כלי עבודה מרכזיים לקידוח בורות: מדריך מקיף לסיווג ויישום של מקדח חרוט רולר וקדח יהלום

01 חריצי חרוט רולר: כלים רב-תכליתיים להתאמה לתצורות

מאז הופעתם בשנת 1909, מקדח חרוט רולר הפכו לסוג המקדח הנפוץ ביותר בקידוח סיבובי. העיצוב המבני הרב-חרוטי הייחודי שלהם מאפשר להם להסתגל לתנאי יצירה שונים, החל מרך ועד קשה במיוחד.

הרכב מבני וטכנולוגיות ליבה

מקדח חרוט רולר מורכב מחמישה רכיבי ליבה:

• גוף המוט: שלוש רגלי חרוט מרותכות יחד, עם הברגות חיבור בחלק העליון.
• קונוסים רולריים: גופי מתכת חרוטיים עם שיניים חרוטות או שיניים מוכנסות על פני השטח.
• מערכת מיסבים: מורכבת מארבע קבוצות של מיסבים: גדולים, בינוניים, קטנים ומיסבי דחף.
• פיות: בדרך כלל 3-4 במספר, בקוטר של 7-14 מ"מ.
• מערכת אחסון ואיטום שמן: טבעות איטום מגומי או מתכת בשילוב עם התקני פיצוי לחץ.

בין אלה, טכנולוגיית איטום מיסבים מייצגת פריצת דרך טכנולוגית מרכזית עבור ביטים בעלי חרוט רולר. ביטים מודרניים מאמצים מערכת פיצוי לחץ אחסון שמן, אשר שומרת על איזון דינמי בין לחץ השמן בחלל המיסב לבין לחץ עמודת נוזל הקידוח במורד הקידוח באמצעות רכיבים כגון חורי העברת לחץ, דיאפרגמות פיצוי לחץ וכוסות שמן.

מערכת סיווג וקידוד IADC

האיגוד הבינלאומי של קבלני קידוח (IADC) פיתח תקן סיווג עולמי מאוחד עבור ביטים בעלי חרוט רולר, באמצעות מערכת קידוד בת שלוש ספרות:

ספרה ראשונה: סוג השן ותצורתה הרלוונטית

1: שיניים חרוטות, תצורות רכות

2: שיניים חרוטות, תצורות קשות בינוניות עד בינוניות

3: שיניים חרוטות, תצורות קשות ושוחקות

5: שיניים מוכנסות, תצורות רכות עד בינוניות

6: שיניים מוחדרות, תצורות בינוניות-קשיות

7: שיניים להכניס, תצורות קשות ושוחקות

8: שיניים להכנסה, תצורות קשות במיוחד ושוחקות מאוד

ספרה שנייה: חלוקה לדרגת קשיות התצורה (דרגה 1-4; מספרים גבוהים יותר מצביעים על תצורות קשות יותר)

ספרה שלישית: מאפייני מבנה הביט

4: מיסבי גלילה אטומים

6: מיסבים אטומים

7: מיסבים אטומים + הגנה על מד הכנס

8: ביטים מסיטים לקידוח כיווני

מערכת סיווג פשוטה של ​​IADC עבור ביטים עם חרוט רולר

מנגנון שבירת סלעים ומאפייני תנועה

במהלך הפעולה, חרוט רולר מציג שלושה סוגים של תנועה מורכבת:

• סיבוב: הקונוסים מסתובבים עם כיוון השעון יחד עם כל המוט.
• סיבוב: השיניים מסתובבות נגד כיוון השעון סביב ציר החרוט.
• הזזה: כולל הזזה רדיאלית ומשיקית.

תנועה מורכבת זו משיגה אפקט כפול של שבירת סלעים:

1.אפקט ריסוק כתוצאה פגיעה: מגע מתחלף של שיניים בודדות וכפולות עם החור התחתון יוצר רעידות אורכיות, ויוצרות עומסי פגיעה.

2.אפקט גזירה הזזה: גזירת סלעים מושגת באמצעות תכנון של מבנים בעלי סף תלייה, חרוט כפול ומבנים אופסטים.

אסטרטגיית בחירה והתאמת מערך 

עקרונות בסיסיים לבחירת חריצי קונוס רולר על סמך תכונות הסלע:

• תצורות רכות: בחרו מקדחים בעלי מבנים אופסט, תלייה וחרוט כפול, המצוידים בשיניים גבוהות, רחבות ודלילות מחורצות או מכניסות.
• תצורות בינוניות-קשות: הפחיתו את ערכי ההיסט, הסחף והחרוט הכפול; השתמשו בשיניים קצרות, צרות וצפופות.
• תצורות קשות ושוחקות: אימוץ גלילים בעלי חרוט יחיד ללא תלייה או היסט, מצוידים בשיניים כדוריות או שיניים כדוריות חרוטיות.
• תצורות נוטות לעיוות: בחרו מקצבים קצרי שיניים ללא היסט או היסט קטן, וללא שיניים מגדירות.
• תצורות רכות וקשות משולבות: בחר סוגי קידוח בהתבסס על הסלע הקשה יותר, והתאם באופן דינמי פרמטרים במהלך הקידוח.

תגובה לתנאי עבודה מיוחדים

• קידוח קטן (<177 מ"מ): השתמשו בקידוח חרוט בעל גליל יחיד, בעל חרוטים, שיניים ומיסבים גדולים יותר לחוזק גבוה יותר.
• קידוח כיווני: בחרו מקדחים מיוחדים להסטה כאשר הספרה השלישית בקוד IADC היא 8. 

02 מקדחי יהלום: כלים רבי עוצמה לתצורות קשות 

בתור החומר הקשה ביותר בטבע, ליהלום קשיות מוס דרגה 10, חוזק דחיסה של עד 8800 מגה פסקל ועמידות בפני שחיקה פי 9000 מזו של פלדה. ניצול תכונה זו, מקדחי יהלום הפכו לכלי האולטימטיבי להתמודדות עם תצורות קשות.

מערכת סיווג ואבולוציה טכנולוגית

משטחי יהלום מודרניים מחולקים בעיקר לשלושה סוגים:

1.מקדחי יהלום משובצים על פני השטח

• חלקיקי יהלום חשופים על פני המטריצה.
• מתאים לתצורות בינוניות-קשות עד קשות.
• סיווג גודל חלקיקי היהלום:
• תצורות רכות: 2 גריין לקראט (gpc) (גודל חלקיקים כ-4 מ"מ)
• תצורות בינוניות-קשות: 3-4 gpc (גודל חלקיקים כ-3.6 מ"מ)
• תצורות קשות: 10-15 gpc (גודל חלקיקים כ-2.0 מ"מ)

2.ביטים יהלום ספוגים

• יהלומים ספוגים בתוך המטריצה ​​(60-400 gpc).
• מתאים לתצורות קשות ושוחקות (למשל, צור, דולומיט סיליקון).
• השחזה עצמית של היהלום מושגת באמצעות שחיקה של המטריצה.

3.ביטים PDC (ביטים קומפקטיים יהלום פוליקריסטליים)

• הוצג לראשונה על ידי ג'נרל אלקטריק (GE) מארצות הברית בשנת 1973.
• מבנה קומפקטי: שכבת יהלום + מצע קרביד צמנטי.
• מתאים לתצורות הומוגניות רכות עד בינוניות-קשות.

תכנון מבני ופרמטרים מרכזיים

משטחי יהלום מאמצים עיצוב אינטגרלי ללא חלקים נעים, בעיקר כולל:

• גוף פלדה: עשוי מפלדת פחמן בינונית, עם הברגות חיבור בחלק העליון.
• מטריצה: אבקת טונגסטן קרביד + מתכת מליטה מבוססת נחושת, עם דרגת קשיות של HRC 30-45.
• אלמנטים חיתוך: יהלומים טבעיים/סינתטיים או חיתוך קומפקטי PDC.
• מבנה הידראולי: נתיבי מים ותעלות זרימה (רדיאליות, ספירליות וכו').

פרמטרים מרכזיים לעיצוב

• ריכוז היהלום: מותאם בהתאם לשחיקה של התצורה; ריכוז גבוה יותר לתצורות שוחקות יותר.
• גובה בליטה:
• תצורות רכות: 1/3 מגודל החלקיקים
• תצורות קשות: 1/6-1/10 מגודל החלקיקים
• צורת שפתיים:
• שטוח תחתית: לתצורות הומוגניות
• מעוקל: לתצורות קשות
• משונן: לתצורות שוחקות

מנגנון שבירת סלעים ותגובת התצורה

שיטת שבירת הסלעים של יהלום משתנה בהתאם למאפייני התצורה:

תצורות פלסטיות (למשל, אבן בוץ, גבס): בדומה לתהליך "חרישה"; יהלומים חודרים לתצורה וגורמים לזרימה פלסטית של סלע.

תצורות שבירות (למשל, אבן חול קוורץ): נוצרים בורות ריסוק נפחיים, עם גודל חיתוך פי 2-4 מבליטת היהלומים, וכתוצאה מכך יעילות גבוהה.

סלעים קשים (למשל, צור, סלע צורן): משתמשים בחלקים ספוגים, ושבירת הסלעים מושגת באמצעות חיתוך מיקרו וגירוד, בדומה לשחיקה של גלגלי השחזה.

יתרונות טכניים ומגבלות של סיביות PDC

כמוצר מהפכני במשפחת מקדחי היהלום, למקדחי PDC יתרונות ייחודיים:

מאפיינים מבניים

ביטים PDC בעלי גוף פלדה: פלדת פחמן בינונית אינטגרלית עם טיפול הקשחת פני השטח.

ביטים PDC של גוף המטריצה: גוף פלדה עליון + מטריצת טונגסטן קרביד תחתונה, המציעים ביצועים טובים יותר.

עיצוב פרופיל

פרבוליות: עבור תצורות רכות, מאפשרות עומק וקצב קידוח גבוהים.

עגול: לקידוח שולחן סיבובי, מקל על חדירה של שכבות ביניים קשות.

חרוטי: לקידוח במהירות גבוהה, עם ביצועי חדירה טובים.

מגבלות היישום

לא מתאים לתצורות חצץ ולתצורות רכות-קשות משולבות.

מגבלת עמידות לטמפרטורות (הבלאי מתעצם מעל 350 ℃; כשל חוזק מתרחש ב-700 ℃).

עמידות נמוכה בפני פגיעות; סביר להניח שהקצוות של משטחים חדשים יתקלקלו.

טבלת השוואה של תצורות רלוונטיות עבור חותכי יהלום

03 מדריך לבחירה מדעית: התאמת תצורות ודרישות תפעוליות

כללים זהובים לבחירת ביט קונוס רולר

התאמת קשיות התצורה

תצורות רכות: בחרו מקדחים בעלי היסט גבוה, תלייה ומבנה חרוט כפול, המצוידים בשיניים בצורת טריז או כף.

תצורות קשות: אימוץ מבנים בעלי חרוט יחיד, ללא אופסט, המצוידים בשיניים כדוריות או שיניים כדוריות חרוטיות.

תגובה לשחיקה

עבור תצורות שוחקות, השתמשו בביטים להכנסה עם שיניים מגדירות.

אם השיניים בשורה החיצונית מעוגלות בעוד שהשיניים האמצעיות מראות מעט שחיקה, יש לתכנן את המקדח הבא עם הגנה משופרת על מדידה.

אמצעי נגד לתנאי עבודה מיוחדים

תצורות נוטות לעיוות: בחרו מקדחים קצרי שיניים ללא היסט או היסט קטן; יכולת ההסתגלות של התצורה צריכה להיות מעט רכה יותר מהתצורה בפועל.

תצורות רכות-קשות משולבות: בחירת מקדחות בהתבסס על הסלע הקשה יותר, והתאמת פרמטרים באופן דינמי במהלך הקידוח.

קידוח באר עמוקה: השתמשו במקדחים בעלי אורך כולל גבוה כדי לפצות על אובדן זמן קידוח.

אסטרטגיית בחירה עבור מקדחי יהלום

תנאים רלוונטיים עבור סיביות PDC

תרחישים אופטימליים: תצורות הומוגניות ארוכות, רכות עד בינוניות-קשות (למשל, פצלי אבן, אבן בוץ, גבס).

תרחישים אסורים: תצורות חצץ, שכבות צור, שכבות רכות-קשות.

הגדרת פרמטרים: WOB נמוך (30-60 kN), סל"ד גבוה (100-300 סל"ד), קצב זרימה גדול.

תנאים רלוונטיים עבור מקדחי יהלום טבעי/סינתטי

תצורות קשות עד קשות ביותר (למשל, גרניט, אבן חול קוורץ).

תצורות שוחקות מאוד (למשל, צור, דולומיט סיליקון).

קידוח טורבינות, בארות עמוקות/עמוקות במיוחד ופעולות ליבה.

דרישות מיוחדות עבור ביטים ליבה

ביטים בעלי חרוט רולר: עיצוב חרוט בעל ארבעה רולים (חרוטי/גלילי) או חרוט בעל שישה רולים (גלילי מלא).

חריצי ליבה יהלום: דורשים קצוות חיתוך המפוזרים באופן סימטרי עם עמידות עקבית בפני שחיקה.

אינדיקטור מפתח: קונצנטריות בין החור הפנימי לעיגול החיצוני כדי למנוע אובליזציה של הליבה.

שיפוט וטיפול באנומליות בקידוח

זיהוי מצב עבודה של ביט קונוס רולר

נזק למיסב: טלטלות תקופתיות של השולחן הסיבובי, החמרה תחת WOB גבוה, קצב קידוח מופחת אך לחץ משאבה תקין.

אובדן חרוט: הידבקות חמורה בקידוח, תנודות אלימות במחוון המשקל, שינוי בעומק הנסיעה בעת משיכת מיתר הקידוח.

שחיקה של השיניים: עומס מופחת על שולחן הסיבוב, ללא טלטלות, ירידה משמעותית בקצב הקידוח.

איסורים על שימוש בביטי יהלום

יש לנקות את החור התחתון לפני הנחת המקדח בקיר כדי לוודא שלא יישארו פסולת מתכתית.

התחילו לקדוח עם WOB קטן וסל"ד נמוך לצורך "פריצה" (התניה של 0.5 מטר בקידוח תחתון).

הימנעו מפעולות חיתוך; במידת הצורך, השתמשו ב-WOB נמוך ובסל"ד נמוך לפעולה אחידה.

איש קשר:ג'סי ג'ואו
נייד/וואטסאפ:+0086-18109206861
אינטרנט:www.landrilltools.com