Análise Comparativa de Roller Bit e PDC Bit

O trabalho de perfuração é uma engenharia de sistema complexa e diversificada. A fim de garantir a conclusão bem-sucedida, a coordenação e a cooperação de vários sistemas são necessárias, entre as quais a seleção razoável do bit é o pré-requisito para garantir a alta qualidade e a conclusão eficiente do trabalho de perfuração. Hoje em dia, os bits mais amplamente utilizados na engenharia de perfuração são brocas de rolos e brocas de diamante (PDC). Este artigo analisa a aplicação de brocas de rolo eBits PDCEm engenharia de perfuração.

1. definição de bit de rolo e PDC

OBroca de roloÉ o bit de perfuração mais amplamente utilizado. Quando a broca está funcionando, os dentes de corte entram em contato alternadamente com a parte inferior do poço, o torque de quebra de rocha é pequeno, a área de contato entre os dentes de corte e a parte inferior do poço é pequena, a pressão específica é alta e é fácil cavar na formação; O comprimento total da borda de trabalho é grande, então o desgaste é relativamente reduzido. A broca de cone pode se adaptar a uma variedade de estratos de macio a duro. De acordo com o número de cone, ele pode ser dividido em um único cone bit, três cone bit e montado multi cone bit. De acordo com o material de corte, ele pode ser dividido em dentes de aço (dentes de moagem) e broca de cone de dentes inseridos.

A broca PDC é uma broca de chip composto de diamante policristalino e se refere à abreviatura da cabeça. A forma do chip composto é uma ferramenta de corte circular que é embutida e soldada no cilindro, e a ferramenta de corte é embutida no corpo da broca para se tornar uma broca PDC. O bit PDC é muito mais barato do que o bit de diamante natural, mas é adequado apenas para formação dura macia a média.Bit PDCDesenvolveu-se rapidamente depois de ser fabricado e usado com sucesso no início dos anos 1970. Ele pode ser usado com baixo WOB e alta velocidade de rotação, imagens de bits altos e baixo custo de filmagem unitária. Em alguns campos petrolíferos da China, chips compostos policristalinos de diamante são usados para embutir e soldar em raspadores, e grandes efeitos são obtidos.

Atualmente, os bits PDC são projetados com asas de corte. Com o aumento do número de asas de corte, a carga de impacto que atua nos dentes de corte diminui, a controlabilidade da broca aumenta e a vida útil da broca se estende. Pelo contrário, com a diminuição do número de asas de corte, o desempenho de perfuração da broca melhora, e a broca tem uma velocidade de perfuração mais alta. De um modo geral, quanto maior for a força da formação, maior será o número de dentes cortantes e maior será o número de asas de corte em geral. O número de asas de bits PDC não é inferior a 3, mas há poucas mais de 10.

2. análise comparativa do mecanismo de quebra de rocha entre a broca do rolo e o bit PDC

O mecanismo de quebra de rocha por broca de rolo. Sob a ação da pressão da broca e da rotação da coluna de perfuração, os dentes esmagam e cavam a rocha e, ao mesmo tempo, produzem certas rochas deslizantes e de cisalhamento. Quando o cone rola na parte inferior do poço, os dentes no cone sucessivamente impactam e pressionam na formação. Este efeito pode esmagar parte da rocha inferior e cortar a parte restante da rocha entre os dentes pelo efeito de cisalhamento trazido pelo deslizamento do rolo, para que a rocha inferior esteja completamente quebrada e o poço possa ser estendido.

Mecanismo de quebra de rocha do bit PDC. O princípio de funcionamento do bit PDC é basicamente o mesmo que o bit raspador.

(1) Quando o bit PDC está perfurando alguma formação dura, ele pressiona a rocha sob a ação de WOB, o que faz a rocha em contato com o diamante em um estado de estresse muito alto e faz a rocha parecer plasticidade.

(2) Na formação de plástico (ou rocha é plástico sob tensão), o diamante cava na formação e faz com que a rocha frontal quebre ou o fluxo de plástico sob a ação do torque da broca, que se separa da matriz rochosa e forma detritos rochosos.

(3) Na rocha com alta fragilidade, o estresse produzido sob a ação do WOB e o torque faz com que a rocha mostre uma fratura frágil, ou seja, a rocha é destruída por cisalhamento e tensão. Neste caso, a velocidade de quebra de rocha da broca de diamante é maior, e o volume de quebra de rocha é muito maior do que o de deslocamento após a escavação de diamante.

(4) No hard rock, devido à limitação da força do próprio diamante, a pressão do bit no diamante de tamanho maior não é suficiente para causar a deformação plástica na rocha, assim o diamante com partículas finas é usado geralmente para fazer a broca impregnada do diamante para a perfuração, Que é caracterizada por micro corte, escultura e outras maneiras de quebrar a rocha dependendo do ângulo do diamante. As estacas assim separadas são basicamente pó de granulação fina, e a eficiência de trabalho e a vida útil da broca são muito baixas.

3. condições aplicáveis de brocas de rocha rotativa e bits PDC

O âmbito de aplicação deBroca de rocha rotativaÉ o mais amplamente utilizado na perfuração de petróleo e perfuração geológica. A broca de rocha rotativa tem o efeito de impactar, esmagar e cisalhar a rocha de formação quando ela gira. Portanto, a broca de rocha rotativa pode se adaptar a várias formações, macia, média e dura. Especialmente após o surgimento de brocas de rolo de cone de jato e brocas de rolo de cone de bico longo. A velocidade de perfuração dos bits de cone do rolo é grandemente aumentada. É uma grande revolução na história do desenvolvimento de bits de cone de rolo. De acordo com o tipo de dentes, os bits de cone de rolo podem ser divididos em bits de cone de rolo de dentes fresados (dentes de aço) e inserções (bits de cone de rolo de dente de liga dura são instalados no cone do rolo; de acordo com o número de cones do rolo, podem ser divididos na única broca de rocha giratória eBroca triconeE bits multi-cone montados. As brocas tricone são as mais utilizadas em casa e no exterior.

Âmbito de aplicação do bit PDC no momento, muitas vezes usa seção de poço, lama à base de óleo, ou lama à base de água usada na seção de poços não redutores, onde a broca precisa funcionar por um longo tempo na parte inferior do poço. A broca PDC também tem vantagens em ferramentas de perfuração de alta velocidade, como turbodrill, broca de parafuso ou seção de desvio.

A broca PDC é frequentemente usada na formação com baixa resistência à compressão, cimentação pobre, baixa abrasividade ou camada intermediária fina, como rocha de sal, rocha de gesso, marga, calcário, etc., e a formação com resistência à compressão média, certa abrasividade e fragilidade, como arenito, xisto silicioso, Rocha carbonática porosa e rocha de gesso. Mas a broca PDC está em alta resistência à compressão, cimentação apertada como o arenito abrasivo, chert e granito, corindo, pirita e sepultura, os efeitos não são bons.

Muitas empresas de serviços e empreiteiros de perfuração usam software de análise de resistência à compressão de rocha para determinar a dureza da formação. Esses modelos de análise de computador da resistência à compressão da rocha usam tecnologia de análise de perfilagem para analisar e determinar a resistência à compressão triaxial da formação. O software de análise de resistência à compressão de rochas pode ajudar o empreiteiro de perfuração a determinar a seção de poço perfurável da broca PDC, otimizar a seleção de bits e determinar os parâmetros de perfuração ideais. O desenvolvimento e a aplicação deste software podem promover o uso do bit PDC.

4. vantagens e desvantagens do bit de rolo e bit PDC

Vantagens e desfavoragEs da broca do rolo

(1) O bit de cone é adequado para vários estratos, por isso é o bit mais amplamente utilizado.

(2) Os cortes de rocha produzidos pela rocha quebrada da broca do cone são maiores, o que é útil para distinguir os cortes de rocha e julgar as condições geológicas com mais precisão.

(3) A vida útil da broca do cone não é longa o suficiente e a filmagem é pequena, o que aumenta os tempos de disparo e afeta todo o progresso da construção. Além disso, as viagens frequentes prolongam o tempo de imersão da lama no reservatório de petróleo e gás, causam sérios danos ao reservatório de petróleo e gás e afetam a exploração de petróleo e gás.

(4) O núcleo do cone bit não pode ser reutilizado, o que aumenta o custo de perfuração até certo ponto.

(5) Devido à limitação de suas características estruturais, a broca do cone é fácil de cair no fundo do poço e causar acidentes no fundo do poço.

Vantagens e desvantagens do bit PDC

(1) O bit PDC é adequado para alta velocidade, alto deslocamento e baixo WOB, portanto, a exigência de equipamentos é relativamente alta.

(2) O princípio de funcionamento do bit PDC é basicamente o mesmo que o bit raspador, portanto, geralmente requer WOB mais baixo e velocidade de rotação mais alta. A pressão de bits do bit PDC é geralmente 20-40% daquela do mesmo tamanho de bit quando é usado no local.

(3) O bit PDC é composto de matriz de bits e folha composta de diamante. Ao cortar rocha, a folha composta entra em contato principalmente com a rocha. A matriz não será danificada basicamente, então a matriz pode ser reutilizada. Até certo ponto, o custo de perfuração é economizado.

(4) A broca PDC não é bem usada em arenito abrasivo, chert e granito, corindo, pirita e cascalho com alta resistência à compressão e cimentação apertada.

(5) Quando o bit PDC está perfurando, o micro corte é realizado pelo ângulo da borda do diamante. Para quebrar rochas por escultura, etc. As estacas separadas desta forma são basicamente pó de granulação fina. Não é fácil julgar com precisão a situação de fundo de poço quando o registro de cortes é usado no campo.

(6) Devido a algumas características do próprio bit PDC, ele causa os problemas de desvio e controle de azimute no poço direcional, por isso é frequentemente usado no poço direcional de campo.

5. perspectiva de desenvolvimento de 5 bit cone e bit PDC

As vantagens da broca do rolo e da broca PDC são muito óbvias no processo de perfuração. A broca mista de rolo PDC saiu e foi usada na perfuração de campo e obteve resultados notáveis. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, haverá mais e mais avançada estrutura de bits e tecnologia de perfuração.