Công nghệ mới trong chế tạo choòng khoan PDC

Bài viết "Công nghệ mới trong chế tạo choòng khoan PDC" trình bày về một số công nghệ mới trong thiết kế chế tạo choòng khoan PDC nhằm tạo ra các choòng khoan PDC có độ bền cao, tốc độ cơ học khoan lớn, nâng cao hiệu quả phá hủy đất đá của choòng khoan PDC ở đáy giếng khoan, hạ giá thành khoan các giếng khoan dầu khí. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ mới trong chế tạo choòng khoan PDC HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Công nghệ mới trong chế tạo choòng khoan PDC. Hoàng Anh Dũng*, Lê Đức Vinh Trường Đại học Mỏ - Địa chấtTÓM TẮT Choòng khoan PDC là choòng kim cương đa tinh thể (Polycrystalline diamond) được sử dụng đểkhoan trong đất đá từ trung bình đến cứng, có thể khoan được cả lỗ khoan thẳng đứng và xiên địnhhướng. Nếu sử dụng choòng PDC một cách hợp lý sẽ đạt được những chỉ tiêu khoan tốt như tốc độ khoancao, giảm thời gian kéo thả, giảm độ cong trong khoan định hướng...vv... (Hoàng Anh Dũng, 2013). Hiệnnay, với sự phát triển của công nghệ vật liệu kết hợp với một số công nghệ mới trong thiết kế chế tạochoòng khoan PDC nhằm tạo ra các choòng khoan PDC có độ bền cao, tốc độ cơ học khoan lớn, nâng caohiệu quả phá hủy đất đá của choòng khoan PDC ở đáy giếng khoan, hạ giá thành khoan các giếng khoandầu khí.Từ khóa: Thân choòng khoan PDC; răng choòng PDC; vòi phun choòng PDC.1. Cấu tạo của choòng khoan PDC Choòng khoan PDC là choòng kim cương đa tinh thể (Polycrystalline diamond), răng choòng được gắncác hạt kim cương nhân tạo (đây là bước phát triển lớn của công nghệ vật liệu chế tạo choòng khoan trongnhững năm gần đây vì đã tạo ra được các hợp kim có tính chất tương tự như kim cương tự nhiên nhưngvới giá thành rẻ hơn rất nhiều). Choòng khoan PDC được sử dụng để khoan trong đất đá từ trung bình đến cứng, có thể khoan được cảlỗ khoan thẳng đứng và xiên định hướng. Nếu sử dụng choòng PDC một cách hợp lý thì sẽ đạt đượcnhững chỉ tiêu khoan tốt như tốc độ cơ học cao, giảm thời gian kéo thả, giảm độ cong trong khoan địnhhướng...vv... (Hoàng Anh Dũng, 2013) Cấu trúc choòng khoan PDC gồm có: phần thân (lõi thép), khuôn đầu và bộ phận phá hủy. - Thân choòng khoan PDC được chế tạo từ thép hợp kim kết cấu hoặc thép crom 40X với hàm lượngCacbon 0.3 - 0.4% phía trên được tiện ren để nối với cần khoan. - Khuôn đầu là nơi gắn kết của các hạt kim cương nhân tạo và bố trí các rãnh thoát nước, đây là bộphận quan trọng nhất của choòng khoan PDC. Vật liệu và chất lượng của khuôn đầu quyết định đến hiệuquả hoạt động của choòng PDC. Chính vì vậy, mà khuôn đầu phải có độ giãn nở nhiệt giống như răngchoòng và có độ mòn tỉ lệ với độ mòn răng choòng. Nếu khuôn đầu mềm quá sẽ mòn nhanh dẫn đến hiệntượng các răng choòng dễ bị bong tróc và rơi rụng khỏi bề mặt choòng. Nếu khuôn đầu quá cứng sẽ làmcho các răng choòng không thể nhô lên trên bề mặt của choòng khoan một độ cao nhất định để tham giavào quá trình phá huỷ đất đá. - Phần hoạt động tham gia trực tiếp vào quá trình phá huỷ đất đá là các răng choòng được làm từ kimcương nhân tạo. Sự phân bố của các răng choòng và chiều cao nhô lên trên bề mặt khuôn đầu phụ thuộcvào tính chất cơ lý của đất đá nhưng luôn đảm bảo điều kiện là chiều cao nhô lên của răng trên mặt khuônđầu từ 1/3 - 1/8 chiều cao thực tế còn lại của răng choòng. Phạm vi sử dụng của choòng khoan PDC rất đa dạng từ đất đá có độ cứng trung bình đến cứng vớicông dụng phá toàn đáy hoặc lấy mẫu. Nếu sử dụng choòng khoan PDC kết hợp với chế độ công nghệkhoan hợp lý sẽ cho hiệu quả khoan cao, rút ngắn thời gian thi công giếng, giảm giá thành khoan đặc biệtđối với công tác khoan trên biển. Tuy nhiên, hạn chế của choòng khoan PDC là sử dụng không đạt hiệuquả cao trong đất đá cứng cộng với nứt nẻ, hang hốc và giá thành cao cũng là một hạn chế khi lựa chọnloại choòng này để thi công các giếng khoan dầu khí.* Tác giả liên hệEmail: hoanganhdung@humg.edu.vn 908 Hình 1. Choòng khoan PDC2. Thiết kế choòng khoan PDC Khi tiến hành thiết kế choòng khoan PDC cần phải tính toán lựa chọn kiểu dáng choòng khoan, kíchthước và sự phân bố các răng choòng cùng các vòi phun cho phù hợp với từng điều kiện cụ thể (HoàngAnh Dũng, 2011). Hình 2. Thiết kế mô hình choòng khoan PDC Để thiết kế choòng khoan PDC đầu tiên ta phải sử dụng các phần mềm thiết kế chuyên dụng như phầnmềm CAD, phần mềm Gambit, phần mềm Solidworks …. để thiết lập mô hình choòng khoan PDC nhằmlựa chọn kiểu dáng lưỡi cắt, hình dáng và vị trí các răng cùng với việc bố trí các vòi phun sao cho hợp lýnhất nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của choòng khoan PDC trong quá trình phá hủy đất đá ở đáy giếngkhoan. Vị trí góc phương vị của vòi phun được quyết định theo 4 hướng A, B, C, D theo đường phương vịtương đối OO thường được phân biệt bởi các góc kẹp là 620, 380, 600, 350 và vị trí lắp đặt các vòi phunđược bố trí trên chu vi một hình tròn nhưng có bán kính từ tâm của các vòi phun đến trục trung tâm làkhông bằng nhau nhằm đảm bảo chắc chắn rằng toàn bộ đáy giếng được che phủ bởi dòng phun tạo ...