掘削泥水と呼ばれることが多い掘削液は、掘削プロセスにおいて重要な役割を果たします。ドリルパイプのサプライヤーとして、お客様に高品質の製品とソリューションを提供するには、ドリルパイプ内の掘削液の流入と流出の特性を理解することが不可欠です。このブログでは、これらの特徴について詳しく説明します。
ドリルパイプ内における掘削液の流入特性
1. 流量と圧力
ドリルパイプへの掘削液の流入は、主に地表のポンプによって制御されます。ポンプは一定の流量と圧力を生成して、流体をドリルパイプに押し込みます。流量は通常、1 分あたりのバレル (bbl/min) または 1 時間あたりの立方メートル (m3/h) で測定されます。より深い井戸の場合、またはより大きな切りくずを扱う場合には、より高い流量が必要です。
ポンプ出口の圧力は、ドリルパイプ内の摩擦抵抗と坑井内の流体柱の静水圧を克服するのに十分な圧力でなければなりません。摩擦抵抗は、ドリルパイプの直径、ドリルストリングの長さ、掘削液の粘度などの要因によって影響されます。たとえば、ドリルパイプの直径が小さいほど摩擦抵抗が大きくなり、必要な流量を維持するにはより高いポンプ圧力が必要になります。
2. 粘度とレオロジー
掘削液の粘度は、その流入特性の重要な要素です。粘度は、流体の流れに対する抵抗を指します。高粘度の掘削液はより効果的に切粉を運ぶことができますが、ポンピングにより多くのエネルギーが必要になる場合があります。一方、低粘度の流体は摩擦抵抗が低くなりますが、切粉を浮遊させるのにそれほど効率的ではない可能性があります。
さまざまな条件下での流体の流れの挙動を説明するレオロジーも重要です。掘削流体は、ビンガム塑性やべき乗則挙動などの非ニュートン挙動を示すことがよくあります。流体のレオロジー特性を理解することは、流体の流入挙動を予測し、ポンプの性能を最適化するのに役立ちます。
3. 流入分布
マルチドリルパイプシステムでは、掘削流体の流入がすべてのパイプに均等に分配されない場合があります。ドリルストリング内のパイプの位置、制限や閉塞の存在、流体の特性などの要因が流入分布に影響を与える可能性があります。たとえば、ドリルパイプに部分的な詰まりがある場合、流体は詰まりのないパイプを優先して流れるため、流入が不均一になります。
ドリルパイプ内の掘削液の流出特性
1. 切り粉の輸送
掘削液の流出の主な機能の 1 つは、掘削物を坑井の底から地表まで輸送することです。切粉を運ぶ液体の能力は、その速度、粘度、密度によって決まります。流体の速度が高くなると、切粉を持ち上げるためのより多くの運動エネルギーが提供され、粘度が高くなると、切粉が流体中に浮遊するのに役立ちます。
切りくずの形状とサイズも流出特性に影響します。大きくて不規則な形状の切りくずは、小さくて球形の切りくずに比べて輸送が難しくなります。ドリルパイプの内径と、ドリルパイプと坑井壁の間の環状空間も、切粉の輸送効率に影響します。
2. 圧力損失
掘削流体がドリルパイプから環状空間を通って流出すると、圧力降下が発生します。この圧力降下は、流体とドリルパイプの壁および坑井の壁の間の摩擦抵抗によって引き起こされます。圧力損失は、Darcy-Weisbach 方程式などのさまざまな流体流れモデルを使用して計算できます。
大幅な圧力降下は、坑井の安定性と全体的な掘削性能に影響を与える可能性があります。圧力降下が高すぎると、坑井が崩壊したり、循環が失われたりする可能性があります。したがって、流出圧力を制御し、それが安全な範囲内に留まるようにすることが重要です。
3. 液体の戻りと分離
掘削液が地表に到達したら、掘削液やその他の汚染物質から分離する必要があります。流体戻り率は、掘削プロセスの効率を示す重要なパラメータです。液体の戻り率が低い場合は、ドリルパイプや坑井内の循環の喪失や詰まりなどの問題を示している可能性があります。
掘削液からの切粉の分離は、通常、一連の頁岩シェーカー、液体サイクロン、遠心分離機を使用して行われます。分離された流体の品質は、掘削プロセスで再利用するために非常に重要です。流体が適切に分離されていないと、掘削装置の損傷や掘削性能に影響を与える可能性があります。
ドリルパイプの種類が流入および流出特性に及ぼす影響
1. マトリックスドリルパイプ
マトリックスドリルパイプ高い強度と耐久性を実現するように設計されています。滑らかな内面により摩擦抵抗が軽減され、掘削液の流入、流出の両方に有利です。摩擦抵抗の低減により流体の流れがより効率的になり、必要なポンプ圧力が低減され、切粉の輸送効率が向上します。
2.Dthドリルパイプ
Dthドリルパイプダウンザホールドリル用途で一般的に使用されます。独自の設計により、掘削液をドリルビットに効率的に供給できます。流体の流入は、DTH ハンマーに必要なパワーを提供するように最適化されており、一方、流出は坑井から切削屑を効果的に除去するように設計されています。
3. 溶接ドリルパイプ
溶接ドリルパイプ長いドリルストリングが必要な状況でよく使用されます。溶接プロセスはドリルパイプの内面に影響を与え、摩擦抵抗を増加させる可能性があります。ただし、適切な溶接技術と表面処理を行うことで、この影響を最小限に抑え、掘削液の流れをスムーズにすることができます。
4. 方向性ドリルパイプ
方向性ドリルパイプ斜めに井戸を掘削するために設計されています。方向性ドリルパイプ内の掘削流体の流入および流出特性は、垂直ドリルパイプに比べてより複雑です。流体はドリルパイプの湾曲した部分を通って流れる必要があるため、摩擦抵抗が増加し、切粉の輸送に影響を与える可能性があります。特別な設計機能が方向性ドリルパイプに組み込まれており、流体の流れを最適化します。
5. 逆循環ドリルパイプ
逆循環ドリルパイプ従来のドリルパイプとは異なる原理で動作します。逆循環では、掘削液は環状空間を下に流れ、切粉を伴ってドリルパイプを通って上に戻ります。この設計は、特に大口径の井戸において、挿し木をより効率的に輸送する方法を提供します。
ドリルパイプサプライヤーにとって流入と流出の特性を理解することの重要性
ドリルパイプのサプライヤーとして、当社はドリルパイプ内の掘削液の流入および流出特性を深く理解することで、お客様の特定のニーズを満たす製品を設計および製造することができます。ドリルパイプの内径、肉厚、表面仕上げを最適化することで、摩擦抵抗を低減し、流動効率を向上させます。
また、当社はお客様に技術サポートを提供し、掘削作業に適したタイプのドリルパイプの選択を支援します。流体の流れの特性を理解することで、循環の喪失、切粉の輸送不良、ポンプ圧力の高さなどの問題のトラブルシューティングを支援できます。
ご購入・ご相談のお問い合わせ先
当社のドリルパイプにご興味があり、特定の要件についてご相談になりたい場合は、お気軽にお問い合わせください。当社の専門家チームは詳細な情報を提供し、掘削プロジェクトに適切な選択ができるようお手伝いいたします。
参考文献
- ブルゴイン、AT、シェネバート、メイン、ミルハイム、KK、ヤング、FS (1986)。応用掘削工学。石油技術協会。
- ダーリー、HCH、グレイ、GR (1988)。掘削液および完成液の組成と特性。ガルフ出版社。
- API 推奨プラクティス 13B - 1. (2010)。油ベースの掘削液の現場試験の標準的な方法。アメリカ石油協会。
