آیا فشار بالاتر همیشه سرعت حفاری را بهبود می بخشد؟

فشار حفاری، به عنوان نیروی محوری وارد بر مته، شرط لازم برای شکستن سنگ در کف چاه است-نیروی محرکه برای نفوذ و برش دندانه‌های مته به سنگ را فراهم می‌کند و مستقیماً روش و اثر شکستن سنگ را تعیین می‌کند. هنگامی که فشار در محدوده علمی کنترل می شود، تأثیر ارتقاء آن بر سرعت حفاری آشکار است که عمدتاً در سه مرحله شکستن سنگ منعکس می شود:

اول، مرحله خرد کردن سطح: زمانی که فشار کمتر از سختی فشاری سنگ باشد، دندانه‌های برش نمی‌توانند در سنگ برش دهند و فقط می‌توانند سطح سنگ را از طریق اصطکاک بشکنند و در نتیجه سرعت حفاری پایین اما افزایش متناسب با فشار ایجاد می‌شود. مرحله دوم، مرحله خرد کردن خستگی: زمانی که فشار به سختی سنگ نزدیک شود، سطح سنگ تحت عمل مکرر دندان‌های برش، تعداد زیادی ترک ایجاد می‌کند و به شکست حجمی سنگ پی می‌برد. سوم، مرحله خرد کردن حجمی: هنگامی که فشار از سختی سنگ فراتر رود، دندان های برش می توانند مستقیماً در سنگ برش دهند و خرد کردن حجم کارآمد را تشکیل دهند که حالت ایده آل حفاری معمولی است. در این مرحله، تطبیق فشار با مته‌های با کارایی بالا-می‌تواند کارایی را به حداکثر برساند-برای مثال، Baker Hughes'مته های PDCدوام برش را افزایش داده و در صورت استفاده با فشار مناسب، می توانند ROP را در سازندهای سخت و ساینده به طور قابل توجهی بهبود بخشند.

علاوه بر این، فن‌آوری حفاری به کمک جت پرفشار-نقش مثبت فشار معقول را بیشتر تأیید می‌کند: با استفاده از-پمپ‌های فشار بالا برای تولید-جت‌های سیال حفاری با سرعت بالا، جت‌ها شکاف‌ها را در سنگ برش می‌دهند، و به مته کمک می‌کند که در هنگام حفاری چاه نفت، سرعت برش را آسان‌تر کند. 10000 تا 15000 psi. این نشان می دهد که تحت فرض تطبیق تجهیزات و شرایط سازند، فشار مناسب در واقع وسیله موثری برای بهبود سرعت حفاری است.

زمانی که فشار از محدوده معقول فراتر رود، همبستگی مثبت بین فشار و سرعت حفاری شکسته می شود و یک سری مشکلات رخ می دهد که در نهایت باعث کاهش راندمان حفاری و افزایش هزینه ها می شود. تظاهرات خاص به شرح زیر است:

1. تسریع سایش مته و کاهش عمر مفید

یاتاقان‌های مته، دندان‌های برش و سایر اجزاء تحت فشار بیش از حد، سایش تسریع‌کننده، کدر شدن یا حتی آسیب‌دیدگی بار بیشتری را تحمل می‌کنند-و سرعت سایش دندان‌های برش با افزایش فشار به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد و حتی زمانی که فشار به مقدار حد مجاز می‌رسد، تمایل به بی‌نهایتی دارد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از مته‌های تریکن برای سوراخ کردن سازه‌های ساینده، فشار بیش از حد باعث می‌شود درج‌های کاربید تنگستن به‌سرعت ساییده شوند، و باعث می‌شود مته سنگ{2}}ظرفیت خود را از دست بدهد و برای جایگزینی مته نیاز به قطع مکرر داشته باشد، که نه تنها زمان غیر تولیدی را افزایش می‌دهد، بلکه هزینه‌های حفاری را نیز افزایش می‌دهد. برعکس، انتخاب مته‌های مناسب و فشار مناسب می‌تواند سایش دندان برش را به حداقل برساند و عمر مته را افزایش دهد.

2. رکود یا کاهش سرعت حفاری

با توجه به منحنی رابطه بین فشار مته و سرعت حفاری، هنگامی که فشار به مقدار معینی افزایش می‌یابد، سرعت رشد سرعت حفاری به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد و حتی افزایش یا کاهش می‌یابد. این به این دلیل است که فشار بیش از حد باعث بارگذاری بیش از حد مته می شود و در نتیجه عملکرد ابزار حفاری ناپایدار-مانند پرش مته در سازندهای شکسته می شود که نه تنها سرعت سوراخکاری را بهبود نمی بخشد بلکه باعث تراشه یا شکستن دندان های برش می شود و راندمان حفاری را بیشتر کاهش می دهد. علاوه بر این، برای سنگ‌های نرم منسجم، فشار بیش از حد ممکن است باعث مسدود شدن آب و گلوله شدن مته شود، و باعث می‌شود مته نتواند به طور موثر سنگ را بشکند و سرعت حفاری به شدت کاهش می‌یابد.

3. افزایش خطرات پایین چاله و خرابی تجهیزات

فشار بیش از حد باعث افزایش بار روی رشته حفاری، دکل حفاری و سیستم هیدرولیک می شود و به راحتی منجر به خرابی تجهیزات مانند تغییر شکل رشته حفاری، شکستگی و آسیب پمپ می شود. در حفاری با کمک جت پرفشار-، اگر فشار از ظرفیت باربری لوله‌های سیم پیچ و موتور سوراخ‌دار بیشتر شود، باعث نشتی در محل اتصال لوله مته یا آسیب به مهر و موم موتور می‌شود و در نتیجه حفاری حفاری رخ می‌دهد. در عین حال، فشار بیش از حد فشار دیفرانسیل سوراخ پایین را افزایش می‌دهد و منجر به اثر نگه‌داشتن فشار می‌شود-برش‌های سنگ به سختی از سوراخ پایین خارج می‌شوند و در نتیجه خرد شدن مکرر انجام می‌شود که نه تنها سرعت حفاری را کاهش می‌دهد، بلکه ممکن است باعث فروپاشی چاه و سایر خطرات شود.

برای جلوگیری از اثر معکوس فشار بیش از حد و ایفای کامل نقش فشار در بهبود سرعت حفاری، لازم است سه عامل اصلی را به طور جامع در نظر بگیرید و محصولات و پارامترهای مربوطه را مطابقت دهید:

1. خواص سنگ: مبنای اساسی برای تنظیم فشار

درجات مختلف سنگ ها واکنش های بسیار متفاوتی به فشار دارند. سنگهای سخت متوسط- (سنگ درجه 6 تا 7) بالاترین نرخ رشد سرعت حفاری را در هنگام افزایش فشار دارند. سنگ های نرم (سنگ درجه 4 تا 5) مستعد گلوله شدن هستند، بنابراین فشار باید به طور مناسب کاهش یابد. سنگ های سخت (سنگ درجه 8 تا 9) دارای سختی فشاری بالایی هستند و سرعت رشد سرعت حفاری با فشار کم است، بنابراین لازم است به جای افزایش فشار، مته های با کارایی بالا مطابقت داده شود. به عنوان مثال، هنگام حفاری سازندهای زمین گرمایی با خواص سنگی پیچیده، انتخاب مته های زمین گرمایی بیکر هیوز (شامل انواع تریکن، PDC و هیبرید) و تنظیم فشار بر اساس سختی سازند می تواند به راندمان حفاری بهینه دست یابد.

2. نوع مته: فشار منطبق برای بازی دادن به مزایای محصول

انواع مختلف مته‌ها محدوده‌های سازگاری فشار متفاوتی دارند. مته های PDC برای محیط های فشار متوسط ​​و بالا مناسب هستند و برش مداوم آنها می تواند به طور کامل تحت فشار معقول برای بهبود سرعت حفاری اعمال شود. مته های تریکن دارای قدرت له کردن سنگ- قوی هستند، اما فشار بیش از حد باعث تسریع سایش یاتاقان می شود. مته‌های هیبریدی Kymera مزایای مخروط‌های غلتکی و تکه‌های الماسی را با هم ترکیب می‌کنند و می‌توانند با محیط‌های مختلف فشار سازگار شوند، اما همچنان باید با توجه به شرایط چاله تنظیم شوند. علاوه بر این، مته های تطبیقی ​​می توانند عمق برش را با توجه به تغییرات فشار چاله تنظیم کنند و به طور خودکار راندمان حفاری را بهینه کنند، که انتخاب ایده آلی برای سازندهای پیچیده است که در آن کنترل پایدار فشار دشوار است.

3. سیستم حفاری و شرایط کمکی: اطمینان از ثبات فشار و اثربخشی

عملکرد دکل حفاری، کیفیت سیال حفاری و ترکیب ابزارهای حفاری، همگی بر اثر تنظیم فشار تأثیر خواهند داشت. به عنوان مثال، قدرت دکل حفاری حداکثر فشاری را که می توان به طور پایدار تامین کرد، تعیین می کند. چگالی و ویسکوزیته سیال حفاری بر فشار دیفرانسیل سوراخ پایین تأثیر می گذارد و عملکرد غیر منطقی سیال حفاری تأثیر مثبت تنظیم فشار را خنثی می کند. سیستم حفاری لوله‌های پیشرفته-فشار پیچ‌دار- توسعه‌یافته توسط آزمایشگاه ملی فناوری انرژی، مشکل انتقال سیال با فشار بالا را از طریق لوله‌های هم‌مرکز حل می‌کند، از نشتی جلوگیری می‌کند و اطمینان می‌دهد که فشار می‌تواند به طور موثر به مته منتقل شود و در نتیجه سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد.