به نظر می رسد اینکه آیا یک سوراخ PDC می تواند افزایش ثابت سرعت نفوذ را در محل به دست آورد، به مواد ژئومتری برش بستگی دارد؛ در واقع،این نتیجه اثرات ترکیبی مواد ورودی تکثیر است.، هندسه برش، ترتیب تیغه، سیستم هیدرولیک و شرایط عملیاتی سوراخ پایین.روند فعلی صنعت از دنبال کردن لایه های الماس سخت تر به طراحی سیستماتیک متمرکز بر حالت های شکست جامع تغییر کرده استکه همچنین مهمترین لنز را برای ارزیابی سطح تکنولوژیکی حفاری نشان می دهد.
شکل 1 نمودار طرحی از ویژگی های ساختاری کلیدی در رابط بین دندان برش PDC و تیغه برش.
شکل ۲: مسیرهای معمول فرسایش و خرابی دندان های برش PDC
نمودار 3 نمودار اهداف تطابق بیت PDC برای بخش های مختلف چاه
I. تکنولوژی ورودی کامپوزیت سقف عملکرد بیت های PDC را تعیین می کند
ماهیت ورودی های کامپوزیت PDC در ترکیب همبستگی یک لایه الماس و یک زیربنای کربید سیمان شده است که یک میکروساخت متعادل را با سختی بالا مشخص می کند.مقاومت بسیار عالی در برابر فرسایشبرای یک دوره طولانی در گذشته، رقابت صنعت در درجه اول بر ضخامت لایه الماس، اندازه دانه، فرآیندهای سینتر و قدرت اتصال بین سطوح متمرکز بود؛امروزبا این حال، توجه بیشتری به کنترل فشارهای باقیمانده، ثبات حرارتی، طراحی لایه های انتقالی رابط پرداخت می شود.و سفارشی سازی هندسی متناسب با سناریوهای کاربردی خاص.
منطق زیربنایی ساده است: شکست های میدان به ندرت به دلیل یک کمبود عملکرد واحد ایجاد می شود.چیزی که به نظر می رسد مقاومت ضعیف دندان های برش است ممکن است در واقع ناشی از جمع آوری بیش از حد سریع حرارتی باشد.به عبارت دیگر، ممکن است به دلیل تخلیه ناکافی تراشه ها، فشار بیش از حد یا هندسه ی نامناسب ورودی دندان، چیزی که به نظر می رسد "شکستگی شدید دندان" باشد.تکنولوژی تراکم الماس پلی کریستال (PDC) دیگر فقط یک مسئله علوم مواد نیست و وارد مرحله ای از اتصال قوی با طراحی سوراخ و شرایط عملیاتی سوراخ شده است.
II. دندان های غیر استاندارد برش و سفارشی سازی هندسی به عنوان نقاط اصلی دور جدید رقابت ظهور می کنند.
ابتکارات عمومی اخیر تولیدکنندگان بین المللی نشان می دهد که استفاده از ورودی های غیر استاندارد برش، سطوح خمیده جلو کامپوزیت، زاویه های پشتی تخصصی،و طرح های محوطه سازی به سرعت در حال افزایش استهدف از این فن آوری ها فقط افزایش بهره وری برش فوری نیست؛ مهمتر از آن، آنها به منظور بهینه سازی مسیرهای بار، کاهش غلظت حرارتی محلی،و تاخیر برش لبه، در نتیجه هم سرعت بالا و هم ثبات را به دست می آورد.
برای طراحان حفاری، دندان های برش غیر استاندارد به این معنی نیست که هر بخش چاه باید از هندسه های پیچیده استفاده کند.آنها نیاز به پیکربندی های سفارشی بر اساس پتولوژی تشکیلات دارند (سختی و شکنندگی)، انحراف چاه، الزامات حفاری جهت دار، و ملاحظات خطر لرزش. طرح های تهاجمی بهینه شده برای سخت،تشکیلات شکننده می تواند به سرعت خطر شکستگی را در صورت استفاده در بخش های بسیار خیس کننده یا تأثیرگذار تشدید کنددر مقابل، هندسه های بیش از حد محافظه کار می توانند رقابت پذیری ROP را تضعیف کنند. بنابراین ماهیت سفارشی سازی هندسی گسترش پنجره عملیاتی است،نه فقط برای ایجاد بازی های پرطرفدار.
۳- طراحی مقاوم در برابر فرسایش باید از تفکر تک دندون به تفکر شکست سیستم تغییر کند
روش های معمول فرسایش و شکست قطعات PDC شامل فرسایش خیس، فرسایش حرارتی، تراشیدن ضربه، جداسازی رابط، فرسایش تیغه و آسیب ثانویه ناشی از بسته بندی لجن محلی است.تمرکز فقط بر روی دندان های برش می تواند به راحتی منجر به تشخیص اشتباه علت شودبه عنوان مثال، در بخش های خاصی از چاه که در آن دندان های سریع رخ می دهد، مشکل لزوما سخت بودن مواد کافی نیست؛ بلکهاغلب ناشی از قرار دادن نادرست نوزل است که منجر به تمیز کردن ناکافی سوراخ پایین می شوددر طول زمان، این فرآیند هم دندان های برش و هم تیغه ها را به مناطق با بار گرمایی بالا می کشاند و فرسایش و شکست را تسریع می کند.
بنابراین، طراحی مقاوم در برابر فرسایش باید سه عامل اصلی را در نظر بگیرد: اول اینکه آیا مواد و رابط ها می توانند در برابر ضربه مورد انتظار مقاومت کنند؛ دوم،اینکه آیا طرح دندان برش تضمین توزیع یکنواخت استرس در منطقه کاری اصلی را فراهم می کند.و سوم اینکه آیا سیستم هیدرولیک و کانال های جریان به طور موثر از برداشتن به موقع شاخه ها تسهیل می کنند.طرح های PDC سطح بالا به طور معمول بر روی "از بین بردن حالت های شکست به صورت پیشگیرانه" تمرکز می کنند نه اینکه تنها پس از وقوع خرابی ها به مواد گران قیمت تر رجوع کنند..
IV. طراحی هیدرولیک به شدت با عمر ورق کامپوزیت همراه است
بسیاری از پروژه ها طراحی هیدرولیک را به عنوان یک ملاحظه ثانویه در نظر می گیرند؛ در واقع، زاویه نوزل، پوشش اسپری، انتقال مسیر جریان،و عملکرد تمیز کردن متعادل همه به طور مستقیم بر افزایش دمای و پوشیدن محلی ورودی کامپوزیت تاثیر می گذارد. هنگامی که تمیز کردن سوراخ پایین ناکافی است، افزایش ناشی از دمای منطقه برش به طور قابل توجهی فرسایش ورودی را تسریع می کند و زمانی را که لبه برش تیز باقی می ماند، کوتاه می کند.و هنگامی که لبه برش گرد و تیره می شود، منجر به مصرف انرژی خاص بالاتر و نوسانات بزرگ تورک می شود و یک چرخه شیطانی ایجاد می کند.
به همین دلیل است که بیت های PDC با عملکرد بالا امروزه به طور فزاینده ای بر طراحی همبستگی ساختار و هیدرولیک تاکید دارند.اتصال مایع ٬ جامد، و حمل و نقل شاخه ها، حفظ یک مزیت رقابتی پایدار در بخش های پیچیده چاه با تکیه تنها بر پارامترهای هندسه برش بسیار دشوار است.
V. بازگشت از شرایط پایین سوراخ به انتخاب بِیت حفاری کلید درک ارزش بِیت های PDC است.
انتخاب بیت در محل نباید محدود به قضاوت های غلیظ مانند "چه بیت حفاری پیشرفته تر است" باشد؛ بلکه باید شامل تطبیق کمی بر اساس قابلیت حفاری شکل باشد،الزامات مسیر چاه، پیکربندی BHA، خطر لرزش و اهداف یک سفر. برای بخش های افقی طولانی، ثبات، پاسخ جانبی و دوام اغلب از ROP فوری مهم تر است.در حالی که برای چاه های عمودی یا فواصل کم عمق تا متوسط، تهاجمی و کارایی تمیز کردن ممکن است اولویت های مهم تر باشد.
بنابراین تحقیق و توسعه قطعات حفاری PDC باید به طور دقیق با سیستم بررسی پس از مرگ در میدان ادغام شود.و حوادث غیرطبیعی باید به مرحله طراحی برگردند تا یک پایگاه داده جامع ایجاد شودفقط با ایجاد یک سیستم حلقه بسته که شرایط تشکیل، طراحی، عملیات میدان را مرتبط می کند،و تجزیه و تحلیل پس از مرگ می تواند پیشرفت در ورودی کامپوزیت و ساختار سوراخ به طور موثر به نتایج مهندسی قابل تکرار ترجمه شود.
۶- توصیه ها برای Xingtong: استفاده از قابلیت های ورق کامپوزیت آن برای ارتقا به یک پلت فرم طراحی ساختاری.
برای ایجاد یک تصویر حرفه ای قوی تر در بازار حفاری PDC، Xingtong توصیه می شود که بر تقویت سه توانایی کلیدی تمرکز کند:انتخاب و تطبیق مبتنی بر سناریو ورودی های کامپوزیت و برش های سفارشی، ارتقاء دندان های برش از قطعات استاندارد به راه حل های بهینه شده خاص شرایط؛ دوم، قابلیت های طراحی ساختاری مبتنی بر تجزیه و تحلیل نیروی تیغه و شبیه سازی هیدرولیک،امکان توسعه الگوهای طراحی استاندارد برای کاربردهای چالش برانگیز مانند تشکیلات سخت و شکنندهو سوم، یک پایگاه داده ی داده های فرسایش و قابلیت بازسازی خرابی، تبدیل تجربه ی ساحلی به دستورالعمل های طراحی قابل اندازه گیری.
از دیدگاه وب سایت رسمی، همچنین توصیه می شود از ادعاهای مبهم مانند مقاومت به فرسایش، افزایش سرعت و عمر طولانی اجتناب شود. در عوض،وب سایت باید به وضوح بیان کند که چه چالش های عملیاتی را شرکت می تواند حل کند.، چگونه آن را تعادل تهاجمی با ثبات، و چگونه آن را به استفاده از همبستگی بین ورودی کامپوزیت و طراحی ساختاری به گسترش پنجره عملیاتی موثر.تنها به این ترتیب وب سایت می تواند شرکت را به عنوان یک متخصص برقی مبتنی بر فناوری معرفی کند، نه یک تامین کننده تجهیزات عمومی.
مرجع
- هالیبرتون: اطلاعات عمومی در مورد قطعات برش ثابت.
- NOV: داده های فنی منتشر شده در مورد دندان های برش غیر متعارف و سوراخ های PDC.
- یانگ ینگسین: ′′توسعه یک PDC ′′خرید کنونی رولر کامپوزیت با یک ساختار بافر مستقل ′′
- لیو قینگیو: مواد تحقیقاتی در مورد مکانیسم شکستن سنگ های حفاری و فن آوری های جدید حفاری.