В области бурения нефтяных и газовых скважин выбор наиболее подходящего композитного листа PDC (скального резца PDC), безусловно, является ключевым фактором, позволяющим сбалансировать два ключевых показателя - скорость проходки (ROP) и долговечность. Для буровиков, которым часто приходится иметь дело с абразивными твердыми породами или проблемными межпластовыми образованиями, так называемые "лучшие" режущие зубья на самом деле очень четко определены: они должны обладать высокой ударной вязкостью (для предотвращения катастрофического скола зубьев) и отличной термической стабильностью (для сопротивления горячему растрескиванию).

В этой связи первая задача - найти завод-изготовитель, который строго следует стандартам API и имеет стабильное качество. Это необходимо не только для обеспечения производительности, но и для реального контроля затрат на проект за счет сокращения непроизводительного времени (NPT).

В этом руководстве я разберу, как оптимизировать производительность бурения, исходя из двух аспектов - технических условий и производственных стандартов.

Техническое ядро

Роль процесса выщелачивания кобальта (технология глубокого удаления кобальта)

В процессе бурения нефтяных и газовых скважин высокая температура, возникающая при трении, приводит к расширению остаточного кобальтового катализатора в поликристаллическом слое алмаза. Это расширение создает внутренние напряжения, приводящие к образованию микротрещин, которые в промышленности называют "термической деградацией".

Решение: Мы используем передовую технологию глубокого декобальтирования (технология глубокого выщелачивания). Грубо говоря, она заключается в удалении кобальтового катализатора с рабочей поверхности алмазного слоя. Это позволяет значительно повысить термическую стабильность.
Результат: Режущие зубья сохраняют острую режущую кромку даже при температуре свыше 700°C. По моему опыту, это очень важно для поддержания идеальной скорости бурения в глубоких горячих скважинах.

Разработка интерфейса: предотвращение расслоения

Поверхность сцепления между слоем поликристаллического алмаза и подложкой из карбида вольфрама часто представляет собой "мягкое ребро" в условиях сильного удара".

Непланарный интерфейс (NPI): Лично я категорически против использования простых плоских интерфейсов в сложных условиях. Вместо этого мы разрабатываем сложные, снимающие напряжение геометрии в связующем слое. Это позволяет более эффективно рассеивать энергию удара. Такая конструкция значительно снижает риск расслаивания (отслаивания) при бурении нестабильных пластов, таких как конгломерат или щебенистый известняк.

Выбор с учетом особенностей формации

Если взять универсальную фрезу для бурения конкретного пласта, то либо ROP не удастся поднять, либо придется выходить раньше времени. В соответствии с имеющимися данными по бурению я предлагаю уточнить требования по следующим категориям:

Для мягких и среднетвердых пород (сланцы, песчаники, аргиллиты)

• Основная цель: агрессивные ножницы, тяните ROP до упора.
• Рекомендуемый тип зубов: Стандартные плоские зубья с акцентом на износостойкость (стандартные плоские фрезы).
• Дизайн фаски: В этом случае я предпочитаю выбирать меньший угол фаски. Таким образом, при меньшем весе на долоте (WOB) зубья могут глубже проникать в пласт.

Для твердых и абразивных пород (гранит, кварцит, твердый известняк)

• Основная цель: выживаемость и ударопрочность.
• Рекомендуемый тип зубов: Зубья в форме оси (ось/гребень) или конические зубья. Эти уникальные геометрические структуры позволяют сконцентрировать усилие дробления и гораздо эффективнее, чем простое разрушение на сдвиг.
• Дизайн фаски: Двойная фаска или фаска под большим углом здесь необходима, главным образом, для защиты режущей кромки от растрескивания при ударе о твердую прослойку.

Выявление и решение проблем износа PDC

По износу режущих зубьев можно судить об условиях работы под землей:

• Гладкий износ (плоские пятна): Это нормально. Но если вы шлифуете слишком быстро, необходимо перейти на более высокую плотность алмаза или более мелкий размер зерна матрицы.
• Трещины/сколы: Это типичное "хрупкое разрушение". Зубья слишком твердые, или ударная вязкость недостаточна. Вам нужно сменить марку на более "кожаную" (с лучшей прочностью) или оптимизировать дизайн интерфейса.
• Тепловая трещина (змеиная кожа/тепловая проверка): Зубья перегреты. Чтобы убедиться в этом, необходимо провести глубокое удаление кобальта с зубьев или вернуться назад, чтобы проверить, нет ли проблем с гидравлическим охлаждением конструкции сверла.

Покупка фрезы для скальных пород PDC

Наконец, при проверке контроля качества (QC) эти три тестовых данных незаменимы:

• Тест VTL (вертикальный токарный станок): Имитация сильного износа для обеспечения нормативного срока службы.
• Башня падения: Измерьте общее поглощение энергии удара, что является жестким показателем прочности.
• С-сканирование ультразвуковой дефектоскопии: должны гарантировать, что алмазно-цементированный карбидный интерфейс не имеет внутренних дефектов, отсутствует риск расслаивания.

Об авторе Майкл Росс 
Я Майкл Росс Имея более чем 11-летний опыт работы в области сверхтвердых материалов и динамики бурения, я специализируюсь на анализе отказов и оптимизации резцов для сложных нефтегазовых пластов. Имея степень магистра в области материаловедения, я сосредоточен на преодолении разрыва между металлургией производства и применением в скважине, стремясь помочь буровым командам устранить преждевременный отказ долота и максимально увеличить производительность.