Βασικά εργαλεία γεώτρησης: Ένας ολοκληρωμένος οδηγός για την ταξινόμηση και την εφαρμογή των κωνικών κομματιών κυλίνδρων και των κομματιών διαμαντιών

01 Κωνικά Τρυπάνια με Ράουλα: Ευέλικτα Εργαλεία για Προσαρμογή σε Σχηματισμούς

Από την εμφάνισή τους το 1909, τα κυλινδρικά κωνικά τρυπάνια έχουν γίνει ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος τρυπανιού στην περιστροφική διάτρηση. Ο μοναδικός πολυκωνικός δομικός σχεδιασμός τους τους επιτρέπει να προσαρμόζονται σε διάφορες συνθήκες σχηματισμού, από μαλακές έως εξαιρετικά σκληρές.

Δομική Σύνθεση και Βασικές Τεχνολογίες

Ένα κωνικό τρυπάνι με κυλινδρικό κώνο αποτελείται από πέντε βασικά εξαρτήματα:

• Σώμα μπιτ: Τρία κωνικά πόδια συγκολλημένα μεταξύ τους, με σπειρώματα σύνδεσης στο πάνω μέρος.
• Κώνοι κυλίνδρων: Κωνικά μεταλλικά σώματα με φρεζαρισμένα δόντια ή ένθετα δόντια στην επιφάνεια.
• Σύστημα ρουλεμάν: Αποτελείται από τέσσερα σετ ρουλεμάν: μεγάλα, μεσαία, μικρά και ωστικά ρουλεμάν.
• Ακροφύσια: Συνήθως 3-4 στον αριθμό, με διάμετρο 7-14 mm.
• Σύστημα αποθήκευσης και στεγανοποίησης λαδιού: Ελαστικοί ή μεταλλικοί δακτύλιοι στεγανοποίησης σε συνδυασμό με συσκευές αντιστάθμισης πίεσης.

Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία στεγανοποίησης ρουλεμάν αποτελεί μια βασική τεχνολογική πρόοδο για τα κωνικά τρυπάνια με κυλίνδρους. Τα σύγχρονα τρυπάνια υιοθετούν ένα σύστημα αντιστάθμισης πίεσης αποθήκευσης λαδιού, το οποίο διατηρεί δυναμική ισορροπία μεταξύ της πίεσης λαδιού στην κοιλότητα του ρουλεμάν και της πίεσης της στήλης υγρού γεώτρησης στο κάτω μέρος της γεώτρησης μέσω εξαρτημάτων όπως οπές μετάδοσης πίεσης, διαφράγματα αντιστάθμισης πίεσης και δοχεία λαδιού.

Σύστημα Ταξινόμησης και Κωδικοποίηση IADC

Η Διεθνής Ένωση Εργολάβων Γεωτρήσεων (IADC) έχει αναπτύξει ένα παγκοσμίως ενοποιημένο πρότυπο ταξινόμησης για τα κωνικά τρυπάνια με κυλίνδρους, χρησιμοποιώντας ένα τριψήφιο σύστημα κωδικοποίησης:

Πρώτο ψηφίο: Τύπος δοντιού και εφαρμοστέος σχηματισμός

1: Φρεζαρισμένα δόντια, μαλακοί σχηματισμοί

2: Φρεζαρισμένα δόντια, μεσαίου έως μέτριου βαθμού σκληρότητας σχηματισμοί

3: Φρεζαρισμένα δόντια, σκληροί και λειαντικοί σχηματισμοί

5: Ενθέματα δοντιών, μαλακοί έως μέτριοι σχηματισμοί

6: Δόντια εισαγωγής, ημίσκληροι σχηματισμοί

7: Ενθέματα δοντιών, σκληροί και λειαντικοί σχηματισμοί

8: Δόντια εισαγωγής, εξαιρετικά σκληροί και ιδιαίτερα λειαντικοί σχηματισμοί

Δεύτερο ψηφίο: Υποδιαίρεση σκληρότητας σχηματισμού (Βαθμός 1-4· οι υψηλότεροι αριθμοί υποδεικνύουν σκληρότερους σχηματισμούς)

Τρίτο Ψηφίο: Δομικά χαρακτηριστικά Bit

4: Σφραγισμένα ρουλεμάν κυλίνδρων

6: Σφραγισμένα συρόμενα ρουλεμάν

7: Σφραγισμένα ρουλεμάν ολίσθησης + προστασία μετρητή ενθέτων

8: Εκτρεπόμενα κομμάτια για κατευθυνόμενη διάτρηση

Απλοποιημένο σύστημα ταξινόμησης IADC για κωνικά κομμάτια κυλίνδρων

Μηχανισμός θραύσης βράχου και χαρακτηριστικά κίνησης

Κατά τη λειτουργία, ένα κωνικό τρυπάνι με κύλινδρο παρουσιάζει τρεις τύπους σύνθετης κίνησης:

• Περιστροφή: Οι κώνοι περιστρέφονται δεξιόστροφα με ολόκληρο το τρυπάνι.
• Περιστροφή: Τα δόντια περιστρέφονται αριστερόστροφα γύρω από τον άξονα του κώνου.
• Ολίσθηση: Συμπεριλαμβανομένης της ακτινικής και της εφαπτομενικής ολίσθησης.

Αυτή η σύνθετη κίνηση επιτυγχάνει ένα διπλό φαινόμενο θραύσης βράχων:

1.Επίδραση σύνθλιψης λόγω κρούσης: Η εναλλασσόμενη επαφή των μονών και διπλών δοντιών με την κάτω οπή δημιουργεί διαμήκεις κραδασμούς, δημιουργώντας φορτία κρούσης.

2.Φαινόμενο Ολίσθησης Διάτμησης: Η διάτμηση βράχου επιτυγχάνεται μέσω του σχεδιασμού κατασκευών προεξοχής, διπλού κώνου και μετατόπισης.

Στρατηγική Επιλογής και Αντιστοίχιση Σχηματισμού 

Βασικές αρχές για την επιλογή κωνικών κομματιών με κυλίνδρους με βάση τις ιδιότητες του βράχου:

• Μαλακοί σχηματισμοί: Επιλέξτε τρυπάνια με μετατοπισμένες, προεξοχές και διπλόκωνες δομές, εξοπλισμένες με ψηλά, φαρδιά και αραιά φρεζαρισμένα ή ένθετα δόντια.
• Σχηματισμοί μεσαίας σκληρότητας: Μειώστε τις τιμές της μετατόπισης, της προεξοχής και του διπλού κώνου. Χρησιμοποιήστε κοντά, στενά και πυκνά δόντια.
• Σκληροί και λειαντικοί σχηματισμοί: Υιοθετήστε κυλίνδρους μονού κώνου χωρίς προεξοχή ή μετατόπιση, εξοπλισμένους με σφαιρικά δόντια ή κωνικά σφαιρικά δόντια.
• Σχηματισμοί επιρρεπείς σε παραμόρφωση: Επιλέξτε τρυπάνια με κοντά δόντια χωρίς ή μικρή μετατόπιση και χωρίς δόντια μετρητή.
• Ενδιάμεσοι μαλακοί και σκληροί σχηματισμοί: Επιλέξτε τύπους τρυπανιών με βάση το σκληρότερο πέτρωμα και προσαρμόστε δυναμικά τις παραμέτρους κατά τη διάρκεια της διάτρησης.

Ανταπόκριση σε Ειδικές Συνθήκες Εργασίας

• Μικρές γεωτρήσεις (<177 mm): Χρησιμοποιήστε κωνικά τρυπάνια μονού κυλίνδρου, τα οποία έχουν μεγαλύτερους κώνους, δόντια και ρουλεμάν για μεγαλύτερη αντοχή.
• Κατευθυνόμενη διάτρηση: Επιλέξτε ειδικά εκτρεπόμενα τρυπάνια με το τρίτο ψηφίο του κωδικού IADC να είναι 8. 

02 Διαμαντότρυπες: Ισχυρά εργαλεία για σκληρούς σχηματισμούς 

Ως το πιο σκληρό υλικό στη φύση, το διαμάντι έχει σκληρότητα Mohs βαθμού 10, αντοχή σε θλίψη έως 8800 MPa και αντοχή στη φθορά 9000 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα. Αξιοποιώντας αυτήν την ιδιότητα, τα διαμαντένια τρυπάνια έχουν γίνει το απόλυτο εργαλείο για την αντιμετώπιση σκληρών σχηματισμών.

Σύστημα Ταξινόμησης και Τεχνολογική Εξέλιξη

Τα σύγχρονα διαμαντένια κομμάτια χωρίζονται κυρίως σε τρεις τύπους:

1.Διαμαντένια κομμάτια επιφανειακής ρύθμισης

• Τα σωματίδια διαμαντιού εκτίθενται στην επιφάνεια της μήτρας.
• Κατάλληλο για μεσόσκληρους έως σκληρούς σχηματισμούς.
• Ταξινόμηση μεγέθους σωματιδίων διαμαντιού:
• Μαλακοί σχηματισμοί: 2 κόκκοι ανά καράτι (gpc) (μέγεθος σωματιδίων περίπου 4 mm)
• Ημί-σκληροί σχηματισμοί: 3-4 gpc (μέγεθος σωματιδίων περίπου 3,6 mm)
• Σκληροί σχηματισμοί: 10-15 gpc (μέγεθος σωματιδίων περίπου 2,0 mm)

2.Εμποτισμένα κομμάτια διαμαντιών

• Τα διαμάντια εμποτίζονται μέσα στη μήτρα (60-400 gpc).
• Κατάλληλο για σκληρούς και λειαντικούς σχηματισμούς (π.χ., πυριτόλιθος, πυριτικός δολομίτης).
• Το αυτοακόνισμα του διαμαντιού επιτυγχάνεται μέσω της φθοράς της μήτρας.

3.Κομμάτια PDC (Πολυκρυσταλλικά Συμπαγή Κομμάτια Διαμαντιών)

• Εισήχθη για πρώτη φορά από την General Electric (GE) των Ηνωμένων Πολιτειών το 1973.
• Συμπαγής δομή: Στρώμα διαμαντιού + υπόστρωμα από τσιμεντοειδές καρβίδιο.
• Κατάλληλο για μαλακούς έως ημίσκληρους ομοιογενείς σχηματισμούς.

Δομικός Σχεδιασμός και Βασικές Παράμετροι

Τα διαμαντένια κομμάτια υιοθετούν ένα ενιαίο σχέδιο χωρίς κινούμενα μέρη, κυρίως συμπεριλαμβανομένων:

• Σώμα από χάλυβα: Κατασκευασμένο από χάλυβα μεσαίου άνθρακα, με σπειρώματα σύνδεσης στο πάνω μέρος.
• Μήτρα: Σκόνη καρβιδίου βολφραμίου + μέταλλο σύνδεσης με βάση τον χαλκό, με βαθμό σκληρότητας HRC 30-45.
• Στοιχεία κοπής: Φυσικά/συνθετικά διαμάντια ή συμπαγή PDC.
• Υδραυλική Δομή: Υδάτινα ρεύματα και κανάλια ροής (ακτινικά, σπειροειδή κ.λπ.).

Βασικές παράμετροι σχεδιασμού

• Συγκέντρωση διαμαντιού: Προσαρμόζεται με βάση την λειαντικότητα του σχηματισμού. υψηλότερη συγκέντρωση για πιο λειαντικούς σχηματισμούς.
• Ύψος προεξοχής:
• Μαλακοί σχηματισμοί: 1/3 του μεγέθους των σωματιδίων
• Σκληροί σχηματισμοί: 1/6-1/10 του μεγέθους των σωματιδίων
• Σχήμα χειλιών:
• Επίπεδος πυθμένας: Για ομοιογενείς σχηματισμούς
• Καμπύλο: Για σκληρούς σχηματισμούς
• Οδοντωτό: Για λειαντικούς σχηματισμούς

Μηχανισμός θραύσης βράχου και αντίδραση σχηματισμού

Η μέθοδος θραύσης των διαμαντένιων τεμαχίων ποικίλλει ανάλογα με τις ιδιότητες σχηματισμού:

Πλαστικοί Σχηματισμοί (π.χ., πηλόλιθος, γύψος): Παρόμοια με μια διαδικασία «οργώματος»· τα διαμάντια διεισδύουν στον σχηματισμό για να προκαλέσουν πλαστική ροή του βράχου.

Εύθραυστοι Σχηματισμοί (π.χ., χαλαζιακός ψαμμίτης): Σχηματίζονται ογκομετρικοί λάκκοι θραύσης, με μεγέθη κοπής 2-4 φορές την προεξοχή των διαμαντιών, με αποτέλεσμα υψηλή απόδοση.

Σκληρά πετρώματα (π.χ. πυριτόλιθος, πυριτικό πέτρωμα): Χρησιμοποιούνται εμποτισμένα κομμάτια και η θραύση των πετρωμάτων επιτυγχάνεται μέσω μικροκοπής και γρατσουνίσματος, παρόμοια με την τριβή με τροχό λείανσης.

Τεχνικά πλεονεκτήματα και περιορισμοί των κομματιών PDC

Ως επαναστατικό προϊόν στην οικογένεια των διαμαντόψιχων κομματιών, τα κομμάτια PDC έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα:

Δομικά Χαρακτηριστικά

Κομμάτια PDC από χάλυβα: Ενσωματωμένος χάλυβας μεσαίου άνθρακα με επιφανειακή σκλήρυνση.

Κομμάτια PDC με σώμα μήτρας: Άνω σώμα από χάλυβα + κάτω μήτρα από καρβίδιο βολφραμίου, που προσφέρουν καλύτερη απόδοση.

Σχεδιασμός προφίλ

Παραβολικό: Για μαλακούς σχηματισμούς, που επιτρέπει υψηλό μήκος σε πόδηα και ρυθμό διάτρησης.

Στρογγυλό: Για διάτρηση με περιστροφικό τραπέζι, διευκολύνοντας τη διείσδυση σε σκληρές ενδιάμεσες στρώσεις.

Κωνικό: Για τρύπημα υψηλής ταχύτητας, με καλή απόδοση διείσδυσης.

Περιορισμοί εφαρμογής

Δεν είναι κατάλληλο για σχηματισμούς χαλικιού και ενδιάμεσους μαλακούς-σκληρούς σχηματισμούς.

Όριο αντοχής στη θερμοκρασία (η φθορά εντείνεται πάνω από 350℃· η αστοχία αντοχής εμφανίζεται στους 700℃).

Κακή αντοχή σε κρούσεις· είναι πιθανό να προκληθεί ξεφλούδισμα στις άκρες των νέων κομματιών.

Πίνακας σύγκρισης των εφαρμόσιμων σχηματισμών για τα κομμάτια διαμαντιών

03 Επιστημονικός Οδηγός Επιλογής: Αντιστοίχιση Σχηματισμών και Επιχειρησιακών Απαιτήσεων

Χρυσοί κανόνες για την επιλογή κωνικού κομματιού με ρολό

Σχηματισμός Σκληρότητας Ταίριασμα

Μαλακοί σχηματισμοί: Επιλέξτε τρυπάνια με υψηλή μετατόπιση, προεξοχή και διπλό κώνο, εξοπλισμένα με δόντια σε σχήμα σφήνας ή κουταλιού.

Σκληροί σχηματισμοί: Υιοθετήστε μονοκωνικές, μη μετατοπισμένες δομές, εξοπλισμένες με σφαιρικά δόντια ή κωνικά σφαιρικά δόντια.

Απόκριση στην λειαντικότητα

Για λειαντικούς σχηματισμούς, χρησιμοποιήστε ένθετα τρυπάνια με δόντια μετρητή.

Εάν τα δόντια της εξωτερικής σειράς είναι στρογγυλεμένα ενώ τα μεσαία δόντια παρουσιάζουν μικρή φθορά, το επόμενο κομμάτι θα πρέπει να σχεδιαστεί με ενισχυμένη προστασία μετρητή.

Αντίμετρα για Ειδικές Συνθήκες Εργασίας

Σχηματισμοί επιρρεπείς σε παραμόρφωση: Επιλέξτε τρυπάνια με κοντά δόντια χωρίς μετατόπιση ή μικρή μετατόπιση. Η προσαρμοστικότητα του σχηματισμού θα πρέπει να είναι ελαφρώς πιο μαλακή από τον πραγματικό σχηματισμό.

Ενδιάμεσοι μαλακοί-σκληροί σχηματισμοί: Επιλέξτε κομμάτια με βάση το σκληρότερο πέτρωμα και προσαρμόστε δυναμικά τις παραμέτρους κατά τη διάρκεια της γεώτρησης.

Βαθιά διάτρηση τομής φρέατος: Χρησιμοποιήστε τρυπάνια με μεγάλο συνολικό μήκος για να αντισταθμίσετε την απώλεια χρόνου ενεργοποίησης.

Στρατηγική επιλογής για διαμαντένια κομμάτια

Εφαρμοστέοι όροι για τα κομμάτια PDC

Βέλτιστα σενάρια: Μακροί ομοιογενείς μαλακοί έως μέτριας σκληρότητας σχηματισμοί (π.χ. σχιστόλιθος, αργιλόλιθος, γύψος).

Απαγορευμένα σενάρια: Σχηματισμοί χαλικιού, ενδιάμεσες στρώσεις από πυριτόλιθο, ενδιάμεσοι μαλακοί-σκληροί σχηματισμοί.

Ρύθμιση παραμέτρων: Χαμηλή WOB (30-60 kN), υψηλές στροφές (100-300 στροφές/λεπτό), μεγάλη παροχή.

Εφαρμοστέες συνθήκες για φυσικά/συνθετικά διαμαντένια κομμάτια

Σκληροί έως εξαιρετικά σκληροί σχηματισμοί (π.χ. γρανίτης, χαλαζιακός ψαμμίτης).

Σχηματισμοί με υψηλή λείανση (π.χ. πυριτόλιθος, πυριτικός δολομίτης).

Γεωτρήσεις με στρόβιλο, βαθιά/υπερβαθή πηγάδια και εργασίες πυρηνοληψίας.

Ειδικές απαιτήσεις για τα κομμάτια πυρήνα

Κομμάτια πυρήνα κώνου κυλίνδρου: Σχεδιασμός κώνου τεσσάρων κυλίνδρων (κωνικός/κυλινδρικός) ή κώνου έξι κυλίνδρων (πλήρως κυλινδρικός).

Διαμαντένια τρυπάνια: Απαιτούν συμμετρικά κατανεμημένες ακμές κοπής με σταθερή αντοχή στη φθορά.

Βασικός δείκτης: Ομόκεντρη θέση μεταξύ της εσωτερικής οπής και του εξωτερικού κύκλου για την αποφυγή οβάλωσης του πυρήνα.

Κρίση και χειρισμός ανωμαλιών στο κάτω μέρος της γεώτρησης

Αναγνώριση κατάστασης λειτουργίας κωνικού κομματιού κυλίνδρου

Ζημιά στα ρουλεμάν: Περιοδικοί κραδασμοί της περιστροφικής τράπεζας, επιδείνωση υπό υψηλή WOB, μειωμένος ρυθμός διάτρησης αλλά κανονική πίεση αντλίας.

Απώλεια κώνου: Σοβαρό κόλλημα κατά τη διάτρηση, βίαιη διακύμανση του δείκτη βάρους, αλλαγή στο βάθος εκκίνησης κατά το τράβηγμα της χορδής του τρυπανιού.

Φθορά δοντιών: Μειωμένο φορτίο περιστροφικής τράπεζας, χωρίς κραδασμούς, σημαντική μείωση στον ρυθμό τρυπήματος.

Ταμπού Χρήσης για Διαμαντένια Κομμάτια

Η κάτω οπή πρέπει να καθαριστεί πριν από την τοποθέτηση του τρυπανιού προς τα κάτω, για να διασφαλιστεί ότι δεν έχουν παραμείνει μεταλλικά υπολείμματα.

Ξεκινήστε τη διάτρηση με μικρό WOB και χαμηλές στροφές ανά λεπτό για «διάτρηση» (προετοιμασία πυθμένα οπής 0,5 m).

Αποφύγετε τις εργασίες γλυφανίσματος. Εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιήστε χαμηλό WOB και χαμηλές στροφές ανά λεπτό για ομοιόμορφη λειτουργία.

Επικοινωνία:Τζέσι Ζου
Κινητό/Whatsapp:+0086-18109206861
Ιστός:www.landrilltools.com