Mga Pangunahing Kagamitan sa Paghukay ng Butas: Isang Kumpletong Gabay sa Pag-uuri at Paggamit ng mga Roller Cone Bits at Diamond Bits

Sa mga operasyon ng pagbabarena ng langis, ang drill bit ang pangunahing kagamitan para sa pagbasag ng bato, at ang pagganap nito ay direktang nakakaapekto sa kahusayan at gastos sa pagbabarena. Dahil sa mga kumplikado at pabagu-bagong kondisyon ng pagbuo, ang tamang pagpili ng mga roller cone bit at diamond bit ay naging isang mahalagang gawain para sa mga drilling engineer.

01 Roller Cone Bits: Mga Kagamitang Maraming Gamit na Umaangkop sa mga Pormasyon

Simula nang ipakilala ang mga ito noong 1909, ang mga roller cone bit ang naging pinakamalawak na ginagamit na uri ng bit sa rotary drilling. Ang kanilang natatanging multi·cone na istraktura ay nagbibigay-daan sa mga ito na umangkop sa iba't ibang kondisyon ng pormasyon mula malambot hanggang sa napakatigas.

Istruktura at Pangunahing Teknolohiya

Ang isang roller cone bit ay binubuo ng limang pangunahing bahagi:

· Katawan ng bit: Tatlong binti ng kono na pinagdikit-dikit, na may sinulid na pangkonekta sa itaas.

· Mga Cone: Mga katawang metal na may patulis na ngipin o mga tungsten carbide insert (TCI) sa ibabaw.

· Sistema ng bearing: May kasamang apat na set ng bearing: malaki, katamtaman, maliit at thrust.

· Mga Nozzle: Karaniwang 3·4 na nozzle na may diyametrong 7·14 mm.

· Sistema ng pagpapadulas at selyo: Mga selyong goma o metal na sinamahan ng isang aparato sa pag-compensate ng presyon.

Ang teknolohiya ng bearing seal ay isang mahalagang tagumpay sa mga roller cone bit. Ang mga modernong bit ay gumagamit ng pressure·compensated lubrication system na nagpapanatili ng dynamic balance sa pagitan ng lubricant pressure sa bearing chamber at ng downhole drilling fluid column pressure sa pamamagitan ng pressure transmission passage, pressure compensation membrane, at lubricant cup.

Sistema ng Klasipikasyon at Kodigo ng IADC

Ang International Association of Drilling Contractors (IADC) ay nagtatag ng isang pandaigdigang pamantayan para sa pag-uuri ng mga roller cone bit, gamit ang isang three-digit code system:

· Unang digit: Uri ng ngipin at naaangkop na pormasyon

· 1: Giniling na ngipin, malambot na pormasyon

· 2: Giniling na ngipin, katamtaman hanggang katamtamang · matigas na pormasyon

· 3: Giniling na ngipin, matigas, at nakasasakit na pormasyon

· 5: TCI, malambot hanggang katamtamang pormasyon

· 6: TCI, katamtamang·matigas na pormasyon

· 7: TCI, matigas, nakasasakit na pormasyon

· 8: TCI, napakatigas, pormasyong lubos na nakasasakit

· Pangalawang digit: Subgrade ng tigas ng pormasyon (1·4, ang mas malaking numero ay nagpapahiwatig ng mas matigas na pormasyon)

· Ikatlong digit: Mga katangiang istruktural ng bit

· 4: Selyadong rolling bearing

· 6: Selyadong journal bearing

· 7: Selyadong proteksyon ng journal bearing + gauge na may TCI

· 8: Kickoff bit para sa mga directional well

Pinasimpleng Sistema ng Klasipikasyon ng IADC para sa mga Roller Cone Bits

Mekanismo ng Pagbasag ng Bato at mga Katangian ng Paggalaw

Kapag gumagana ang isang roller cone bit, nagpapakita ito ng tatlong pinagsamang galaw:

· Rebolusyon: Ang mga kono ay umiikot nang pakanan kasabay ng katawan ng bit.

· Pag-ikot: Ang mga ngipin ay umiikot nang pakaliwa sa paligid ng aksis ng kono.

· Pag-slide: Kasama ang radial at tangential sliding.

Ang pinagsamang galaw na ito ay lumilikha ng dobleng epekto ng pagbasag ng bato:

1. Pagdurog gamit ang impact: Ang salit-salit na pagdikit ng mga isahan at dobleng ngipin ay lumilikha ng patayong panginginig, na lumilikha ng impact load.

2. Paggupit gamit ang shear: Nakakamit sa pamamagitan ng overhang, offset at multi-cone geometry, na nagbibigay-daan sa paggupit ng bato.

Istratehiya sa Pagpili ng Bit at Pagtutugma ng Pormasyon

Mga pangunahing prinsipyo para sa pagpili ng mga roller cone bits ayon sa mga katangian ng bato:

· Malambot na pormasyon: Pumili ng mga bit na may offset, overhang, at multi-cone na disenyo; nilagyan ng matataas, malapad, at malawak ang pagitan ng mga milled teeth o TCI.

· Mga pormasyong katamtaman ang tigas: Bawasan ang mga halaga ng offset, overhang, at multi-cone; gumamit ng maikli, makikitid, at magkakalapit na ngipin.

· Matigas at nakasasakit na mga pormasyon: Gumamit ng single-cone geometry, walang overhang, walang offset; lagyan ng spherical o conical-spherical na TCI.

· Mga pormasyon na madaling kapitan ng baluktot na butas: Pumili ng mga piraso na may maiikling ngipin na kaunti o walang offset at walang proteksyon sa gauge, at pumili ng medyo mas malambot kaysa sa aktwal na pormasyon.

· Mga magkakaugnay na malambot at matigas na pormasyon: Pumili ng bit batay sa mas matigas na bato, at pabago-bagong isaayos ang mga parameter ng pagbabarena.

Mga tugon sa mga espesyal na kondisyon:

· Manipis na butas (<177 mm): Gumamit ng mga single-cone bits, na may mas malalaking cone, ngipin, at bearings para sa mas matibay na kalidad.

· Direksyonal na pagbabarena: Pumili ng mga bit na may IADC ikatlong digit 8 (mga nakalaang kickoff bit).

02 Diamond Bits: Ang Pinakamahusay na Kasangkapan para sa Matigas na Pormasyon

Ang diyamante ay may pinakamataas na natural na katigasan (katigasan ng Mohs na 10, lakas ng compressive na hanggang 8800 MPa, resistensya sa pagkasuot na 9000 beses kaysa sa bakal). Ginagamit ng mga diamond bits ang katangiang ito upang maging ang sukdulang sandata para sa pagharap sa matigas na pormasyon.

Klasipikasyon at Ebolusyong Teknolohikal

Ang mga modernong piraso ng brilyante ay pangunahing nahahati sa tatlong uri:

1. Mga piraso ng brilyante na naka-set sa ibabaw

· Mga partikulo ng diyamante na nakalantad sa ibabaw ng korona.

· Angkop para sa mga pormasyong katamtaman hanggang matigas.

· Pag-uuri ng laki ng diyamante:

· Malambot na pormasyon: 2 bato/karat (humigit-kumulang 4 mm ang diyametro)

· Mga pormasyon na katamtaman ang tigas: 3-4 na bato/karat (humigit-kumulang 3.6 mm)

· Matigas na pormasyon: 10‑15 bato/karat (humigit-kumulang 2.0 mm)

2. Mga piraso ng brilyante na pinapagbinhi

· Mga diamante na nakapaloob sa matrix (60-400 bato/karat).

· Angkop para sa mga napakatigas at nakasasakit na pormasyon (chert, siliceous dolomite, atbp.).

· Paghasa sa sarili na nakakamit sa pamamagitan ng matrix wear.

3. Mga PDC bit (Polycrystalline Diamond Compact)

· Unang ipinakilala ng General Electric noong 1973.

· Kayarian ng pamutol: patong ng diyamante + substrate ng tungsten carbide.

· Mga naaangkop na pormasyon: malambot hanggang katamtamang tigas na mga homogenous na pormasyon.

Mga Parameter ng Istruktura at Pangunahing Disenyo

Ang mga piraso ng diyamante ay may mahalagang katawan na walang gumagalaw na bahagi, na pangunahing binubuo ng:

· Katawan na bakal: Katamtamang carbon na bakal, may sinulid na ibabaw.

· Matrix: Pulbos ng Tungsten carbide + metal na pandikit na nakabatay sa tanso, katigasan HRC 30-45.

· Mga elementong pangputol: Mga natural/sintetikong diamante o mga pamutol ng PDC.

· Disenyong haydroliko: Mga nozzle, daluyan ng tubig (radial, spiral, atbp.).

Mga pangunahing parameter ng disenyo:

· Konsentrasyon ng diyamante: Ayusin ayon sa pagiging abrasive ng pormasyon – mas mataas na konsentrasyon para sa mas abrasive na mga pormasyon.

· Taas ng pagkakalantad:

· Malambot na pormasyon: 1/3 ng diyametro ng diyamante

· Matigas na pormasyon: 1/6‑1/10 ng diyametro ng diyamante

· Hugis ng korona: Patag (mga homogenous na pormasyon), bilog (mga matigas na pormasyon), may ngipin (mga nakasasakit na pormasyon).

Mekanismo ng Pagbasag ng Bato at Tugon sa Pormasyon

Ang paraan ng pagbasag ng bato ng mga piraso ng brilyante ay nagbabago kasabay ng mga katangian ng pormasyon:

· Mga plastik na pormasyon (bato ng putik, gypsum, atbp.) – Katulad ng proseso ng "pag-aararo"; ang mga diyamante ay tumatagos at nagdudulot ng plastik na daloy ng bato.

· Mga malutong na pormasyon (quartz sandstone, atbp.) – Gumagawa ng mga volumetric crushing pit; ang laki ng mga pinagputulan ay 2-4 na beses ang laki ng diyamante, napakabisa.

· Matigas na bato (chert, siliceous rock) – Gumamit ng mga pirasong binabad sa tubig; ang pagbasag ay sa pamamagitan ng micro-cutting at pagkamot, katulad ng paggiling gamit ang gulong.

Mga Kalamangan at Limitasyon ng mga PDC Bits

Bilang isang rebolusyonaryong produkto sa loob ng pamilya ng diamond bit, ang mga PDC bit ay may mga natatanging bentahe:

Mga tampok na istruktura:

· PDC bit na may katawang bakal: Isang pirasong medium carbon steel, pinatigas ang ibabaw.

· PDC bit na gawa sa matrix-body: Pang-itaas na bakal na katawan + pang-ibabang tungsten carbide matrix – mas mahusay na pagganap.

Disenyo ng profile:

· Parabolic: Malambot na pormasyon, mataas na footage, mataas na ROP.

· Bilog: Angkop para sa rotary table drilling, nakakatulong tumagos sa matigas na interbed.

· Konikal: Mabilis na pagbabarena, mahusay na pagtagos.

Mga Limitasyon:

· Hindi angkop para sa mga graba o malalambot at matigas na pormasyon na may magkakapatong na bato.

· Limitasyon sa temperatura (bumabilis ang pagkasira sa temperaturang higit sa 350°C; humihina ang lakas sa temperaturang 700°C).

· Mas mababang resistensya sa pagtama; ang mga bagong pamutol ay madaling mabali ang gilid.

Paghahambing ng Aplikasyon ng Diamond Bit ayon sa Pormasyon

03 Gabay sa Siyentipikong Pagpili: Pagtutugma ng mga Pangangailangan sa Pormasyon at Operasyon

Mga Ginintuang Panuntunan para sa Pagpili ng Roller Cone Bit

1. Pagtutugma ng katigasan ng pormasyon

· Malambot na pormasyon: pumili ng mga piraso na may mataas na offset, overhang, multi-cone, at hugis-wedge o hugis-scoop na ngipin.

· Matigas na pormasyon: gumamit ng iisang kono, walang offset, at spherical o conical-spherical na ngipin.

2. Paghawak sa pagiging abrasive

· Para sa mga nakasasakit na pormasyon, pumili ng mga TCI bit na may proteksyon sa gauge.

· Kung ang mga ngipin sa panlabas na hanay ay bilugan habang ang mga ngipin sa panloob ay may kaunting pagkasira, dagdagan ang proteksyon sa gauge sa susunod na bit.

3. Mga tugon sa mga espesyal na kondisyon

· Mga pormasyon na madaling kapitan ng baluktot na butas: pumili ng mga piraso na may maiikling ngipin na may kaunti o walang offset; pumili ng medyo mas malambot kaysa sa aktwal na pormasyon.

· Mga malambot at matigas na patong na magkakapatong: pumili ng piraso batay sa mas matigas na bato, dynamic na isaayos ang mga parameter.

· Malalalim na mga seksyon: pumili ng mga piraso na may mataas na kabuuang footage upang mabawi ang nasayang na oras ng tripping.

Istratehiya sa Pagpili ng Diamond Bit

1. Kailan gagamit ng mga PDC bit

· Pinakamahusay na aplikasyon: mahahabang homogenous na malambot hanggang katamtamang tigas na mga pormasyon (shale, mudstone, gypsum, atbp.).

· Mga ipinagbabawal na aplikasyon: mga kama ng graba, mga patong-patong na chert, mga pormasyong malambot at matigas ang pagkakapatong.

· Pagtatakda ng parameter: mababang WOB (30‑60 kN), mataas na RPM (100‑300 rpm), mataas na bilis ng daloy.

2. Kailan gagamit ng natural/sintetikong mga piraso ng brilyante

· Matigas hanggang sa napakatigas na mga pormasyon (granite, quartz sandstone, atbp.).

· Mga pormasyong lubos na nakasasakit (chert, siliceous dolomite).

· Turbodrilling, malalalim at napakalalim na mga balon, mga operasyon sa paghuhukay ng mga core.

3. Mga espesyal na kinakailangan para sa mga coring bits

· Mga roller cone coring bits: disenyo na apat na kono (kono/silindro) o anim na kono (buong bariles).

· Mga diamond coring bit: ang mga cutter ay dapat na simetriko ang pagkakaayos na may pare-parehong resistensya sa pagkasira.

· Pangunahing tagapagpahiwatig: konsentriko ang panloob na butas na may panlabas na diyametro upang maiwasan ang elliptical na core.

Pag-diagnose at Paghawak ng Anomalya sa Ilalim ng Lupa

Pagtukoy sa mga kondisyon ng pagpapatakbo ng roller cone bit:

· Pagkabigo ng bearing: Paikot na pagtalbog ng rotary table, lumalala sa ilalim ng mataas na WOB, bumababa ang ROP ngunit normal ang presyon ng bomba.

· Nawalang kono: Matinding pagbabago-bago ng metalikang kuwintas, pabago-bago ang indikasyon ng bigat, pagbabago sa haba ng kuwerdas kapag binuhat.

· Mga ngiping napudpod nang patag: Nabawasang karga sa rotary table, walang pagtalbog, biglaang pagbaba ng ROP.

Mga pagbabawal sa paggamit ng diamond bit:

· Dapat malinis ang ilalim na butas bago patakbuhin sa butas; siguraduhing walang kalat na metal.

· Simulan ang pagbabarena gamit ang magaan na WOB, mababang RPM para sa "break-in" (0.5 m na pag-profile ng ilalim na butas).

· Iwasan ang pag-reaming; kung kinakailangan, gawin ito nang may magaan na WOB, mababang RPM, at matatag na operasyon.

04 Mga Makabagong Uso at Mga Puntos sa Pagsasanay sa Larangan

Mga direksyon sa teknolohikal na inobasyon

Teknolohiya ng pagbabarena gamit ang high-pressure jet:

· Gumagamit ng mga ultra-high pressure jet (150-200 MPa) upang makatulong sa pagbasag ng mga bato.

· Ang mga downhole intensifier ay isang pokus ng R&D; ipinapakita ng mga pagsubok na ang ROP ay maaaring tumaas ng 3-5 beses.

· Kabilang sa mga teknikal na hamon ang ultra-high pressure sealing at transmission.

Mga matalinong sistema ng bit:

· Sinusubaybayan ng mga naka-embed na sensor ang kondisyon ng bit sa totoong oras.

· Madaling iakma ang pagsasaayos ng mga parameter ng pagputol upang tumugma sa mga pagbabago sa pormasyon.

· Pagsusuri ng malaking datos upang ma-optimize ang pagpili ng bit at mahulaan ang tagal ng serbisyo.

Mga Ginintuang Panuntunan sa Larangan

1. Pagpapasya kung kailan huhugutin ang butas

· Patuloy na pagbaba ng ROP (sa mga homogenous na pormasyon).

· Biglaang pagbaba ng ROP na may hindi epektibong mga hakbang sa pagwawasto (pagbabago ng pormasyon).

· Biglang pagtaas ng metalikang kuwintas na may kasamang pagbaba ng ROP (pinsala sa bit).

· Biglaang pagbaba ng presyon ng bomba (nawala ang nozzle o natanggal na tali ng drill).

2. Mga hakbang upang pahabain ang buhay ng bit

· Patakbuhin ang bagong bit gamit ang magaan na WOB at mababang RPM para mag-break in.

· Gumamit ng bit protector (kagamitang panlaban sa pagtalbog).

· Panaka-nakang maiikling biyahe upang linisin ang mga kalat sa ilalim ng butas.

· Iwasan ang labis na pag-ikot sa ilalim.

3. Pagsusuring pang-ekonomiya

· Kalkulahin ang gastos kada metro = (gastos sa bit + gastos sa oras ng pagbabarena) / footage.

· Kahit na mas mataas ang halaga ng bawat yunit ng mga PDC bit, sa mga angkop na pormasyon, ang isang PDC bit ay kayang magbutas ng 3-5 beses na mas malaki ang footage ng isang roller cone bit.

· Sa malalalim na bahagi, unahin ang mga bahaging may mataas na kabuuang footage upang mabawi ang nawalang oras dahil sa tripping.

Ang pagpili ng bit ay isang tumpak na teknolohiya na pinagsasama ang siyentipikong teorya at karanasan sa larangan. Ang mga roller cone bit, dahil sa kanilang malawak na kakayahang umangkop, ay nananatiling pinakakaraniwang uri ng bit ngayon. Ang mga diamond bit, lalo na ang mga PDC bit, ay nagpapakita ng walang kapantay na kahusayan sa mga partikular na pormasyon.

Ang pagiging dalubhasa sa sistema ng klasipikasyon ng IADC, pag-unawa sa mga mekanismo ng pagbasag ng bato ng iba't ibang bits, at komprehensibong pagsusuri sa lithology, wellbore configuration, at mga kinakailangan sa operasyon ay makakamit ang perpektong tugma sa pagitan ng bit at formation. Gamit ang aplikasyon ng mga downhole sensor, big data analytics, at artificial intelligence, ang pagpili ng bit ay lumilipat mula sa mga desisyon batay sa karanasan patungo sa intelligent precision matching, na patuloy na nagtutulak ng mga rebolusyonaryong pagpapabuti sa kahusayan sa pagbabarena.

Kontakin si: Jessie Zhou

Mobile/Whatsapp:+0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com