Utilizarea corectă a burghielor triconice
Cum afectează litologia formațiunii cedarea sapei Litologia formațiunii influențează performanța forajului în mai multe moduri: afectează rata de penetrare și suprafața, poate produce probleme complexe de foraj, cum ar fi pierderea circulației, scobituri, prăbușirea sondelor și blocarea țevii, modifică comportamentul fluidului de foraj și afectează calitatea găurii de foraj (deviația găurii de foraj și diametrele neregulate), ceea ce, la rândul său, are impact asupra calității cimentării. Analizarea litologiei și a comportamentului acesteia la foraj este esențială pentru selectarea sapei adecvate și pentru a evalua dacă utilizarea acesteia este rezonabilă.
Argile, argile și șisturi argiloase: Aceste formațiuni absorb ușor apa liberă din fluidul de foraj și se umflă, reducând diametrul găurii de foraj și creând rezistență la penetrare, care poate duce la blocarea țevii. Îmbibarea prelungită poate provoca, de asemenea, exfolierea și mărirea găurii de foraj, ceea ce duce la colaps. Folosiți apă dulce sau nămol cu densitate mică și vâscozitate redusă, acolo unde este posibil. Șisturile carbonacee au o coeziune slabă și sunt predispuse la colaps. Formațiunile moi, bogate în argilă, forează rapid, dar sunt vulnerabile la formarea de bulgări în sapă.
Gresii: Proprietățile gresiei variază foarte mult în funcție de dimensiunea granulelor, compoziția mineralelor și tipul de ciment. Granulele mai fine, conținutul mai mare de cuarț și cimentul silicios sau bogat în fier fac roca mai dură și mai abrazivă, crescând uzura sapei (de exemplu, arenita de cuarț). Mai mult ciment argilos, mică sau feldspat face roca mai moale și mai ușor de forat. Granulele mai grosiere și cimentarea slabă cresc permeabilitatea și cresc riscul de pierdere de fluide; o turtă groasă de filtrare se poate forma pe perete și poate provoca probleme de aderență lipicioasă și lipire, ducând la funcționarea anormală a sapei.
Conglomerate: Forarea în conglomerate provoacă adesea sărituri, vibrații și deteriorarea pereților găurii de sondă. Dacă debitul pompei este scăzut sau vâscozitatea nămolului este insuficientă, particulele de dimensiunea pietrișului nu se întorc ușor la suprafață; deșeurile mari pot deteriora conurile și dinții sapei.
Calcare: De obicei dure, cu penetrare lentă și suprafață limitată. Multe calcare dezvoltă fracturi, adâncituri și cavități; întâlnirea acestora poate provoca blocarea sapei, spălări, pierderea circulației și, ocazional, lovituri sau explozii. Calcarul afectează puternic penetrarea, rata mecanică și uzura sapei. Alternarea straturilor dure și moi (de exemplu, argilă intercalată cu gresie dură) și formațiunile cu înclinare mare cresc probabilitatea devierii găurii de foraj; deteriorarea sapei este mai probabilă la forarea găurilor cu devieri mari. Straturile de sare solubile (gips, halit etc.) pot degrada proprietățile nămolului și pot afecta performanța normală a sapei.
Parametrii de foraj și efectele acestora Parametrii de foraj cheie controlabili în procesul de foraj sunt greutatea pe sapă (WOB), viteza de rotație (RPM) și rata de circulație a noroiului. Acești parametri ar trebui selectați în funcție de condițiile formațiunii, tipul sapei, capacitățile instalației de foraj și abilitățile operatorului. Parametrii de foraj sunt clasificați în mod obișnuit ca fiind:
Parametri de foraj optimizați: cei care obțin cel mai bun rezultat economic în condițiile date.
Parametri de foraj agresivi (sau îmbunătățiți): valori mai mari decât în mod normal pentru a obține rate de penetrare mai mari.
Tehnici speciale de foraj: metode specifice sau seturi de parametri constrânși utilizați pentru obiective particulare.
Alegeri diferite de parametri necesită tipuri diferite de sape; sape se defectează prin mecanisme diferite în condiții diferite de foraj și trebuie tratate în consecință.
2.1 Efectul greutății asupra sapei (WOB) WOB este condiția esențială pentru spargerea rocilor la fața sapei. Magnitudinea WOB determină modul și caracteristicile de spargere a rocilor și afectează direct rata de penetrare și uzura sapei. Sub sarcină axială și cuplu de rotație, dinții tăietori se uzează, se tocesc sau cedează pe măsură ce presează în rocă și o forfecează, ceea ce afectează evident penetrarea. Pe măsură ce WOB crește, penetrarea crește în general, dar rulmenții și dinții tăietori se uzează mai rapid, ceea ce, la rândul său, afectează penetrarea. Relația dintre WOB și penetrare se schimbă în trei etape distincte:
Stadiul de fractură superficială: Când WOB este mai mic decât duritatea la indentare a rocii, dinții tăietori nu pot penetra, ci doar abrazează suprafața rocii. Uzura este mare, iar penetrarea este scăzută, deși penetrarea crește proporțional odată cu creșterea WOB.
Stadiul de oboseală-fractură: Când WOB se apropie de duritatea la indentare a rocii, acțiunea repetată a dinților generează numeroase fisuri superficiale, iar fragmentarea progresivă are loc chiar și fără penetrare completă.
Stadiul de fracturare în masă: Când duritatea la adâncime a rocii (WOB) depășește duritatea la indentare, dinții penetrează și produc fracturare în masă; forajul devine eficient, acesta fiind regimul normal de foraj. Prin urmare, WOB aplicat trebuie să fie suficient pentru a permite dinților să pătrundă și să producă fragmentarea în masă.
Dublarea volumului de obturație (WOB) în testele efectuate pe sape triconice a arătat că diferite roci reacționează diferit: rocile medii-dure (clasele de roci 6-7) prezintă cea mai mare creștere a ratei de penetrare; rocile mai moi (clasele 4-5) și mai dure (clasele 8-9) prezintă creșteri mai mici. Formațiunile moi cu adeziv de foraj pot cauza formarea de punți de noroi și lipirea sapei, așa că WOB ar trebui să fie relativ scăzut. În formațiunile foarte abrazive, WOB insuficient provoacă uzura prematură a sapei, așa că WOB ar trebui crescut în mod corespunzător. Atunci când se întâlnesc formațiuni fracturate, săritura sapei este frecventă, iar WOB ar trebui redus pentru a evita ruperea sau exfolierea dinților. Prin urmare, WOB este un parametru critic care trebuie să echilibreze o penetrare suficientă a dinților cu minimizarea uzurii dinților.
2.2 Efectul vitezei de rotație (RPM) Viteza de rotație măsoară cât de repede se rotește o broșă cu un anumit diametru. Deoarece comportamentul la rupere a rocilor și influența WOB variază în funcție de duritatea rocilor, efectul RPM asupra ruperii rocilor și penetrării mecanice trebuie să țină cont de litologie și de factorii de timp de rupere a rocilor.
Turația pe minut (RPM) în formațiuni moi: În formațiuni moi, cu plasticitate ridicată și abraziune redusă (de exemplu, straturi argiloase), grosimea așchiei este egală cu adâncimea de penetrare a dintelui, iar uzura dintelui este minimă. Cu o densitate a materialului (WOB) constantă, RPM și rata de penetrare mecanică cresc aproximativ proporțional.
Turația (RPM) în formațiuni medii-dure și dure: În aceste formațiuni, duritatea la indentare și abrazivitatea sunt mai mari; dinții se tocesc mai repede, suprafața de contact crește, iar timpii de propagare a fisurilor și deformare se prelungesc. Penetrarea încetinește și este necesară o capacitate de lucru (WOB) mai mare. Creșterea turației (RPM) în formațiunile dure poate prelungi timpul de rupere a rocilor per rotație, astfel încât o turație excesivă poate preveni fracturarea completă înainte ca dinții să se decupleze, reducând penetrarea efectivă și accelerând uzura. Prin urmare, turația nu trebuie crescută excesiv în formațiuni medii-dure sau dure.
Diferențe de rotație pe minut (RPM) între tipurile de rocă: Fiecare tip de rocă are o curbă de răspuns caracteristică și o turație limită (RPM). În argile, rata de penetrare crește proporțional cu RPM; în roci dure, foarte abrazive, penetrarea crește mai lent cu RPM din cauza timpului extins de rupere a rocii și a unei turații limită mai mici - depășirea acestei limite poate reduce de fapt penetrarea.
Rezultatele testelor efectuate la dublarea turației pe minut (RPM) pe sapa triconică arată că pentru o rocă de gradul 4 (de exemplu, marmură), rata de penetrare a crescut cu aproximativ 93%, în timp ce pentru un granit porfiric de gradul 9, creșterea a fost de doar aproximativ 28%. De la gradul 4 la gradul 9, creșterea penetrării odată cu turația scade de-a lungul unei curbe. Astfel, creșterea turației este în avantajul formațiunilor moi, cu abraziune redusă, dar oferă un avantaj limitat în formațiunile dure, foarte abrazive.
