мешков с грязью" - пасты из выбуренного шлама на поверхности бурового долота, и режущие зубья не могут коснуться новой породы. Чтобы этого не произошло, необходимо точно настроить схему расположения насадок. Мы хотим направить жидкость по поверхности режущих зубьев (а не по глупости промыть забой), чтобы обеспечить активную очистку. Оптимизируя общую площадь потока (TFA) для достижения заданного значения HSI, можно создать достаточную скорость жидкости для мгновенного уноса шлама. Это предотвращает повторное измельчение шлама и гарантирует, что каждая минута механической энергии будет использована для бурения новых пластов, а не для измельчения в них каменного порошка.

PDC CUTTERS

Отвечают требованиям высокоударных и износостойких операций по бурению нефтяных скважин. Увеличение срока службы и сокращение времени простоя Подписано для. Эффективное и долговечное бурение нефтяных скважин с помощью фрез PDC.

Узнать больше

Узнать больше

Узнать больше

Узнать больше

Сопоставление спецификаций битов с формацией UCS

Тип формации (UCS)	Характеристики целевых пород	Оптимизированное количество лезвий	Стратегия каттера (уровень 1)	Угол задней граблины	Основная цель оптимизации
Мягкие / пластиковые (низкий уровень UCS)	Неконсолидированные пески, мягкие сланцы	3 - 4 лезвия	Стандартные 19-миллиметровые фрезы; высокая экспозиция	Низкий (<15°)	Агрессивный ROP: максимальное увеличение глубины реза (DOC) и объема щели.
Средний / жесткий (средне-высокий UCS)	Известняк, твердый сланец, песчаник	5 - 6 лезвий	Премиальные фрезы 13 мм или 16 мм	Стандарт	Стабильность: Балансировка крутящего момента на биту (TOB) и уменьшение проскальзывания клюшки.
Вкрапления / абразив (переменный UCS)	Жесткие стрингеры, реактивные сланцы	5+ лезвий	Таблица алмазов глубокого выщелачивания; размер мелких зерен	15° - 20°	Долговечность: Предотвращение термической деградации и ударных повреждений при сохранении сдвига.

Оптимизация для высокозатратных и многослойных сред

В сложных условиях бурения, где время отключения стоит дорого, общие правила выбора должны измениться.

Ключом к снижению стоимости одного фута в мягких и твердых пластах (твердость породы меняется очень быстро) является специальная геометрия режущих зубьев. Высококачественные глубокие кобальтовые зубья диаметром 13 мм или 16 мм позволяют увеличить объем алмаза, повысить срок службы.

Но я считаю, что угол кастера - это решающая переменная регулировки. Стандартный угол кастера может быть слишком агрессивным в переходной зоне, при ударе о твердую прослойку зубья легко крошатся. Приняв угол кантовки 15-20 градусов, долото PDC достигло компромисса: оно одновременно достаточно агрессивное, чтобы эффективно скалывать сланец, и достаточно "тупое", чтобы поглощать удар при вхождении в твердый прослой, избегая катастрофического разрушения режущих зубьев. Такая точная геометрическая настройка позволяет сохранить стабильность ROP всей буровой колонны и избежать сжигания большого количества бюджетных средств из-за необходимости подбирать и менять долота.

Автор：Эндрю Торн

Я старший инженер по бурению, специализирующийся на оптимизации компоновки забоя скважины (КНБК). Имея за плечами более 15 лет работы в этой области, я уделяю особое внимание снижению стоимости одного фута за счет научного согласования технологии резцов PDC и гидравлических параметров со сложной механикой породы.