Ключови инструменти за сондажи: Пълно ръководство за класификация и приложение на ролкови конусни и диамантени бормашини

01 Ролкови конусни свредла: Универсални инструменти за адаптиране към формациите

От появата си през 1909 г., ролковите конусни бормашини са се превърнали в най-широко използвания тип бормашини при ротационно сондиране. Уникалният им многоконусен структурен дизайн им позволява да се адаптират към различни условия на формацията, от меки до изключително твърди.

Структурен състав и основни технологии

Ролковият конусен бит се състои от пет основни компонента:

• Тяло на бита: Три конусовидни крака, заварени заедно, с присъединителна резба в горната част.
• Ролкови конуси: Конични метални тела с фрезовани зъби или вложки на зъбите на повърхността.
• Лагерна система: Състои се от четири комплекта лагери: големи, средни, малки и аксиални лагери.
• Дюзи: Обикновено 3-4 на брой, с диаметър 7-14 мм.
• Система за съхранение и уплътняване на масло: Гумени или метални уплътнителни пръстени, комбинирани с устройства за компенсиране на налягането.

Сред тях, технологията за уплътняване на лагери представлява ключов технологичен пробив за ролковите конусни коронки. Съвременните коронки използват система за компенсиране на налягането при съхранение на масло, която поддържа динамичен баланс между налягането на маслото в кухината на лагера и налягането в колоната с течност за сондаж чрез компоненти като отвори за предаване на налягане, диафрагми за компенсиране на налягането и маслени чашки.

Система за класификация и IADC кодиране

Международната асоциация на сондажните изпълнители (IADC) е разработила глобално унифициран стандарт за класификация на ролкови конусни бормашини, използвайки трицифрена система за кодиране:

Първа цифра: Вид зъб и приложима формация

1: Фрезовани зъби, меки образувания

2: Фрезовани зъби, средно до средно твърди формации

3: Фрезовани зъби, твърди и абразивни образувания

5: Вмъкнете зъби, меки до средни формации

6: Вложки за зъби, средно твърди формации

7: Вмъкване на зъби, твърди и абразивни образувания

8: Вложки за зъби, изключително твърди и силно абразивни формации

Втора цифра: Подразделение на твърдостта на формацията (степен 1-4; по-високите числа показват по-твърди формации)

Трета цифра: Структурни характеристики на бита

4: Запечатани ролкови лагери

6: Запечатани плъзгащи лагери

7: Запечатани плъзгащи лагери + защита на вложката

8: Отклоняващи битове за насочено сондиране

Опростена система за класификация на IADC за ролкови конусни свредла

Механизъм за разрушаване на скали и характеристики на движението

По време на работа, ролковият конусен бит показва три вида комбинирано движение:

• Революция: Конусите се въртят по посока на часовниковата стрелка с цялото бит.
• Въртене: Зъбите се въртят обратно на часовниковата стрелка около оста на конуса.
• Плъзгане: Включително радиално и тангенциално плъзгане.

Това комбинирано движение постига двоен ефект на разрушаване на скали:

1.Ефект на ударно смачкване: Редуващият се контакт на единични и двойни зъби с долния отвор генерира надлъжни вибрации, създавайки ударни натоварвания.

2.Ефект на плъзгащо срязване: Срязването на скалите се постига чрез проектирането на надвесни, двойни конуси и отместени конструкции.

Стратегия за подбор и съпоставяне на формации 

Основни принципи за избор на ролкови конусни коронки въз основа на свойствата на скалата:

• Меки формации: Изберете битове с отместени, надвесени и двойноконусни структури, оборудвани с високи, широки и рядко фрезовани или вложкови зъби.
• Средно твърди формации: Намалете стойностите на отместването, надвеса и двойния конус; използвайте къси, тесни и плътни зъби.
• Твърди и абразивни формации: Използвайте едноконусни ролки без надвес или отместване, оборудвани със сферични зъби или конично-сферични зъби.
• Формации, склонни към отклонение: Изберете свредла с къси зъби, без отместване или с малко отместване, и без калибриращи зъби.
• Вплетени меки и твърди формации: Изберете типове битове въз основа на по-твърдата скала и динамично регулирайте параметрите по време на пробиване.

Реакция на специални условия на труд

• Малки отвори (<177 мм): Използвайте конусни свредла с един ролков профил, които имат по-големи конуси, зъби и лагери за по-висока якост.
• Насоченото сондиране: Изберете специални отклоняващи битове, като третата цифра от IADC кода е 8. 

02 Диамантени свредла: Мощни инструменти за твърди формации 

Като най-твърд материал в природата, диамантът има твърдост по Моос от степен 10, якост на натиск до 8800 MPa и износоустойчивост 9000 пъти по-голяма от тази на стоманата. Възползвайки се от това свойство, диамантените свредла са се превърнали в най-добрия инструмент за справяне с твърди образувания.

Система за класификация и технологична еволюция

Съвременните диамантени бургии се разделят основно на три вида:

1.Диамантени битове с повърхностно закрепване

• Диамантените частици са изложени на повърхността на матрицата.
• Подходящ за средно твърди до твърди формации.
• Класификация на размера на диамантените частици:
• Меки образувания: 2 зърна на карат (gpc) (размер на частиците приблизително 4 мм)
• Средно твърди образувания: 3-4 gpc (размер на частиците приблизително 3,6 mm)
• Твърди образувания: 10-15 gpc (размер на частиците приблизително 2,0 mm)

2.Импрегнирани диамантени битове

• Диамантите са импрегнирани във вътрешността на матрицата (60-400 gpc).
• Подходящ за твърди и абразивни образувания (напр. кремък, силициев доломит).
• Самозаточването на диамантите се постига чрез износване на матрицата.

3.PDC битове (компактни поликристални диамантени битове)

• За първи път е представен от General Electric (GE) в Съединените щати през 1973 г.
• Компактна структура: Диамантен слой + циментиран карбид субстрат.
• Подходящ за меки до средно твърди хомогенни образувания.

Структурен дизайн и основни параметри

Диамантените бургии имат интегрален дизайн без движещи се части, включително:

• Стоманено тяло: Изработено от средно въглеродна стомана, с резбови връзки в горната част.
• Матрица: Волфрамов карбид на прах + свързващ метал на медна основа, с твърдост HRC 30-45.
• Режещи елементи: Естествени/синтетични диаманти или PDC компактни стърготини.
• Хидравлична структура: Водни течения и канали (радиални, спирални и др.).

Ключови параметри на дизайна

• Концентрация на диаманти: Коригира се въз основа на абразивността на формацията; по-висока концентрация за по-абразивни формации.
• Височина на издатината:
• Меки образувания: 1/3 от размера на частиците
• Твърди образувания: 1/6-1/10 от размера на частиците
• Форма на устните:
• С плоско дъно: За хомогенни образувания
• Извита: За твърди формации
• Назъбени: За абразивни образувания

Механизъм на разрушаване на скалите и реакция на образуванието

Методът за разбиване на скали с диамантени битове варира в зависимост от свойствата на формацията:

Пластични образувания (напр. кал, гипс): Подобно на процеса на „оран“; диамантите проникват във формацията, за да предизвикат пластичен поток на скалата.

Крехки образувания (напр. кварцов пясъчник): Образуват се обемни трошащи ями, с размери на рязане 2-4 пъти по-големи от издатината на диамантите, което води до висока ефективност.

Твърди скали (напр. кремък, силициева скала): Използват се импрегнирани стърготини, а разрушаването на скалата се постига чрез микрорязане и надраскване, подобно на износването на шлифовъчно колело.

Технически предимства и ограничения на PDC битовете

Като революционен продукт в семейството на диамантените свредла, PDC свредлата имат уникални предимства:

Структурни характеристики

PDC битове със стоманено тяло: Интегрирана средно въглеродна стомана с повърхностно закалена обработка.

Матрично-тяло PDC битове: Горно стоманено тяло + долна волфрамова карбидна матрица, предлагаща по-добра производителност.

Дизайн на профила

Параболичен: За меки формации, позволяващ висок метър и скорост на пробиване.

Кръгъл: За пробиване с въртяща се маса, улесняващо проникването в твърди междинни слоеве.

Коничен: За високоскоростно пробиване, с добри проникващи характеристики.

Ограничения на приложението

Не е подходящ за чакълести формации и преплетени меко-твърди формации.

Граница на температурна устойчивост (износването се засилва над 350℃; разрушаване на якостта настъпва при 700℃).

Слаба устойчивост на удар; склонни са към отчупване на ръбовете на новите свредла.

Сравнителна таблица на приложимите формации за диамантени битове

03 Ръководство за научен подбор: Съвпадение на формации и оперативни изисквания

Златни правила за избор на ролкови конусни фрези

Съвпадение на твърдостта на формацията

Меки формации: Изберете битове с голямо отместване, надвес и двойноконусни структури, оборудвани със зъби с клиновидна или лъжичаста форма.

Твърди формации: Приемете едноконусни, неофсетни структури, оборудвани със сферични зъби или конично-сферични зъби.

Реакция на абразивност

За абразивни формации използвайте вложки с калибровъчни зъби.

Ако зъбите на външния ред са заоблени, докато средните зъби показват малко износване, следващата част трябва да бъде проектирана с подобрена защита на калибра.

Контрамерки за специални условия на труд

Формации, склонни към отклонение: Изберете свредла с къси зъби без отместване или с малко отместване; адаптивността на формацията трябва да е малко по-мека от действителната формация.

Вплетени меко-твърди формации: Изберете битове въз основа на по-твърдата скала и динамично регулирайте параметрите по време на пробиване.

Сондиране на дълбоки сондажни секции: Използвайте бургии с голям общ метър, за да компенсирате загубата на време за изчистване.

Стратегия за избор на диамантени битове

Приложими условия за PDC битове

Оптимални сценарии: Дълги хомогенни меки до средно твърди образувания (напр. шисти, глинести камъни, гипс).

Забранени сценарии: Чакълести образувания, кремъчни прослойки, прослойки от меко-твърди образувания.

Настройка на параметрите: Ниско WOB (30-60 kN), високи обороти (100-300 rpm), голям дебит.

Приложими условия за свредла с естествен/синтетични диаманти

Твърди до изключително твърди образувания (напр. гранит, кварцов пясъчник).

Силно абразивни образувания (напр. кремък, силициев доломит).

Турбинно сондиране, дълбоки/ултрадълбоки кладенци и операции по вземане на проби.

Специални изисквания за боркорони

Ролкови конусни боркорони: Конструкция с четириролков конус (конична/цилиндрична) или шестролков конус (пълен цилиндричен).

Диамантени боркорони: Изискват симетрично разпределени режещи ръбове с постоянна износоустойчивост.

Ключов индикатор: Концентричност между вътрешния отвор и външния кръг, за да се избегне овализация на сърцевината.

Оценка и справяне с аномалии в сондажа

Идентификация на работното състояние на ролковия конусен бита

Повреда на лагера: Периодично разклащане на въртящата се маса, влошаване при високо WOB, намалена скорост на пробиване, но нормално налягане на помпата.

Загуба на конус: Силно засядане при сондиране, рязко колебание на индикатора за тегло, промяна в дълбочината на навлизане при издърпване на сондажната колона.

Износване на зъбите: Намалено натоварване на въртящата се маса, без трептене, значително намаляване на скоростта на пробиване.

Табута за употреба на диамантени битове

Долният отвор трябва да се почисти преди пускане на бормашината, за да се гарантира, че няма останали метални отломки.

Започнете пробиване с малък WOB и ниски обороти за „разработка“ (подготовка на дъното на отвора с 0,5 м).

Избягвайте операции по разпробиване; ако е необходимо, използвайте ниски обороти на шнека, за да постигнете равномерна работа.

Контакт:Джеси Джоу
Мобилен/Whatsapp:+0086-18109206861
Уеб:www.landrilltools.com