Ontwerp en numerieke analyse van een luchtboor met omgekeerde circulatie met grote diameter voor luchthamerboren met omgekeerde circulatie in het gat
 

 

Omgekeerde circulatie down-the-hole (RC-DTH) luchthamerboren is een snelle en kosteneffectieve methode voor het boren in hard gesteente. Omdat de lucht-RC-boor het hart is van het RC-DTH-luchthamerboorsysteem om de omgekeerde circulatie te vormen, werd een RC-boor met grote diameter innovatief ontworpen en numeriek geoptimaliseerd met betrekking tot het zuigvermogen. De resultaten tonen aan dat het vergroten van de elevatiehoek en de afbuighoek van het zuigmondstuk het zuigvermogen van de boor kan verbeteren. De prestaties van de boor bereiken hun optimale toestand wanneer het luchtdebiet ongeveer 1,205 kg/s was, daarna vertoont het een omgekeerde variatietrend met de toename van het luchtmassadebiet. De optimale diameter van de zuigmonden is 20 mm voor de boor die in dit werk wordt bestudeerd. De RC-boor met een buitendiameter van 665 mm en de RC-DTH luchthamer met een buitendiameter van 400 mm werden vervaardigd en er werd een veldproef uitgevoerd. Uit veldtestresultaten blijkt dat de penetratiesnelheid bij gebruik van de RC-DTH-luchthamerboormethode meer dan tweemaal zo hoog is als die van conventionele roterende boormethode. Deze boorbenadering biedt een groot potentieel voor het boren in hard gesteente met grote diameter, toegepast in de bovenste delen van een putboring boven de potentieel producerende reservoirformatie voor olie- en gasboringen op land, geothermisch boren en relevante veldbooroperaties.

 

 

1 INLEIDING

Down-the-hole (DTH) luchthamerboren wordt beschouwd als een van de meest efficiënte boormethoden voor boren in harde rotsen.1-3 Bij het DTH-luchthamerboren worden rechtere gaten en lage kosten per meter bereikt door de frequente slagwerking en hoge schokbelastingen bij de inzetstukken.4, 5 De contacttijd van boorinzetstukken met de rotsformaties bedraagt ​​doorgaans ongeveer 2% van de totale operationele tijd, wat resulteert in een hogere momentane gewicht-op-bit (WOB), ook al is de de gemiddelde WOB wordt op een lager niveau gehouden.6-8 Het heeft ook potentieel aangetoond voor seismische-tijdens-boren (SWD) doeleinden en het karakteriseren van booromstandigheden.9, 10 Daarnaast is, vergeleken met de conventionele modderboormethoden, het gebruik van lucht omdat de circulatievloeistof resulteert in een hogere penetratiesnelheid (ROP) vanwege de lage druk in het bodemgat in de annulus.11 Bovendien kan het boren van potentieel producerende formaties met gebruikmaking van een druk in het bodemgat in de annulus die onder de poriedruk in de formatie ligt schade aan de formatie elimineren die het volgen zou kunnen beïnvloeden. -op productie.11 Vanwege de bovengenoemde voordelen wordt DTH-luchthamerboren op grote schaal gebruikt in de mijnbouw en is het ook uitgebreid naar olie- en gasboringen, aangezien steeds meer olie- en gasreservoirs zich onder harde rotsformaties bevinden.

 

Omgekeerde circulatie down-the-hole (RC-DTH) luchthamer is een innovatief DTH-hamerboorgereedschap aangedreven door lucht.12 Anders dan het conventionele DTH-luchthamersysteem, is de boor met speciaal ontworpen structuur de belangrijkste onderdelen van de RC- DTH-luchthamersysteem, en de dubbelwandige boorpijpen vormen de transportdoorgangen voor zowel de perslucht als het boorgruis.13 Tijdens het boren wordt perslucht in de annulus van de dubbelwandige pijpen geïnjecteerd en drijft de RC-DTH-luchthamer aan om hoogfrequente slagen uit te voeren die inwerken op een boor met omgekeerde circulatie (RC) waar de omgekeerde circulatie ontstaat.14 Een opvallend kenmerk van deze boormethode is de combinatie van slagboren met de lucht-RC-boortechniek.

 

Conventioneel wordt bij een boring met directe luchtcirculatie perslucht in de bodem van het boorgat ingevoerd via de centrale doorgang van boorpijpen, waarna de afgevoerde lucht het boorgruis uit het boorgat brengt via de ringvormige ruimte gevormd door boorpijpen en gatwand.15 Terwijl bij een lucht-RC-boring de gecomprimeerde lucht via de dubbelwandige wartel de annulusruimte van de dubbelwandige boorpijpen binnendringt; de uitlaatlucht die het boorgruis draagt, keert terug naar het oppervlak via de centrale doorgang van de binnenste boorpijpen in plaats van de ringvormige ruimte gevormd door de buitenste boorpijp en de boorgatwand. Zoals weergegeven in figuur 1 is het dwarsdoorsnedegebied van de centrale doorgang (gele cirkel b) van het lucht-RC-boorsysteem veel kleiner dan dat van het ringvormige dwarsdoorsnedegebied (groene ring a). Volgens de minimale volume-eis voor luchtboren is men ervan overtuigd dat de minimale voortbewegingssnelheid van lucht (standaardconditie) ongeveer 15,2 m/s bedraagt ​​om te voldoen aan het transport van boorgruis. Het onderzoek uitgevoerd door Sharma en Chowdhry16 gaf ook aan dat alleen het houden van de lucht met een redelijke bewegingssnelheid het boorgruis efficiënt kan transporteren. Het is duidelijk dat het bij lucht-RC-boren veel gemakkelijker is om de drempelsnelheid te bereiken, omdat het luchtdragende boorgruis in de centrale doorgang stroomt in plaats van in de annulusruimte tussen de boorpaal en de boorgatwand.17-20 Daarom is er een laag luchtverbruik en de daaruit voortvloeiende mogelijkheid om Het boren van gaten met een grote diameter is een duidelijk voordeel voor het lucht-RC-boren, waardoor de ruimkosten en de bedrijfstijd aanzienlijk worden verminderd. Omdat de lucht en het boorgruis dat uit de afvoerpijp komt rechtstreeks naar de boorgruis- en stofopvangeenheid kunnen worden geleid die ver van de boorlocatie is geplaatst, wordt bovendien de werkomgeving verbeterd en is de atmosfeer olievrij, waardoor de boorarbeiders worden gehinderd en apparatuur tegen de dreiging van boorstof.14, 21

 

 

 

 

 

Figuur 1

Schematische voorstelling van de boormethode met omgekeerde luchtcirculatie

 

 

In het RC-DTH luchthamerboorsysteem is de RC-boor het belangrijkste onderdeel om de omgekeerde luchtcirculatie te vormen. De meeste eerdere inspanningen op het gebied van RC-DTH-luchthamerboren waren gericht op de prestaties van boren met omgekeerde circulatie, gericht op het verkrijgen van een beter ontwerp om de mogelijkheden van omgekeerde circulatie te vergroten. Voorbeelden van inspanningen zijn onder meer een RC-boor met zuigmonden op de ribben; stofbeheersingsprestaties van een RC-boor, onderzocht door Luo et al; prestatieanalyse van een RC-boor met een wervelende generator; en de RC-boor met multi-supersonische spuitmonden.14, 20, 22, 23 De diameters van deze RC-boren die in dit eerdere werk werden bestudeerd, varieerden van 80 tot 200 mm. De evaluatie van het toepassingspotentieel en de prestatieanalyse van de RC-boren met een grote diameter (meer dan 300 mm) blijven grotendeels onontgonnen. Om het RC-vermogen van de boor met een grote diameter te verbeteren, werden de effecten van zuigmondparameters op de prestaties van de boor computationeel bestudeerd en werd een veldproef uitgevoerd om de haalbaarheid ervan te valideren.

 

2 BESCHRIJVING VAN DE RC BOOR

Figuur 2 toont de schematische structuur van de RC-boor. De perslucht stroomt via de zuigmondstukken en de spoelmondstukken in de middendoorgang van het boorgereedschap. De lucht komt de zuigmonden binnen en vormt daar stralen met een hoge stroomsnelheid; een deel van de aangrenzende lucht zal door het jetpompeffect in de jets worden meegevoerd, wat resulteert in een negatieve drukzone in de buurt van de jets. Dit drukverschil tussen de bodem van het boorgat en de onderdrukzone binnen de centrale doorgang kan een hefkracht veroorzaken die inwerkt op de lucht en het boorgruis daaronder. Ondertussen wordt met boorgruis vermengde lucht continu in de centrale doorgang van het boorgereedschap gezogen met behulp van de straalstromen die uit spoelmondstukken komen, die boorgruis in de centrale doorgang vegen. Dit zuigvermogen is van cruciaal belang voor het evalueren van de prestaties van een RC-boor en kan worden weergegeven door de verhouding tussen de massastroomsnelheid van lucht die in de annulusruimte tussen de boorpijpen en de boorgatwand wordt meegevoerd, en de totale invoermassastroom. .

 

 

 

 

 

Figuur 2

Schematische structuur van de luchtomkeercirculatieboor met grote diameter

 

 

3 COMPUTATIONELE SIMULATIEBENADERING

3.1 Rekendomein en raster

Er werd onderzoek gedaan naar de omgekeerde circulatieboor met een buitendiameter van 665 mm. Deze maat van de boor komt overeen met de RC-DTH luchthamer met een buitendiameter van 400 mm. De computationele domeinen zijn vastgesteld door Altair HyperWorks-software. Een typisch vermaasd rekendomein wordt getoond in figuur 3. De rekendomeinen bestaan ​​hoofdzakelijk uit vijf delen, waaronder de zuigmondstukken, de spoelmondstukken, de ringruimte tussen de binnen- en buitenwanden van de boor, de ringruimte gevormd door de boor en het boorgat. muur en middendoorgang van het boorgereedschap. Alle computerdomeinen waren verweven met tetraëdrische ongestructureerde roosters vanwege de complexe geometrie van de domeinen. Er werden drie dichtheden van rastercellen gebruikt om de rastergevoeligheid van de boormodellen te analyseren. Uit de resultaten in Tabel 1 blijkt dat het maximale verschil <5% is. De middelgrote rasters werden in onze berekeningen gebruikt om de tijdskosten en de nauwkeurigheid van het model in evenwicht te brengen.

 

 

 

 

 

 

Figuur 3

Een typisch rastermodel van het interne stromingsveld van de boor met omgekeerde circulatie en de typen randvoorwaarden

 

 

Rooster	Aantal cellen	Meegevoerd massadebiet (kg/s)
Fijn rooster	4 870 311	0,41897
Middelgroot raster	3 010 521	0,42015
Grof raster	1 546 375	0,43732
% Verschil		4.4

Tabel 1. Gridgevoeligheidsanalyse voor computationele domeinen

 

 

3.2 Vergelijkingen en randvoorwaarden beheersen

Er wordt aangenomen dat de interne luchtstromen de principes van behoud van massa, momentum en energie volgen. De algemene vergelijking is [24]:

 

 

 

waarbij ϕ de afhankelijke variabele aangeeft, u de snelheidsvector aangeeft, Γ de diffusiecoëfficiënt aangeeft, en S de algemene bronterm is.

 

Zoals weergegeven in Figuur 3 wordt de luchtinlaat gedefinieerd als de grensvoorwaarde Mass_flow_inlet. Het volumedebiet van het RC-DTH luchthamergereedschap (diameter 400 mm) varieert van 30 tot 92 m3/min (standaardtoestand), wat overeenkomt met het massadebiet van 0,6025 tot 1,848 kg/s. De uitlaat van de centrale doorgang en de uitlaat van de ringvormige ruimte tussen de boorgatwand en het boorgereedschap zijn naar de atmosfeer geopend. Daarom worden deze twee uitlaten gedefinieerd als druk-uitlaat-randvoorwaarden en wordt de manometerdruk op nul gezet. Andere grenzen van het rekendomein werden ingesteld als randvoorwaarden voor stationaire muren zonder slippen.

 

De continuïteits- en momentumbehoudsvergelijkingen en de energiebesparingsvergelijking zijn opgelost met behulp van de Ansys Fluent. Navier-Stokes-vergelijkingen voor samendrukbare stromingen, samen met geschikte turbulentiemodellen, werden gebruikt voor het voorspellen van de interne luchtstroom. Stromingssimulatie werd uitgevoerd met behulp van een op 3D-dichtheid gebaseerde oplosser. Bij deze benadering worden de heersende Navier-Stokes-vergelijkingen opeenvolgend opgelost met behulp van iteratieve methoden totdat gedefinieerde waarden aan de convergentie voldoen. Om de koppeling van snelheid en druk aan te pakken, werd het semi-impliciete drukgekoppelde vergelijkingen (SIMPLE) algoritmeschema aangenomen, dat de continuïteits- en momentumvergelijkingen koppelt aan een vergelijking voor druk, vanwege de aanzienlijke nauwkeurigheid en gemakkelijk te bereiken convergentie. Daarnaast werd het standaard k-ε turbulente model gebaseerd op modeltransportvergelijkingen gebruikt. De convectieve termen, in termen van turbulente kinetische energie en turbulente dissipatiesnelheid, werden berekend door de tweede orde tegenwinddiscretisatie, terwijl de diffusietermen werden opgelost door centraal verschil.

 

4 SIMULATIERESULTATEN EN DISCUSSIE

Figuur 4 toont het statische drukverloop op de hartlijn van de middendoorgang. De statische druk nabij de zuigmonduitlaten in straalrichting is aanzienlijk lager dan die van de boorgatbodem. De druk bereikt 20 kpa, wat een duidelijke hefkracht oplevert die het boorgruis efficiënt uit de bodem van het boorgat pompt. Om een ​​effectieve omgekeerde circulatie te vormen, moet de structuur van de zuigmonden speciaal worden ontworpen. Daarom werden veertien computerdomeinen met verschillende zuigmondparameters vastgesteld en onderzocht. De invloed van het luchtmassadebiet, de diameter, de elevatiehoek en de afbuighoek van de zuigmonden op het omgekeerde circulatievermogen van de RC-boor werd bestudeerd. Figuur 5 toont een typische snelheidscontour van de RC-boor. Zoals waargenomen, treden er, wanneer de samengeperste lucht in de centrale doorgang stroomt, verschillende wervelingen op nabij de uitlaat van de zuigmondstukken en de bodem van het boorgat. De wervelingen die worden gevormd in de buurt van de uitlaat van de zuigmondstukken vergroten het gebied van de lagedrukzone. Deze wervelingen resulteren echter ook in een verspilling van kinetische energie van de stralen die uit de zuigmondstukken komen, waardoor het meesleepeffect van de stralen wordt verzwakt. en onvermijdelijk het boorgruis belemmeren dat door de middendoorgang gaat. Terwijl de door de stralen aangedreven wervelingen uit de spoelmondstukken op de bodem van het boorgat stromen, kunnen boorgruis in beweging worden gebracht en helpen deze naar de centrale doorgang te tillen.

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 4

Typische statische drukverdeling op de hartlijn van de middendoorgang van de boor

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 5

Typische snelheidscontour van het stromingsveld in de boor

 

 

4.1 Invloed van het toevoerluchtmassadebiet op het zuigvermogen

Het invoerluchtmassadebiet is de enige parameter die kan worden aangepast bij de vervaardiging van het boorgereedschap. Bovendien verandert, dankzij het feit dat een DTH-luchthamer aan de bovenkant van de RC-boor is gemonteerd, de luchtmassastroom die door de boor gaat in de loop van de tijd. Over het algemeen wordt het luchtmassadebiet gewijzigd vanwege de zuigerbeweging van de DTH-luchthamer. Onderzoek naar het effect van de luchtmassastroom op het zuigvermogen van de boor kan enige leidraad bieden voor het boorproces. Figuur 6 toont het effect van de luchtmassastroomsnelheid op het vermogen tot omgekeerde circulatie. In deze groep simulaties werden enkele structuurparameters van zuigmonden gegeven, waaronder een elevatiehoek van 60°, een diameter van 18 mm van de zuigmonden en een afbuighoek van 15°. Bovendien zijn de zuigmondstukken symmetrisch en in omtreksrichting verdeeld over de centrale doorgangswand, en bedraagt ​​het aantal zuigmonden alle zes. Het massadebiet van aangezogen lucht uit de annulusruimte tussen de boorpijpen en de wand van het boorgat neemt toe met het toenemen van het massadebiet van de inkomende lucht, en bereikt zijn maximum wanneer het massadebiet van de inkomende lucht 1,205 kg/s bedraagt, waarna de aangezogen luchtmassastroom toeneemt. De massa uit de ring gevormd door de boorpijpen en de boorgatwand neemt snel af met de toename van de massastroomsnelheid van de inkomende lucht. Wanneer het massadebiet van de inkomende lucht <1,205 kg/s bedraagt, kan het verhogen van het massadebiet van de inkomende lucht de injectiesnelheid van de luchtstroom uit de zuigmonden verbeteren, waardoor het massadebiet van de aangezogen lucht kan worden verbeterd. Terwijl het dwarsdoorsnedeoppervlak van de centrale doorgang van de boor beperkt is, zou te veel invoerlucht de toenemende weerstand van de luchtstromen veroorzaken, waardoor het zuigvermogen van de boor wordt verzwakt. Zoals waargenomen nam het zuigvermogen (de verhouding tussen het aangezogen luchtmassadebiet en het toevoerluchtmassadebiet) af naarmate het toevoerluchtmassadebiet groter werd. Dit kan worden toegeschreven aan de samendrukbaarheid van lucht, waardoor er meer energie werd verbruikt voor het comprimeren van lucht.

 

 

 

 

 

Figuur 6

Invloed van het ingaande luchtmassadebiet op het omgekeerde circulatievermogen van de boor

 

 

4.2 Invloed van de diameter van de zuigmond op het zuigvermogen

De invoerlucht heeft twee doorgangen om uit de ringvormige ruimte van de dubbelwandige boorpijpen, de zuigmondstukken en de spoelmondstukken, te ontsnappen. Wanneer het inkomende luchtmassadebiet wordt opgegeven, neemt de verhouding tussen het luchtmassadebiet bij zuigmonden en spoelmondstukken toe met de toename van de zuigmonddiameters. Het zuigvermogen van de RC-boor zal toenemen wanneer de straalsnelheid op een bepaald niveau wordt gehouden. Figuur 7 toont het effect van de diameter van het zuigmondstuk op het vermogen tot omgekeerde circulatie. In deze groep simulaties werden enkele structuurparameters van zuigmonden gegeven, waaronder een elevatiehoek van 60°, een afbuighoek van 15° en een inlaatluchtmassastroomsnelheid van 70 m3/min. Wanneer de diameter van de zuigmonden <20 mm is, heeft het vergroten van de diameter van de zuigmonden voordelen bij het vergroten van het zuigvermogen van de boor. Wanneer de diameter groter is dan 20 mm, wordt het zuigvermogen van de boor aanzienlijk verzwakt. Het momentum van luchtstralen die uit de zuigmondstukken komen, heeft een dominant effect op het omgekeerde circulatievermogen van de boor. Wanneer de diameter van de zuigmonden groter is dan 20 mm, heeft de afnemende amplitude van de straalsnelheid de overhand op de toenemende amplitude van de massastroom bij de zuigmonden, waardoor het zuigvermogen van de boor verzwakt.

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 7

Invloed van de zuigmonddiameter op de terugloopcapaciteit van de boor

 

 

4.3 Invloed van de elevatiehoek van het zuigmondstuk op het zuigvermogen

De elevatiehoek van het zuigmondstuk wordt gedefinieerd als de hoek tussen de dwarsdoorsnede van de middendoorgang en de hartlijn van het zuigmondstuk. Figuur 8 geeft aan dat het vergroten van de elevatiehoek het omgekeerde circulatievermogen van de boorbeitel kan verbeteren. De straalstromen uit de zuigmonden zouden elkaar hinderen voor alle zuigmonden die schuin in de wand van de boor staan. Deze botsingen tussen de jets zouden resulteren in het energieverbruik en het axiale momentum van de jetstromen verminderen, waardoor het omgekeerde circulatievermogen van de boor wordt aangetast. De interferentie tussen de straalstromen is intensiever naarmate de elevatiehoek van de zuigmonden kleiner is.

 

 

 

Figuur 8

Invloed van de elevatiehoek van het zuigmondstuk op de omgekeerde circulatiecapaciteit van de boor

 

4.4 Effect van de afbuighoek van het zuigmondstuk op het omgekeerde circulatievermogen

De afbuighoek van de zuigmonden vertegenwoordigt de hoek tussen de projectie van de hartlijn van één zuigmond op de dwarsdoorsnede van de middendoorgang en de normale richting van de middendoorgangswand bij de uitlaat van de zuigmond. Figuur 9 toont de invloed van de afbuighoek van het zuigmondstuk op het zuigvermogen. Met de toename van de afbuighoek van de zuigmonden neemt het zuigvermogen van de boor aanzienlijk toe. Luchtstromen uit zuigmonden met een afbuighoek kunnen in de middendoorgang wervelende stromingen vormen, wat het zuigvermogen van de boor verbetert. Bovendien kunnen de afgebogen jets de onderlinge interferentie onderdrukken. De maximale waarde voor de afbuighoek wordt echter beperkt door de boordiameter en kan niet oneindig worden vergroot.

 

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 9

Invloed van de afbuighoek van het zuigmondstuk op de terugloopcapaciteit van de boor

 

 

 

5 VELDPROEF
 

Om de penetratiesnelheid te verifiëren met behulp van een RC-DTH-luchthamer in de harde rotsformatie, werden de boor met een buitendiameter van 665 mm en de RC-DTH-luchthamer met een buitendiameter van 400 mm (RC-DTH 400) gebruikt. vervaardigd. Uit simulatieresultaten blijkt dat de optimale waarden van de zuigmondparameters voor de RC-boor met een buitendiameter van 665 mm, inclusief zuigmonddiameter, elevatiehoek en afbuighoek, respectievelijk 20 mm, 60° en 20° waren. Niettemin zou de te grote zuigmondparameter de sterkte van de boor verzwakken. Om de levensduur van de boor te garanderen, zijn uiteindelijk zes zuigmonden met een diameter van 18 mm, een elevatiehoek van 45° en een afbuighoek van 10° gekozen. De ontwerpstructuur van de RC-DTH luchthamer en het fotografische beeld van het vervaardigde prototype van het RC-DTH luchthamergereedschap worden getoond in Figuur 10. Wanneer de RC-DTH luchthamer werkt, kan de beweging van de zuiger worden verdeeld in twee fasen: de backhaul-fase en de slagfase, en elke fase kent fasen van luchtinlaat, luchtexpansie, luchtcompressie en luchtuitlaat. De nominale luchtdruk en het nominale luchtvolumedebiet van de RC-DTH400 bedragen respectievelijk 1,8 MPa en 92 m3/min; de nominale botsfrequentie en botssnelheid van de zuiger bedragen respectievelijk 14,35 Hz en 8,01 m/s. Er werden ook andere accessoirecomponenten vervaardigd, waaronder dubbelwandige boorpijpen met een buitendiameter van 140 mm, dubbelwandige kelly en dubbelwandige wartel.

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 10

Ontwerpstructuur en fotografisch beeld van het luchthamergereedschap met omgekeerde circulatie in het gat

 

De veldproeflocatie bevindt zich in Foshan, Guangdong, China. De formatie van de testlocatie bestaat uit losse grond met een dikte van 3,99 m, verweerde kleiachtige siltsteen met een dikte van 17 m, en onverweerde rode kleiachtige siltsteen onder de verweerde kleiachtige siltsteen. De losse grondlaag en de verweerde kleihoudende siltsteenlaag kunnen eenvoudig worden geboord met behulp van de conventionele roterende boormethode. De penetratiesnelheid van het boren in de onverweerde rode kleiachtige siltsteen is echter relatief laag, <2 m/uur kan worden bereikt. En de zinkende slak is moeilijk schoon te maken.

 

Om de RC-DTH-luchthamerboortest uit te voeren, worden de losse grondlaag en de verweerde kleiachtige siltsteenlaag geboord met behulp van conventionele roterende boormethode. Vervolgens werd het RC-DTH-luchthamerboorsysteem gebruikt om de onverweerde rode kleiachtige siltsteenformatie te boren. De lay-out van het veldtestsysteem wordt weergegeven in figuur 11. Eén luchtcompressor gemaakt door Atlas Copco met een maximale luchtvolumestroom van 34 m3/min en een nominale luchtdruk van 30 bar, en een luchtcompressor gemaakt door Ingersoll Rand met een maximaal luchtvolume stroom van 25,5 m3/min en een nominale luchtdruk van 24 bar werden gebruikt om perslucht te leveren. Er werd een smeerapparaat gebruikt om de zuiger te smeren. De roterende boorinstallatie SD20E, gemaakt door Guangxi Liugong Group Co., Ltd., werd gebruikt om de rotatiekracht en WOB in het boorproces te leveren.

 

 

 

 

Figuur 11

Lay-out van het veldtestsysteem

 

 

Er zijn twee proefboringen geboord en de maximale diepte van het boorgat bedraagt ​​50,8 meter. De maximale penetratiesnelheid van 6,0 m/u werd waargenomen tijdens het boorproces, en de gemiddelde penetratiesnelheid is 4,5 m/u in omstandigheden waarbij het luchtvolumedebiet en de luchtdruk onder de nominale waarden liggen. Uit veldtesten is gebleken dat de RC-boor een goede omgekeerde circulatie kan bereiken, ook al waren de parameters van het zuigmondstuk niet optimaal. Bij het spoelproces van het boorgat zijn geen zinkende slakken aangetroffen. Zoals getoond in figuur 12 ontsnapte er weinig lucht en stof uit de ringvormige ruimte van het boorgereedschap en de boorgatwand. Het boorgruis dat naar het oppervlak wordt teruggevoerd, bestaat meestal uit middelgrote tot grote deeltjes. Bovendien wordt er bij het spoelproces van het boorgat geen zinkende slak aangetroffen en kan het boorgruis continu naar de oppervlakte terugkeren. Er kan worden geconcludeerd dat het RC-DTH-luchthamerboorsysteem zich in een goede staat bevond en uitstekende prestaties vertoont bij het boren van boorgaten met grote diameter.

 

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 12

Fotobeelden van de veldproef. A, omgekeerde circulatie gevormd tijdens het boorproces; B, boorstekken; C, boorgatspoelproces; D, monding van de afvoerleiding met gespoten stromen

 

 

6 CONCLUSIES

Om de penetratiesnelheid te verbeteren en milieuvriendelijke booroperaties te verkrijgen, werd de RC-DTH luchthamerbooraanpak voorgesteld om de bovenste harde formaties boven de potentieel producerende reservoirformatie te boren. De RC-boor is het belangrijkste onderdeel van het RC-DTH luchthamerboorsysteem om de omgekeerde circulatie te realiseren. Er is een parametrische studie uitgevoerd op een RC-boor met een diameter van 665 mm. Resultaten tonen aan dat de toename van de elevatiehoek en afbuighoek van het zuigmondstuk het omgekeerde circulatievermogen van de boor kan verbeteren. Het omgekeerde circulatievermogen van de boor bereikt zijn maximum wanneer het inkomende luchtmassadebiet 1,205 kg/s bedraagt, waarna het verslechtert naarmate het inkomende luchtmassadebiet toeneemt. De boor met een buitendiameter van 665 mm en de RC-DTH-luchthamer met een buitendiameter van 400 mm werden vervaardigd en er werd een veldtest uitgevoerd. De resultaten van de veldtesten laten zien dat het omgekeerde circulatievermogen van de ontworpen RC-boor met grote diameter goed is, en dat de maximale penetratiesnelheid in de veldproef 6,0 m/u was, wat de boortijd en -kosten dramatisch zou kunnen verminderen.

 

DANKWOORD
 

Dit werk werd gefinancierd door het State Key Research Development Program van China (Grant Nos. 2016YFC0801402 en 2016YFC0801404), het National Science and Technology Major Project of China (Grant No. 2016ZX05043005), de National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51674050 ). We willen graag anonieme reviewers bedanken voor hun buitengewone adviezen.