Verbesserte Werkzeuge erfüllen die Herausforderungen bei der Bohrlochherstellung im wachsenden Fracking-Markt - Werkzeuge verbessern die Penetrationsrate beim Tieflochbohren von Fracking-Komponenten mit großem Durchmesser
Oktober 02, 2018
Chris & Paul Best
Allied Machine & Engineering
Hydraulisches Fracking gibt es seit den späten 1800er Jahren und ist auch heute noch ein großes Thema im US-Energiesektor. Beim Fracking werden Gas und Öl aus Schiefergestein gewonnen, indem in die Erde gebohrt und ein Gemisch aus Wasser, Sand und Chemikalien mit hohem Druck in das Gestein injiziert wird. Durch diese Fördertechnik entstehen Risse in den tiefen Gesteinsschichten, durch die Erdgas und Erdöl frei zum Bohrlochkopf fließen können.
Eine Komponente, die beim Fracking verwendet wird, ist der Fluid-Endblock, der die Lösung reguliert, während sie aggressiv in das Bohrloch gepumpt wird. Die Fluid-Endblock-Industrie hat in der Vergangenheit Höhen und Tiefen erlebt, die den allgemeinen Zustand des weltweiten Öl- und Gasmarktes widerspiegeln. Nachdem sie in den letzten Jahren einen Rückgang erlebte, erlebt die Branche nun ein Comeback. Die Nachfrage nach Fluid-Endblöcken ist aufgrund der Stabilisierung der Rohölpreise deutlich gestiegen.
Hersteller arbeiten an der Lieferung von Fracking-Komponenten
Fluid-Endblöcke werden aus massiven Stahl- oder Edelstahlblöcken hergestellt und sind in der Regel etwa einen Meter hoch, einen Meter breit und zwei Meter dick. Sie sind Verschleißteile, die normalerweise nicht länger als ein paar Tage halten. Die meisten modernen Pumpen sind so konstruiert, dass diese Komponenten schnell ausgetauscht werden können, um Ausfallzeiten zu reduzieren.
Flüssigkeitsendblöcke, auch Frack-Blöcke genannt, erfordern einen enormen Bearbeitungsaufwand - Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden - um ihnen die komplexen Konturen, die zahlreichen Kanäle und die Oberflächenbeschaffenheit zu verleihen, die zum Pumpen der Lösung bei extremen Drücken erforderlich sind. Typischerweise werden 3 bis 5 Löcher durch den Block gebohrt und dann 3 bis 5 zusätzliche Querlöcher gebohrt, um diese zu kreuzen. Jedes Loch hat in der Regel einen Durchmesser von etwa 3 bis 4 Zoll, obwohl einige bis zu 8 Zoll groß sein können. Um aggressive Produktionsziele zu erreichen, ist es für die Hersteller extrem wichtig, dass ihre Bohrwerkzeuge das schnelle Bohren dieser Löcher mit großem Durchmesser (bis zu 8 Zoll) ermöglichen.
Unterbrochene Schnitte und Materialschwankungen stellen eine große Herausforderung für die Bearbeitung während des Bohrvorgangs dar und führen zu ernsthaften Problemen mit der Spanbildung und der Werkzeugstandzeit, was wiederum zu Gewinneinbußen führt.
Unterbrochene Schnitte sind bei der Herstellung von Fluid-Endblöcken unvermeidlich, da die Querbohrungen senkrecht zu den vorhandenen Bohrungen gebohrt werden. Aufgrund der sich daraus ergebenden Form der sich kreuzenden Löcher werden die Außenkanten des Bohrers weiterhin in den Schnitt eingreifen, während die Innenkante dies nicht tut. Dies kann den Bohrer destabilisieren, was zur Zerstörung des Werkzeugs und zur Beschädigung der Integrität des Fracking-Blocks führen kann. In einigen Fällen können die Bohrer verwendet werden, um die Fracking-Blöcke zu reparieren, indem sie nachbearbeitet werden, aber dies kann die Produktionszeit verlangsamen.
Materialabweichungen können ebenfalls ein großes Problem darstellen. Da Fracking-Blöcke ein Verbrauchsartikel sind, versuchen die Betreiber, sie so kostengünstig wie möglich einzukaufen. Um die Kosten niedrig zu halten, neigen die Hersteller von Fracking-Blöcken dazu, Material zu verwenden, das nicht wärmebehandelt wurde, was zu erheblichen Abweichungen führt, die die Qualität der Bohrungen während der Bearbeitung beeinträchtigen. Ein Block kann mit einem bestimmten Bohrer gut funktionieren, während der nächste so hart sein kann, dass er nicht mit demselben Vorschub und derselben Geschwindigkeit gebohrt werden kann, während ein anderer so weich sein kann, dass eine ideale Spanbildung unmöglich ist. Diese Variation in der Spanbildung ist vielleicht die größte Herausforderung für die Hersteller von Fluid-End-Blöcken.
Hersteller versuchen, auf Markttrends zu reagieren
Da die Hersteller von Fracking-Ausrüstungen mit einem Wiederaufleben der Nachfrage rechnen, experimentieren sie mit exotischen Materialien, um eine bessere Abnutzung von Verschleißteilen wie Fluid-Endblöcken zu erreichen. Während Frack-Blöcke in der Vergangenheit vielleicht nur ein paar Tage gehalten haben, versuchen die Hersteller, ihre Lebensdauer auf eine Woche oder mehr zu verlängern, indem sie die Materialzusammensetzung auf rostfreie Stähle und andere verschleißfestere Stähle ändern.
Neue Werkzeuge sind gefragt
Die Werkzeuge, die zum Bohren der tiefen Löcher mit großem Durchmesser benötigt werden, die in den Frack-Blöcken zu finden sind, haben sich als Reaktion auf diese Markttrends verändert. So hat Allied Machine & Engineering, das seit über einem Jahrzehnt Werkzeuge für die Bearbeitung von Fluid-Endblöcken liefert, ein Werkzeug der nächsten Generation entwickelt, das eine um 20 Prozent verbesserte Eindringtiefe beim Bohren in ein modifiziertes Material aus legiertem Stahl AISI 4340 im Vergleich zum Produkt eines Wettbewerbers bietet. Die verbesserten Eindringraten wurden erreicht, während die Maschine, auf der die Blöcke bearbeitet werden, weniger Energie verbraucht.
Die neuesten Werkzeuge sind fast 30 Prozent schneller als ihre Vorgänger, was zu erheblichen Einsparungen für Hersteller in dieser Branche führen kann. Ein Kunde schätzt, dass 1 Zoll pro Minute schnelleres Bohren 17 Minuten pro Block an eingesparter Bohrzeit ergibt. Bei 5 bis 6 Blöcken, die pro Tag auf jeder der 4 Maschinen hergestellt werden, summiert sich die Zeitersparnis schnell und reduziert die Gesamtkosten. Das Unternehmen schätzt die Zeitersparnis auf 20.000 bis 25.000 $, ebenso wie die bessere Qualität der Bohrungen und die geringeren Ausfallzeiten durch die bessere Spanbildung.
Die Hersteller dieser Komponenten fordern verbesserte Werkzeuglösungen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Hier stellen sich die Hersteller von Industriewerkzeugen der Herausforderung und reagieren mit Innovation und Design auf die steigenden Anforderungen der Hersteller, Kosten und Zeit in ihren Prozessen zu reduzieren. Diese Werkzeuge der nächsten Generation werden so entwickelt, dass sie mit Materialunregelmäßigkeiten, unterbrochenen Schnitten und Maschinenbeschränkungen umgehen können und gleichzeitig die Durchdringungsrate erhöhen.