بحث حول أدوات زيادة سرعة الحفر

تنقسم أدوات زيادة سرعة الحفر حاليًا إلى فئتين رئيسيتين: الأدوات الميكانيكية والأدوات الهيدروليكية. تستخدم الأدوات الميكانيكية وزن المثقاب لتوليد قوة الصدم، مما يُحسّن كفاءة تكسير الصخور في التكوينات الصلبة، ولكنها تعاني من مشاكل مثل الاهتزاز الشديد، واستهلاك الطاقة العالي، وسهولة التلف الناتج عن الإجهاد. أما الأدوات الهيدروليكية، فتستخدم سائل الحفر لتشغيل مطارق الصدم، حيث تجمع بين الصدم والدوران والتدفق لتكسير الصخور. تتميز هذه الأدوات بمزايا كبيرة في زيادة معدل الاختراق، والتحكم في انحراف البئر، وإطالة عمر المثقاب، ولكنها تعاني عمومًا من مشاكل مثل تردد الصدم الواحد وصعوبة التكيف مع احتياجات التكوينات المختلفة.

تنقسم تقنية الحفر بالصدم إلى ثلاث فئات رئيسية وفقًا لآلية عملها: تقنية الصدم الالتوائي، وتقنية الصدم المحوري، وتقنية الصدم المركب المحوري الالتوائي. ويكمن جوهر الحفر بالصدم لزيادة السرعة في تحويل طاقة ضغط الغاز أو السائل إلى طاقة ميكانيكية ناتجة عن الصدم المحوري أو الالتوائي باستخدام مطرقة صدم، تُطبَّق مباشرةً على الطرف الخلفي لرأس الحفر، مما يُحسِّن من كفاءة القطع ويزيد من قدرة رأس الحفر على تكسير الصخور.

تُعدّ تقنية الحفر بالصدم الالتوائي تقنيةً ناشئةً لزيادة سرعة الحفر في السنوات الأخيرة، وتُستخدم بشكل أساسي لحل مشكلة الاهتزازات الناتجة عن اهتزازات "الالتصاق والانزلاق" التي تُسببها رؤوس الحفر المصنوعة من الماس متعدد البلورات (PDC). عند استخدامها، يُركّب جهاز الصدم الالتوائي في الطرف الخلفي لرأس الحفر. وبفضل تصميمه الداخلي، يُحوّل الطاقة الهيدروليكية للسائل إلى طاقة ميكانيكية ناتجة عن الصدم الالتوائي. يقوم رأس الحفر بتكسير الصخور بفعل عزم الدوران الثابت لسلسلة الحفر وعزم الدوران الناتج عن جهاز الصدم.

تُقدّم الأمثلة التالية أداتين مبتكرتين

1. أداة لزيادة سرعة الحفر مع تردد طرق قابل للتعديل

تحتوي أداة الحفر الهيدروليكية القابلة لضبط التردد لزيادة السرعة على هيكل أساسي للصدمات يتكون من محامل، وجسم عمود سفلي، وأزواج مكابس، ومطرقة صدمات، وفوهة خانقة، ومكونات أخرى.

مبدأ العمل:تستغل هذه التقنية فرق الضغط الدوري الناتج عن سائل الحفر في الحجرتين العلوية والسفلية لمطرقة الصدم، مما يدفعها للتحرك ذهابًا وإيابًا بسرعة عالية، مولدةً قوة صدم محورية تنتقل مباشرةً إلى رأس الحفر للمساعدة في تكسير الصخور. يكمن سرّ هذه التقنية في قدرتها على تعديل تردد الصدم بتغيير عدد الثقوب المتناظرة في جسم العمود السفلي، وبالتالي التكيف مع احتياجات الحفر في مختلف التكوينات الجيولوجية.

تطبيق أداة زيادة سرعة الحفر مع تردد طرق قابل للتعديل

اختبار ميداني في تكوين متوسط ​​الصلابة: استنادًا إلى تردد الصدم الأمثل (16 هرتز) الذي تم اختياره بواسطة المحاكاة العددية، تم اختبار هذه الأداة في البئر X1 في حقل شينجيانغ النفطي. في مقطع التكوين ذي التآكل الشديد ومعدل الاختراق المنخفض، أظهرت المقارنة مع البئر المجاورة التي تستخدم أداة حفر لولبية أنه بعد استخدام هذه الأداة، زاد طول الحفرة الواحدة بنسبة 53%، وزاد معدل الاختراق الميكانيكي بنسبة 27%، مما قلل بشكل فعال من عدد مرات الحفر ووفر فترة الإنشاء.

اختبار ميداني في تكوين صلب: وفقًا لتردد التأثير الأمثل (18 هرتز) الذي تم اختياره بواسطة المحاكاة العددية، تم اختبار هذه الأداة في تكوينات الأنديزيت والبازلت الكربوني ذات قابلية الحفر الضعيفة في البئر X3 في حقل شينجيانغ النفطي.

الخلاصة: تُظهر النتائج أنه بعد استخدام هذه الأداة، زاد معدل الاختراق الميكانيكي بشكل كبير بنسبة 103.2% مقارنة بالآبار المجاورة، مما يثبت بشكل فعال أنها تستطيع تحسين كفاءة الحفر بشكل كبير وتقصير دورة الحفر في التكوينات المختلفة.

2. تصميم أداة مركبة لزيادة سرعة الحفر بالصدمات

تم تصميم آلية تأثير الالتواء الهيدروليكية، والتي يتكون جوهرها من ثلاثة أجزاء: آلية توزيع التدفق، وآلية عكس الاتجاه، وآلية التأثير.

عملية الحركة: في البداية (الحالة أ)، يدخل سائل عالي الضغط إلى التجويف الأيسر للمطرقة الهيدروليكية عبر قناة التدفق اليسرى لصمام الانعكاس، دافعًا المطرقة الهيدروليكية وصمام الانعكاس للدوران معًا باتجاه عقارب الساعة حتى تصطدم المطرقة الهيدروليكية بمقعدها (الحالة ب). بعد الاصطدام، يدخل السائل عالي الضغط إلى التجويف الأيمن المتكون من المطرقة الهيدروليكية وصمام الانعكاس عبر قناة تدفق التحكم اليمنى، دافعًا صمام الانعكاس لمواصلة الدوران باتجاه عقارب الساعة إلى وضع الانعكاس (الحالة ج)، بحيث ينتقل السائل عالي الضغط إلى قناة التدفق اليمنى ويدخل إلى التجويف الأيمن للمطرقة الهيدروليكية، دافعًا المطرقة الهيدروليكية وصمام الانعكاس للدوران عكس اتجاه عقارب الساعة (الحالة ج). حتى تصطدم المطرقة الهيدروليكية بمقعدها مرة أخرى (الحالة د)، يدخل السائل عالي الضغط إلى التجويف الأيسر عبر قناة تدفق التحكم اليسرى، دافعًا صمام الانعكاس للدوران عكس اتجاه عقارب الساعة للانعكاس والعودة إلى الحالة الأولية (الحالة أ). تتكرر هذه العملية، مُشكلةً تأثيرًا دورانيًا تردديًا عالي التردد من خلال الانعكاس المستمر والاصطدام الناتج عن السائل.

مبدأ العمل:بعد تدفق السائل (الطين) إلى غلاف توزيع التدفق عبر الوصلة العلوية وأنبوب التوجيه، يتم توزيعه على آلية العكس وآلية الصدم، ويفصل بين مساري السائل صفيحة توزيع التدفق. بعد ذلك، يمر السائل عبر الفوهة داخل المغزل، مُشكِّلاً منطقتي ضغط مرتفع ومنخفض قبلها وبعدها. يدور قلب صمام العكس بفعل فرق الضغط، مُتحكمًا في التجويفين الأيمن والأيسر للمطرقة الهيدروليكية للاتصال بالتناوب بمنطقتي الضغط المرتفع والمنخفض، مما يجعل المطرقة الهيدروليكية تتحرك ذهابًا وإيابًا لتصطدم بمقعدها بفعل فرق الضغط، مُشكِّلاً بذلك صدمة دورانية ترددية عالية التردد.

1-الوصلة العلوية؛ 2-الغلاف الخارجي؛ 3-أنبوب التوجيه؛ 4-كم توزيع التدفق؛ 5-لوحة توزيع التدفق؛ 6-البرغي؛ 7-حلقة الدعم العلوية؛ 8-مقعد المطرقة الهيدروليكية؛ 9-المطرقة الهيدروليكية؛ 10-قلب صمام العكس؛ 11-حلقة الدعم السفلية؛ 12-المحور؛ 13-الوصلة السفلية؛

مخطط توضيحي لبنية آلية الصدم الالتوائي

عملية الحركة لآلية الصدم الالتوائي

تم تصميم آلية تصادم محورية. تُقسم المصادمات المحورية الهيدروليكية بشكل أساسي إلى نوعين: نوع الصمامات ونوع بدون صمامات. يتميز النوع ذو الصمامات ببنية داخلية معقدة وموثوقية منخفضة؛ أما النوع بدون صمامات فيشمل بشكل رئيسي نوع النفث ونوع النفث بالشفط، ويتميز النوع ذو النفث بعمر خدمة قصير. يتميز مصادم النفث بالشفط الهيدروليكي ببنية بسيطة، ويعتمد في التصادم على سحب النفث وتأثير تذبذب المطرقة المائية، ويحتوي على عدد قليل من الأجزاء المتحركة الداخلية ولا يحتوي على أجزاء قابلة للتلف، ويمكنه التكيف بشكل أفضل مع ظروف قاع البئر المعقدة.

1- مقعد الفوهة العلوية؛ 2- الفوهة العلوية؛ 3- الصمام العلوي؛ 4- جلبة الصمام العلوي؛ 5- الفوهة الثانوية؛ 6- الغلاف الخارجي المحوري؛ 7- جلبة الدعم؛ 8- مطرقة الصدم؛ 9- رأس المطرقة؛ 10- مقعد المطرقة؛ 11- غطاء الحماية؛ 12- المفصل السداسي. مبدأ عمل آلية الصدم المحوري.

تكوّن التدفق الأولي وفرق الضغط: يشكّل السائل عالي الضغط تيارًا عالي السرعة عبر الفوهة العلوية. وتحت التأثير المشترك لسحب التيار وتأثير الخنق، تتكوّن فروق ضغط في الحجرتين العلوية والسفلية للصمام العلوي، وكذلك بين الحجرة العلوية الخارجية لمطرقة الصدم والطرف السفلي لرأس المطرقة.

حركة المكونات لأعلى وإغلاق قناة التدفق: بفعل فروق الضغط الخاصة بها، يتحرك الصمام العلوي لأعلى، وتتحرك مكونات الصدم (الفوهة الثانوية، ومطرقة الصدم، ورأس المطرقة) لأعلى أيضًا حتى تلامس الفوهة الثانوية الصمام العلوي وتغلق قناة التدفق.

توليد مطرقة الماء والحركة الهابطة للمفصل: يؤدي الإغلاق الفوري لقناة التدفق إلى تذبذب مطرقة الماء، ويرتفع الضغط في الحجرة بشكل حاد، مما يدفع الصمام العلوي ومكونات الصدم للتسارع إلى الأسفل معًا.

التأثير بالقصور الذاتي واستعادة الدورة: بعد أن يتحرك الصمام العلوي إلى وضع الحد الأدنى، تستمر مكونات التأثير في التحرك لأسفل بفعل القصور الذاتي، وتصطدم في النهاية بمقعد المطرقة لإتمام التأثير المحوري. بعد التأثير، يعود مسار التدفق إلى وضعه الطبيعي، وتتم إعادة ضبط الآلية بفعل وزن المثقاب، لتبدأ الدورة التالية.

اتصال :جيسي تشو

جوال/واتساب:+0086-18109206861
بريد إلكتروني:energy@landrilltools.com