Буровые коронки с поликристаллическим алмазным компактом (PDC) - это высокопроизводительные неподвижные инструменты, в которых синтетические алмазы используются для сдвига, а не для разрушения породы. Значительно увеличивают скорость проходки (ROP) и продлевают срок службы бурового долота при бурении водяных скважин, нефтяных, газовых и горнодобывающих скважин. Они особенно подходят для пластов средней твердости и мягких пород и обладают повышенной долговечностью по сравнению с обычными буровыми коронками.

Основной механизм долота PDC: режущее действие и структура

Чтобы по-настоящему понять ценность долот PDC при работе с водяными скважинами, необходимо обратиться к самым базовым инженерным принципам.

Самое большое отличие долот PDC от традиционных долот - это "срезающее действие". Традиционное долото с роликовым конусом опирается на большое давление для дробления породы, в то время как PDC работает скорее как токарный станок при обработке металла. Режущие зубья из синтетических алмазов "соскабливают" слои породы. С точки зрения преобразования энергии этот механизм срезания гораздо эффективнее, чем дробление, поэтому я уже упоминал, что он может привести к повышению ROP.

Давайте снова посмотрим на структуру. То, как долго прослужит дрель, зависит от того, насколько хорошо сыгран "фундамент". Обычно мы используем прочный стальной корпус или каркас.

• Стальной корпус: хорошая вязкость, сильная ударопрочность. В случае сложной геометрии скважины я обычно рекомендую стальные корпуса.
• Каркас: обычно с порошком карбида вольфрама с металлической связкой спекания, он имеет преимущество эрозионной стойкости.

Что касается самих режущих зубьев - подложка из карбида вольфрама плюс слой синтетического алмаза - обеспечивает чрезвычайно высокую твердость, чтобы сохранить остроту кромки. В некоторых обычных случаях они служат в 100 раз дольше, чем обычные сверла.

Плоский резец PDC

Плоский резец PDC имеет плоскую структуру для равномерного распределения усилия, исключительную износостойкость для длительного срока службы, а также универсальную и экономичную конструкцию.

Получить цитату

Плоский резец PDC

Купольная фреза PDC

Куполообразная фреза PDC имеет сферическую геометрию, обеспечивающую превосходную ударную прочность, равномерный отвод тепла для предотвращения термического повреждения и адаптацию к различным пластам.

Получить цитату

Купольная фреза PDC

В форме хребта

Фреза PDC имеет гребнеобразные выступы для повышения эффективности сверления, оптимизированные каналы для удаления стружки и антивибрационную конструкцию для обеспечения стабильности.

Получить цитату

В форме хребта

Ступенчатая фреза PDC

Ступенчатый резец PDC имеет ступенчатую структуру для поэтапного разрушения породы, уменьшенную площадь контакта для минимизации нагрева от трения и повышенную стабильность для надежной работы.

Получить цитату

Ступенчатая фреза PDC

Специальная конструкция для бурения водяных скважин

Говоря о долотах PDC для водяных скважин, недостаточно просто взглянуть на материал, его необходимо классифицировать в соответствии с гидравлической конструкцией. Разные пласты должны соответствовать разным гидравлическим конструкциям:

• Стандартная конструкция: относится к "золотому маслу", может справиться с различными смешанными условиями. Если вы бурите смешанный слой умеренной твердости, вам стоит выбрать именно его.
• Струйный дизайн: Эта конструкция направлена на усиленную очистку. Она очищает поверхность режущих зубьев непосредственно через высокопоточные форсунки, удаляя мусор до его накопления.
• Конструкция с большим рабочим объемом: Обратите внимание, что это ключевой момент. Если вы бурите мягкие породы или очень вязкие породы (такие как глина, аргиллит), вы должны использовать именно его. Он имеет открытый большой проточный канал, через который проходит буровой раствор с большим вытеснением. Без такого большого вытеснения, чтобы вывести шлам, буровое долото сгорит за считанные минуты.

Лучшие практики для полевых операций

Даже если у вас под рукой самое лучшее долото PDC, при неправильных рабочих параметрах вы не сможете воспроизвести теоретическую эффективность. Как уже упоминалось, PDC хорошо работает в сланцах, песчаниках и известняках, но его производительность сильно зависит от двух механических составляющих:

• Вес долота: Здесь многие бурильщики, переходящие с роликовых конических долот, склонны совершать ошибки. Конусу нужно огромное давление на долото, чтобы "раздавить" камень, а PDC нужно "правильное" давление на долото - достаточное, чтобы режущие зубья вгрызлись в пласт, а если надавить слишком сильно, то зубья разрушатся.
• Высокая скорость: поскольку это механизм "ножниц", чем выше скорость, тем быстрее резка. Стабильное давление в долоте в сочетании с высокой скоростью вращения позволяет буру плавно прорезать пласт.

Кроме того, гидравлическая очистка не является обязательным условием.

Больше всего я боюсь увидеть ситуацию, когда "грязевой мешок" - материал (например, грязеподобный сланец) в режущих зубьях вокруг уплотняется, буровая паста превращается в гладкий шар, полностью теряя силу резания. Поддержание высокой мощности воды на поверхности бура, обеспечение постоянной чистоты режущих зубьев и обнажение новых поверхностей атаки - залог успеха работы.

Факторы выбора: Подбор бит к формации

Выбор правильной конфигурации долота PDC - это, по сути, наука о балансе между плотностью и размером фрезы.

• Твердость образования и плотность зубьев: эти два показателя находятся в обратной зависимости.
• Мягкое образование: необходимо использовать режущие зубья большого размера, а плотность зубьев низкая (меньше зубьев), чтобы максимально увеличить глубину прогрызания, сверлить быстро.
• Твердое образование/абразивное образование: высокая плотность (много зубьев), необходимо использовать режущие зубья небольшого размера. Это распределяет нагрузку и предотвращает преждевременный износ режущих зубьев.
• Требования к размерам: Гибкость PDC отражается в широком диапазоне размеров. Будь то небольшой ствол (например, 3 7/8 дюйма) для разведочных скважин или большой диаметр (например, 12 1/4 дюйма) для эксплуатационных скважин, существуют стандартные или нестандартные размеры, соответствующие различным возможностям буровых установок и процедурам обсадки.

В заключение следует отметить, что только при тщательной оценке этих факторов - твердости, плотности и размера зубьев ткани - специалисты на местах могут по-настоящему использовать пределы производительности технологии PDC и добиться долговечности и высокой скорости сверления, к которым мы стремимся.

Автор: Роберт Стоун

Привет, я Роберт Стоунспециалист по эффективности бурения. Моя работа сосредоточена на оптимизации производительности скважины с помощью технологии поликристаллических алмазов (PDC). Я помогаю бурильщикам понять, как такие характеристики, как срезающее действие и гидравлическая конструкция "большой промывки", могут значительно увеличить скорость проходки (ROP). Я страстно желаю помочь вам выбрать правильную плотность резцов и размер долота, чтобы освоить любой пласт, от мягкой глины до абразивного известняка".