В области добычи нефти, природного газа и горнодобывающей промышленности эффективность резания бурового долота зависит не только от твердости его зубьев, но и от конструкции его гидравлической струйной системы. Как ключевой аксессуар бурового долота, сопло из карбида вольфрама отвечает за нагнетание бурового раствора под высоким давлением для очистки забоя скважины, охлаждения бурового долота и выноса шлама. Различные типы буровых долот (такие как долота PDC, трехшарошечные долота, лопастные долота и т. д.) имеют разные конструкции сопел и способы установки. Эта статья посвящена представлению распространенных типов сопел из карбида вольфрама в буровой и горнодобывающей промышленности, анализу их конструктивных особенностей и условий применения, а также предоставлению профессиональных рекомендаций для выбора и закупки аксессуаров.
I. Прежде всего, уточним: основное требование к буровым соплам – износостойкость
Во время бурения буровой раствор (буровая жидкость) часто содержит твердые частицы высокой концентрации, а давление струи чрезвычайно высокое. Эта среда эрозии под высоким давлением вызовет сильный физический износ отверстия сопла. Поэтому суть выбора сопла заключается в проверке его износостойкости:
- Износостойкость: чрезвычайно высокая твердость карбида вольфрама может гарантировать, что размер внутреннего отверстия сопла останется неизменным при высоконапорном воздействии в течение сотен часов, тем самым поддерживая стабильное давление струи;
- Ударопрочность: в сложных условиях добычи и в скважине сопло должно выдерживать вибрацию и пульсацию жидкости. Высокая прочность на изгиб карбида вольфрама может эффективно предотвратить поломку сопла.
II. Классификация по типу бурового долота: всесторонний анализ распространенных типов сопел
Различные буровые долота имеют разные рабочие среды и гидравлические требования, и соответствующие типы сопел также различаются. Описание классификации отсортировано для удобства понимания:
1. Сопла для долот PDC
|
Тип сопла |
Конструктивные особенности |
Основные преимущества |
Сценарии применения |
| Большинство долот PDC (поликристаллический алмазный композит) используют резьбовые сопла, которые удобно заменять в любое время в соответствии с гидравлическими требованиями, обеспечивая высокую гибкость. |
Стандартные резьбовые сопла |
Компактная конструкция с внешней резьбой или внутренними шестигранными канавками |
Высокая универсальность, простота установки и снятия |
Обычные долота PDC, бурение в обычных формациях |
|
Удлиненные сопла |
Головка сопла выступает наружу, приближая сопло к забою скважины |
Более эффективно при очистке шлама и уменьшении явления «скатывания» |
Липкие формации, склонные к скатыванию, бурение глубоких скважин |
|
Перекрестные/боковые сопла |
Специальный угол сопла для оптимизации распределения потока |
Уменьшение мертвых зон жидкости на поверхности бурового долота и улучшение равномерности охлаждения |
Высокоскоростные долота PDC, бурение в сложных формациях |
2. Сопла для трехшарошечных долот
|
Тип сопла |
Конструктивные особенности |
Основные преимущества |
Сценарии применения |
| Давление сильно колеблется во время работы трехшарошечных долот, что предъявляет более высокие требования к герметизации и фиксации сопел. Основное внимание уделяется вибростойкости и усталостной прочности. |
Стандартные сопла |
Обычная конструкция, подходит для стандартных монтажных отверстий трехшарошечных долот |
Высокая универсальность и контролируемая стоимость |
Обычное роторное бурение, среднетвердые формации |
|
Экранированные/направляющие канавки сопла |
С экраном или направляющей канавкой снаружи, выполняющие как струйную, так и защитную функции |
Защита корпуса бурового долота от износа путем возврата бурового раствора |
Формации с высоким содержанием песка, бурение под высоким давлением |
|
Микро/мини сопла |
Небольшой размер, подходит для многосопловой конструкции |
Может обеспечить многонаправленное струйное распыление и широкий диапазон очистки |
Маленькие трехшарошечные долота, специальные конструкции многосопловых буровых долот |
3. Сопла для лопастных долот и горнодобывающих работ
|
Тип сопла |
Конструктивные особенности |
Основные преимущества |
Сценарии применения |
| Этот тип бурового долота в основном используется в относительно мягких формациях или при открытой добыче полезных ископаемых. Конструкция сопла больше ориентирована на простоту установки и базовую износостойкость. |
Прессовые сопла |
Без резьбы, фиксируются за счет посадки с натягом или стопорного кольца |
Быстрая установка и снятие, подходит для конструкции лопастного долота |
Лопастные долота, бурение в мягких формациях |
|
Сопла с центральным отверстием |
Большое отверстие, расположенное в центре бурового долота |
Высокая эффективность удаления шлама, нелегко засоряется |
Большие горнодобывающие буровые долота, открытая добыча |
III. Таблица сравнения спецификаций и характеристик распространенных буровых сопел (для быстрого выбора)
Основные параметры сопел, соответствующие различным буровым долотам, отсортированы в таблицу, к которой можно обращаться напрямую при закупках, не проверяя по одному:
| Тип бурового долота |
Общие формы сопел |
Способ установки |
Общие марки материалов |
Основные требования к производительности |
| PDC долото |
Стандартные резьбовые/удлиненные |
Резьбовое соединение (с уплотнительным кольцом) |
YG6 / YG8 / YN6 |
Высокая твердость, точная точность резьбы, хорошие герметизирующие характеристики |
| Трехшарошечное долото |
Фланцевые/экранированные |
Резьбовое или стопорное кольцо |
YG11 / YG15 |
Вибро- и ударопрочность, усталостная прочность, надежное уплотнение |
| Лопастное долото |
Цилиндрические/простые |
Прессовая посадка или механическая фиксация |
YG11 |
Базовая износостойкость, простота установки |
| Горнодобывающее долото |
Специальная форма втулки/прямое отверстие |
Вставной тип |
YG13 / YG15 |
Чрезвычайно высокая прочность, устойчивость к воздействию крупных частиц |
IV. 3 ключевых фактора, влияющих на срок службы сопла (руководство по предотвращению проблем)
Во многих случаях преждевременный выход сопел из строя обусловлен не плохим качеством материала, а игнорированием этих деталей. Необходимо отметить три основных влияющих фактора, обобщенных на основе многолетнего опыта:
1. Отказ уплотнения (самая распространенная проблема)
- Причина: плохое качество или неправильная установка уплотнительного кольца между соплом и седлом бурового долота
- Последствие: буровой раствор высокого давления вытекает из зазора, вызывая явление «пробивания», которое быстро разрушает сопло из карбида вольфрама и стальной корпус бурового долота
- Рекомендация по решению: выберите высококачественные маслостойкие и термостойкие уплотнительные кольца и проверьте, чиста ли уплотнительная поверхность и нет ли на ней царапин перед установкой
2. Выбор связующей фазы (адаптация к среде бурового раствора)
- Кислотный буровой раствор/с коррозионными добавками: выберите серию YN (на основе никеля) карбида вольфрама, чтобы предотвратить ослабление сплава, вызванное потерей кобальта
- Обычная среда физического воздействия: выберите серию YG (на основе кобальта) карбида вольфрама для более высокой твердости и лучшей экономической эффективности
3. Геометрия внутреннего отверстия (влияет на срок службы от эрозии)
- Высококачественные сопла: с плавными кривыми сужения внутри, обеспечивающими плавный поток жидкости без вихревых потоков
- Низкокачественные сопла: шероховатые внутренние поверхности, подверженные вихревым потокам, ускоряющие локальную эрозию и износ
- Рекомендация по выбору: запросите у поставщика отчет об испытаниях внутренней отделки отверстия во время закупки
V. 4 пункта, которые необходимо подтвердить при закупке/замене сопел
Чтобы избежать покупки или установки неправильных сопел, обязательно подтвердите эти 4 пункта при закупке или замене сопел:
- Спецификация резьбы: уточните, является ли это обычной спецификацией, такой как № 12 или № 13, или специальной метрической резьбой. Лучше всего предоставить образец или чертеж старой детали
- Размер отверстия: обычно градуируется в единицах 1/32 дюйма (например, 10/32", 12/32"). Размер отверстия напрямую влияет на давление насоса и должен соответствовать параметрам бурения
- Уплотнительные аксессуары: подтвердите, нужны ли соответствующие уплотнительные кольца, а также материал и размер уплотнительных колец
- Инструменты для установки: подготовьте соответствующие внутренние шестигранные ключи или специальные инструменты для разборки, чтобы избежать растрескивания сплава, вызванного неравномерной силой установки
Резюме
Хотя сопло бурового долота небольшое, это «горловой» компонент, определяющий эффективность бурения и срок службы бурового долота. Выбор правильного типа имеет решающее значение: выбирайте высокоточные резьбовые сопла для долот PDC, ударопрочные сопла для трехшарошечных долот и высокопрочные сопла для горнодобывающих долот. Соответствие с марками карбида вольфрама, подходящими для среды бурового раствора, может эффективно снизить частоту замены бурового долота в скважине и сэкономить затраты.
Дополнительная помощь
- Рекомендуем наиболее подходящую износостойкую марку карбида вольфрама на основе ваших параметров бурового раствора (содержание песка, химический состав, температура);
- Предоставляем чертежи, образцы и расценки для стандартных API и нестандартных сопел.
Кроме того, многие производители сейчас используют вычислительную гидродинамику (CFD) для оптимизации компоновки сопел и повышения эффективности бурения. Хотите узнать о конкретных схемах оптимизации в этом отношении?
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
Russian
