Разрыв цикла: подавление осевых колебаний и управление явлением «прилипание-скольжение» с помощью скважинных гидравлических осцилляторов

При бурении боковых скважин с увеличенной глубиной и высоким коэффициентом трения одним из наиболее разрушительных явлений, с которыми приходится сталкиваться на буровой площадке, является прерывистое скольжение. По мере вращения буровой колонны с поверхности трение между нижней частью бурового агрегата (BHA) и стенкой скважины приводит к временному заклиниванию долота, в то время как верхний привод на поверхности продолжает накручиваться, словно гигантская стальная пружина. Когда накопленная энергия кручения наконец высвобождается, долото резко вырывается вперед, вращаясь со скоростью, в несколько раз превышающей поверхностную частоту вращения. Этот хаотичный цикл замирания и гиперускорения разрушает режущие элементы PDC, повреждает электронику системы MWD и серьезно ограничивает скорость проходки (ROP). Чтобы разорвать этот цикл, Скважинные гидравлические осцилляторы использовать технологию активной осевой вибрации, обеспечивающую плавный ход бурения начиная с самого долота.

1. Механика гидравлических колебаний в скважине

Гидравлические осцилляторы предназначены для подачи контролируемых высокочастотных импульсов осевого давления и механических колебаний непосредственно в буровую колонну, непосредственно над буровым комплексом (BHA).

• Преобразование энергии жидкости: Когда буровой раствор прокачивается через инструмент, внутренний клапанный узел создает периодические сужения, которые преобразуют гидравлическую энергию в динамические колебания осевого давления.
• Эффект торможения за счет трения: Эти быстрые осевые импульсы с микроамплитудой непрерывно поднимают и опускают буровую колонну вверх и вниз. Такое прерывистое механическое воздействие мгновенно разрушает статическое трение между буровой трубой и стенкой скважины.
• Сглаживание крутящего момента вращения: Благодаря устранению заклиниваний, вызванных трением, нейтрализуется крутильная нагрузка, что позволяет долоту вращаться плавно и непрерывно со стабильной, равномерной скоростью резания.

2. Основные операционные преимущества

• Устранение явления «прилипания-скольжения»: Значительно снижает интенсивные торсионные колебания, защищая дорогостоящие долота PDC от разрушения в результате катастрофических ударов.
• Коэффициент увеличения проникновения (ROP): Обеспечивает постоянное и непрерывное взаимодействие с горной породой, что позволяет операторам достигать значительно более высоких скоростей бурения в сложных пластах.
• Улучшение переноса веса: Обеспечивает плавную подачу нагрузки на долото (WOB) в скважине, предотвращая резкие колебания положения долота во время проходки на участках направленного скольжения.

3. Проектирование с учетом требований к долговечности в суровых условиях скважины

• Металлургия клапанов, подвергаемых высоким нагрузкам: Внутренние клапаны и проточные каналы изготовлены с высокой точностью из эрозионно-стойких легированных сталей, что позволяет им выдерживать постоянное воздействие жидкости под высоким давлением и абразивных частиц бурового раствора.
• Оптимизированная частота и амплитуда: Конструкции осцилляторов Petrogears настроены таким образом, чтобы обеспечивать оптимальную частоту и длину хода, необходимые для преодоления трения, без ущерба для передачи сигнала системы MWD или надежности телеметрии.

4. Заключение

Эффект «прилипания-скольжения» — это незаметный фактор, снижающий эффективность бурения, однако он больше не является неизбежным следствием работ на глубоких скважинах. Благодаря использованию контролируемых осевых колебаний гидравлические осцилляторы Petrogears, установленные в скважине, прерывают цикл «прилипания-скольжения», обеспечивая плавную передачу энергии, защиту оборудования и максимальную скорость проходки (ROP) от поверхности до конечной глубины скважины (TD).