האם לחץ גבוה יותר תמיד משפר את מהירות הקידוח?

לחץ הקידוח, ככוח הצירי הפועל על המקדחה, הוא תנאי הכרחי לשבירת סלע בתחתית הבאר-הוא מספק את הכוח המניע לשיניים החותכות של המקדחה לחדור ולגזוז את הסלע, מה שקובע ישירות את השיטה והאפקט של שבירת הסלע. כאשר הלחץ נשלט בטווח מדעי, השפעת הקידום שלו על מהירות הקידוח ברורה, המתבטאת בעיקר בשלושה שלבים של שבירת סלעים:

ראשית, שלב ריסוק פני השטח: כאשר הלחץ נמוך מהקשיות הדחיסה של הסלע, השיניים החותכות אינן יכולות לחתוך לתוך הסלע, ויכולות לשבור את פני הסלע רק באמצעות חיכוך, וכתוצאה מכך מהירות קידוח נמוכה אך עלייה פרופורציונלית עם הלחץ. שנית, שלב ריסוק העייפות: כאשר הלחץ קרוב לקשיות הסלע, פני הסלע יפיקו מספר רב של סדקים בפעולה חוזרת ונשנית של השיניים החותכות, תוך מימוש שבר נפח של הסלע. שלישית, שלב ריסוק הנפח: כאשר הלחץ עולה על קשיות הסלע, שיני החיתוך יכולות לחתוך ישירות לתוך הסלע, וליצור ריסוק נפח יעיל, שהוא המצב האידיאלי של קידוח רגיל. בשלב זה, התאמת הלחץ עם-מקדחים בעלי ביצועים גבוהים יכולה למקסם את היעילות-לדוגמה, בייקר יוז'מקדחי PDCבעלי עמידות חותך משופרת, ובשימוש בלחץ מתאים, הם יכולים לשפר משמעותית את ה-ROP בתצורות קשות ושוחקות.

בנוסף, טכנולוגיית קידוח בסיוע-בלחץ-בסילון גבוה מאמתת עוד יותר את התפקיד החיובי של לחץ סביר: באמצעות-משאבות בלחץ גבוה ליצירת סילוני נוזל קידוח-במהירות גבוהה, הסילונים חותכים חריצים בסלע, ועוזרים למקדחה לחתוך סלע בקלות רבה יותר, מה שיכול להגביר את מהירות הקידוח בקידוח פי 4 פי 4. 10,000 עד 15,000 psi. זה מראה כי בהנחה של התאמת ציוד ותנאי מבנה, לחץ מתאים הוא אכן אמצעי יעיל לשיפור מהירות הקידוח.

כאשר הלחץ חורג מהטווח הסביר, המתאם החיובי בין הלחץ למהירות הקידוח נשבר, ותתרחש שורה של בעיות, שבסופו של דבר יפחיתו את יעילות הקידוח ויגדילו את העלויות. הביטויים הספציפיים הם כדלקמן:

1. בלאי מואץ של מקדח וקיצור חיי שירות

מיסבי המקדחה, שיני החיתוך ורכיבים אחרים יישאו עומס גדול יותר בלחץ מופרז, בלאי מואץ, קהה או אפילו נזק-ומהירות הבלאי של שיני החיתוך תגדל משמעותית עם עליית הלחץ, ואף נוטה להיות אינסופית כאשר הלחץ מגיע לערך הגבול. לדוגמה, בעת שימוש במקדחי טריקון לקידוח תצורות שוחקות, לחץ מוגזם יגרום למחסני הטונגסטן קרביד להישחק במהירות, מה שיגרום למקדחה לאבד מראש את קיבולת שבירת הסלע-, דבר המצריך מעידה תכופה כדי להחליף את המקדחה, מה שלא רק מגדיל את הזמן הלא-ייצור אלא גם מעלה את עלויות הקידוח. להיפך, בחירת מקדחים מתאימים והתאמת לחץ סביר יכולה למזער את בלאי השיניים לחיתוך ולהאריך את חיי השירות של המקדחים.

2. קיפאון או ירידה במהירות הקידוח

על פי עקומת הקשר בין לחץ הקידוח למהירות הקידוח, כאשר הלחץ עולה לערך מסוים, קצב הצמיחה של מהירות הקידוח יואט באופן משמעותי, ואף יפסיק לעלות או לרדת. הסיבה לכך היא שלחץ מוגזם יגרום לעומס יתר של המקדחה, וכתוצאה מכך פעולת כלי קידוח לא יציבה-כגון קפיצת סיביות בתצורות שבורות, מה שלא רק לא יצליח לשפר את מהירות הקידוח אלא גם יגרום לשיניים החיתוך להישבר או להישבר, מה שיפחית עוד יותר את יעילות הקידוח. בנוסף, עבור סלעים רכים מלוכדים, לחץ מוגזם עלול לגרום לסתימת מים ולכדורי סיביות, מה שהופך את המקדח ללא מסוגל לשבור סלע ביעילות, ומהירות הקידוח תרד בחדות.

3. סיכונים מוגברים בבור וכשל בציוד

לחץ מוגזם יגביר את העומס על מחרוזת הקידוח, אסדת הקידוח והמערכת ההידראולית, מה שיוביל בקלות לכשלים בציוד כגון עיוות מיתרי הקידוח, שבר ונזק למשאבה. בקידוח בסיוע סילון-גבוה-, אם הלחץ עולה על כושר הנשיאה של הצינור המפותל והמנוע למטה, זה יגרום לדליפה במפרק צינור הקידוח או לנזק לאטם המנוע, וכתוצאה מכך לתאונות קידוח. יחד עם זאת, לחץ מוגזם יגביר את הלחץ ההפרש של החור התחתון, מה שיוביל לאפקט החזקת הלחץ-קשה לצאת לחתיכות הסלע מהחור התחתון, וכתוצאה מכך ריסוק חוזר ונשנה, אשר לא רק מפחית את מהירות הקידוח אלא גם עלול לגרום להתמוטטות קידוח וסיכונים אחרים.

כדי למנוע את ההשפעה הנגדית של לחץ מוגזם ולתת משחק מלא לתפקיד הלחץ בשיפור מהירות הקידוח, יש צורך לשקול באופן מקיף שלושה גורמי ליבה ולהתאים את המוצרים והפרמטרים המתאימים:

1. מאפייני הסלע: הבסיס הבסיסי להתאמת לחץ

לדרגות שונות של סלעים יש תגובות שונות מאוד ללחץ. לסלעים בינוניים- קשים (דרגת סלע 6 עד 7) יש את קצב הצמיחה הגבוה ביותר של מהירות הקידוח כאשר הלחץ מוגבר; סלעים רכים (סלע בדרגה 4 עד 5) נוטים להצטבר, ולכן יש להפחית את הלחץ כראוי; לסלעים קשים (דרגת סלע 8 עד 9) יש קשיות דחיסה גבוהה, וקצב הצמיחה של מהירות הקידוח עם לחץ קטן, ולכן יש צורך להתאים מקדחים בעלי ביצועים גבוהים במקום פשוט להגביר את הלחץ. לדוגמה, בעת קידוח תצורות גיאותרמיות בעלות תכונות סלע מורכבות, בחירת המקדחים הגיאותרמיים של בייקר יוז (כולל טריקון, PDC והיברידית) והתאמת הלחץ בהתאם לקשיות התצורה יכולה להשיג יעילות קידוח מיטבית.

2. סוג מקדחה: התאמת לחץ כדי לתת משחק ליתרונות המוצר

לסוגים שונים של מקדחים יש טווחי התאמת לחץ שונים. מקדחי PDC מתאימים לסביבות לחץ בינוני וגבוה, וניתן להפעיל את פעולת הגזירה הרציפה שלהם במלואה בלחץ סביר כדי לשפר את מהירות הקידוח; למקדחי טריקון יש חוזק ריסוק- חזק של סלעים, אך לחץ מוגזם יאיץ את שחיקת המיסבים; מקדחים היברידיים של Kymera משלבים את היתרונות של קונוס רולר וסיבי יהלום, ויכולים להסתגל לסביבות לחץ שונות, אך עדיין צריך להתאים אותם בהתאם לתנאי הבור. בנוסף, מקדחים אדפטיביים יכולים להתאים את עומק החיתוך בהתאם לשינויים בלחץ למטה, תוך אופטימיזציה אוטומטית של יעילות הקידוח, שהיא בחירה אידיאלית עבור תצורות מורכבות שבהן קשה לשלוט בלחץ ביציבות.

3. מערכת קידוח ותנאי עזר: הבטחת יציבות ויעילות לחץ

ביצועי אסדת הקידוח, איכות נוזל הקידוח ושילוב כלי הקידוח ישפיעו כולם על השפעת התאמת הלחץ. לדוגמה, הכוח של אסדת הקידוח קובע את הלחץ המרבי שניתן לספק ביציבות; הצפיפות והצמיגות של נוזל הקידוח ישפיעו על לחץ ההפרש של החור התחתון, וביצועים בלתי סבירים של נוזל הקידוח יקזזו את ההשפעה החיובית של התאמת הלחץ. מערכת הקידוח המתקדמת לצינורות-בלחץ גבוה- שפותחה על ידי מעבדת הטכנולוגיה הלאומית לאנרגיה פותרת את הבעיה של העברת נוזלים בלחץ גבוה- באמצעות צינורות מפותלים קונצנטריים, מונעת דליפה ומבטיחה שניתן להעביר את הלחץ ביעילות למקדחה, ובכך משפרת את מהירות הקידוח.