Diskusija par PDC urbja veiktspējas optimizēšanu, lai panāktu urbšanas ātruma palielināšanos
Urbšanas inženierijā viens no galvenajiem urbšanas efektivitātes uzlabošanas veidiem ir PDC (polikristāliskā dimanta kompozīta) urbju maksimālais efekts. Šajā rakstā tiks padziļināti izpētīti tiešie faktori, kas ietekmē PDC urbju uzgaļu urbšanas ātruma palielināšanos, un analizēta saistība starp augstu urbšanas spiedienu, lielu griešanās ātrumu un zobu blīvumu uz urbšanas ātrumu un PDC urbju uzgaļu nodilumu, lai izpētītu PDC urbju un to nodiluma mehānisma priekšlaicīgas atteices cēloņus.
Teorētiskie pētījumi ir parādījuši, ka urbšanas spiediens (ti, urbja iespiešanās dziļums) un griešanās ātrums ir vistiešākie faktori, kas ietekmē urbja mehānisko urbšanas ātrumu, un parasti starp tiem ir lineāra sakarība ar mehānisko urbšanas ātrumu. Tomēr faktiskajos lietojumos nelineāra reakcija bieži notiek starp urbšanas spiedienu un mehānisko urbšanas ātrumu. Lauka tehniķi to bieži saista ar urbja uzgaļa atteici vai veidošanās faktoriem, taču patiesībā iemesls ir "nenormāli" faktori, kas rodas urbšanas laikā.
Šie faktori ietver:
1. Faktori, kas tieši ietekmē urbja darbību, ir urbja aksiālās, vērpes, sānu vibrācijas (virpulis, slīdēšana, urbuma lēciens u.c.), slikta dibena tīrīšana, griešanas zobu vai urbja dubļu blīvēšana, veidojuma neviendabīgums un neatbilstība starp iežu laušanas metodi un apgaismotu veidojumu.
2. Tie faktori, kas nav-urbšanas uzgaļi, kas ietekmē urbšanas enerģijas ievadi, ietver sarežģītu ģeoloģisko struktūru, kas ierobežo urbumu mehānisko urbšanas instrumentu izmantošanu, urbuma cauruļu izliekuma efektu, zemas augšējās piedziņas un instrumentu vērpes robežu, lielam akas slīpuma leņķim ir nepieciešams viegls spiediens un pacelšana, MWD un citu instrumentu horizontālā spiediena savākšana, kā arī problēmas ar akmeņu pārvadāšanu un garu transportēšanu un akmeņiem.
Field practice abroad shows that under high drilling pressure (>200 kN), PDC urbju uzgaļu urbšanas ātrums ir ievērojami uzlabots, nepalielinot nodilumu. Šis konstatējums ir pretrunā ar "zems urbšanas spiediens, liels ātrums" PDC urbja izmantošanas principu, ko Ķīnas urbšanas tehniķi jau sen ir ievērojuši. Secinājums, ka "jo lielāks ir urbšanas spiediens, jo mazāks ir urbja uzgaļa nodilums", tika pārbaudīts, izmantojot vertikālās torņa virpas griešanas granīta mitrās slīpēšanas testu (VTL testu). Pārbaudes rezultāti liecina, ka pie vienādiem griešanas parametriem, jo lielāks ir PDC griešanas zobu iespiešanās dziļums (kas atspoguļo lielāku urbšanas spiedienu), jo mazāks ir nodiluma apjoms, kas pierāda secinājuma pareizību.
1.Kad PDC urbis atrodas efektīvā iežu laušanas stāvoklī, palielinot urbšanas spiedienu, var samazināties urbja nodilums.
2 "PDC urbis + augsts urbšanas spiediens" apvienojumā ar dziļurbuma urbšanas instrumentiem (piemēram, skrūvēm ar lielu griezes momentu utt.) var efektīvi palielināt mehāniskās urbšanas ātrumu un samazināt urbja uzgaļa nodilumu.
3.Cietos iežu veidojumos (piemēram, granītā) PDC urbja mehāniskais urbšanas ātrums un urbšanas spiediens joprojām saglabā lineāru attiecību, un urbšanas spiediena palielināšana var efektīvi palēnināt urbja nodilumu.
4. "PDC urbis + augsts urbšanas spiediens" īpašo ieviešanu ierobežo faktiskie urbšanas apstākļi, taču to var atrisināt ar modernu urbšanas tehnoloģiju un aprīkojumu.
Sakarība starp rotācijas ātrumu un PDC griezēja nodilumu tika pētīta, izmantojot VTL testu (PDC cutter cutter granite). Testa rezultāti parādīja, ka PDC frēžu nodiluma apjoms palielinās, palielinoties lineārajam ātrumam (rotācijas ātrumam), un, lineārajam ātrumam pārsniedzot noteiktu slieksni, griezēju nodiluma apjoms vairs nav lineāri saistīts ar pārvietošanās attālumu, un nodiluma ātrums ievērojami palielinās. Nacionālās Oilwell Corporation pētījums atklāja, ka "liela ātruma un zemas iegriešanas" apstākļos griezēju temperatūra strauji paaugstināsies, izraisot to nodilumu un sabojāšanos ļoti īsā brauciena attālumā. Tomēr pašreizējā PDC griezēju kvalitāte var pilnībā apmierināt ilgtermiņa un efektīvas urbšanas vajadzības lielākajā daļā formējumu ar lielu ātrumu 400-500 apgr./min. Ātrgaitas mehāniskās urbšanas instrumenti ar PDC urbjiem arī ir kļuvuši par izplatītu iespēju ārvalstu urbšanai. Šī iemesla dēļ tika piedāvāts trīs-ātrdarbīgs-tehnoloģijas risinājums "augsts urbšanas spiediens + liels ātrums + liela zobu blīvuma PDC urbis". Pārbaudes uz vietas ir pierādījušas, ka šis risinājums ir ievērojami uzlabojis PDC urbju uzgaļu viena brauciena urbšanas kadrus un mehāniskās urbšanas ātrumu.
Lai izpētītu saistību starp urbja zobu blīvumu (asmeņu skaitu, griešanas zobu izmēru) un mehānisko iespiešanās ātrumu, Šengli naftas atradnes Luojia blokā tika veikts lauka tests. Rezultāti parādīja, ka parasti izmantotajam φ19,0 mm kompozītmateriāla gabalam četru-asmeņu SK419-YS PDC urbim bija viszemākais mehāniskās iespiešanās ātrums, savukārt φ19,0 mm kompozītmateriāla piecu-asmeņu SK519-YS PDC urbim bija labāki rezultāti. Vislielākais mehāniskās iespiešanās ātrums bija φ22,0 mm kompozītmateriāla gabala piecu asmeņu SK522-YS PDC urbjmašīna, kas pieņēma lielu zobu ātru griešanas ātrumu.
1. Urbja uzgaļa "daži asmeņi, lieli asmeņi" priekšrocības var pilnībā realizēt, uzlabojot urbšanas parametrus.
2. Kamēr tiek nodrošināts pietiekams urbšanas spiediens, griezes moments, sūkņa spiediens un darba tilpums, lai nodrošinātu dinamisku līdzsvaru starp "iegūšanu, nogriešanu un iztukšošanu laikā", pat augsta-zobu blīvuma PDC urbis ar "vairākiem asmeņiem un maziem zobiem" var nodrošināt optimālu un ātru augsta blīvuma{2}} urbja urbšanu.
Pamatojoties uz VTL testa ierīci, tika veikti iekštelpu testi ar φ6,0 mm nano polikristālisko dimanta bloku (NPD) cilindriem. Rezultāti parādīja, ka pēc saskares ar granītu NPD ātri salūza, un lūzums bija salīdzinoši gluds. Salīdzinot ar PDC griezējiem, lai gan NPD ir augsta cietība (NPD cietība ir 130-140 GPa, savukārt PDC griezēju cietība ir tikai 50–70 GPa), NPD ir vāja triecienizturība un joprojām ir grūti izpildīt augstākās prasības attiecībā uz urbšanu un akmeņu laušanu. Tāpēc iežu laušanas materiāli naftas un gāzes urbšanai nevar akli sasniegt īpaši augstu cietību, bet tiem jāmeklē vislabākais līdzsvars starp cietību un stingrību, un materiālu stiprības un stingrības integrācijas tehniskais līmenis ir nepārtraukti jāuzlabo.
Kobalta noņemšanas ietekme uz PDC griezēju nodilumizturību un triecienizturību tika pētīta, izmantojot VTL testus. Rezultāti liecina, ka pēc dekobaltēšanas tiek efektīvi uzlabota PDC griezēju nodilumizturība un termiskā stabilitāte, bet dekobaltu PDC griezēju triecienizturība ir salīdzinoši slikta. PDC griezēju ātrais nodilums ir atkarīgs no diviem nosacījumiem: viens ir tas, ka griezējiem ir lielas slīpēšanas malas un slīpēšanas malas ir nonākušas ne-dekobaltajā zonā; otrs ir tas, ka siltums, ko rada berze starp slīpēšanas malām un akmeni, ir pietiekams. Ieteicams izmantot urbšanas parametru uzlabošanu (palielinot urbšanas spiedienu, palielinot nobīdi utt.) PDC frēžu ievadīšanas sākuma stadijā, lai saīsinātu pārvietošanās attālumu, kas nepieciešams, lai iegūtu tādu pašu kadru, un laicīgi izvadītu atgriezumus un berzes siltumu, tādējādi palēninot griezēju nodilumu.
Apkopojot, mēs varam izdarīt šādus secinājumus:
1. Palielinot urbšanas spiedienu, var palielināt urbšanas ātrumu.
2. Urbšanas parametru uzlabošana ir piemērota cieto akmeņu ātruma palielināšanai.
3.Palielinot griešanās ātrumu, palielināsies urbja mehāniskās urbšanas ātrums.
4. Zobu blīvums (asmeņu skaits, griezēja izmērs, zobu attālums utt.) ir viens no faktoriem, kas ietekmē PDC urbju mehāniskās urbšanas ātrumu, taču tas nav tiešs faktors.
5. Šobrīd PDC griezēju nodilumizturība ir pietiekami laba, lai nodrošinātu ilgstošu-urbju urbšanu viendabīgos cietos iežu veidojumos, piemēram, smilšakmenī un granītā.
6. Urbjot vispārējos veidojumos, PDC frēzes nav jādekobaltē vai ir nepieciešama tikai mērena dekobaltēšana. Ļoti abrazīviem veidojumiem ieteicams izmantot PDC griezējus ar labu termisko stabilitāti un spēcīgu nodilumizturību, kā arī dziļu dekobaltu.
