Ključna orodja za vrtanje v vrtini: Celovit vodnik po klasifikaciji in uporabi valjčnih stožčastih in diamantnih svedrov

01 Valjčni stožčasti svedri: Vsestranska orodja za prilagajanje formacijam

Od svojega pojava leta 1909 so valjčni stožčasti svedri postali najpogosteje uporabljena vrsta svedrov pri rotacijskem vrtanju. Njihova edinstvena večstožčna strukturna zasnova jim omogoča, da se prilagodijo različnim pogojem formacije, od mehkih do izjemno trdih.

Strukturna sestava in ključne tehnologije

Valjčni stožčasti sveder je sestavljen iz petih glavnih komponent:

• Telo svedra: Trije stožčasti kraki, varjeni skupaj, s priključnimi navoji na zgornjem delu.
• Valjčni stožci: Stožčasta kovinska telesa z rezkanimi zobmi ali vstavljenimi zobmi na površini.
• Ležajni sistem: Sestavljen je iz štirih sklopov ležajev: velikih, srednjih, majhnih in aksialnih ležajev.
• Šobe: Običajno jih je 3–4, s premerom 7–14 mm.
• Sistem za shranjevanje in tesnjenje olja: Gumijasti ali kovinski tesnilni obroči v kombinaciji z napravami za kompenzacijo tlaka.

Med njimi predstavlja tehnologija tesnjenja ležajev ključni tehnološki preboj za valjčne stožčaste svedre. Sodobni svedri uporabljajo sistem za kompenzacijo tlaka shranjevanja olja, ki vzdržuje dinamično ravnovesje med tlakom olja v ležajni votlini in tlakom v stolpcu vrtalne tekočine s pomočjo komponent, kot so odprtine za prenos tlaka, membrane za kompenzacijo tlaka in oljne skodelice.

Klasifikacijski sistem in kodiranje IADC

Mednarodno združenje izvajalcev vrtanja (IADC) je razvilo globalno enoten klasifikacijski standard za valjčne stožčaste svedre z uporabo trimestnega kodnega sistema:

Prva številka: Vrsta zoba in ustrezna formacija

1: Rezkani zobje, mehke tvorbe

2: Rezkani zobje, srednje do srednje trde formacije

3: Rezkani zobje, trde in abrazivne tvorbe

5: Vstavite zobe, mehke do srednje velike formacije

6: Vstavite zobe, srednje trde formacije

7: Vstavite zobe, trde in abrazivne formacije

8: Vstavite zobe, izjemno trde in zelo abrazivne formacije

Druga številka: Podrazdelitev trdote formacije (stopnja 1–4; višje številke označujejo trše formacije)

Tretja številka: Strukturne značilnosti bitov

4: Zatesnjeni valjčni ležaji

6: Zatesnjeni drsni ležaji

7: Zatesnjeni drsni ležaji + zaščita vstavljivih merilnikov

8: Odklonski svedri za usmerjeno vrtanje

Poenostavljen sistem klasifikacije IADC za valjčne stožčaste svedre

Mehanizem lomljenja kamnin in značilnosti gibanja

Med delovanjem ima valjčni stožčasti sveder tri vrste sestavljenega gibanja:

• Revolucija: Stožci se vrtijo v smeri urinega kazalca skupaj s celotnim svedrom.
• Vrtenje: Zobje se vrtijo v nasprotni smeri urinega kazalca okoli osi stožca.
• Drsenje: Vključno z radialnim in tangencialnim drsenjem.

To sestavljeno gibanje doseže dvojni učinek lomljenja skal:

1.Učinek udarnega drobljenja: Izmenični stik enojnih in dvojnih zob s spodnjo luknjo ustvarja vzdolžne vibracije, kar ustvarja udarne obremenitve.

2.Učinek drsnega striga: Striženje kamnin se doseže z zasnovo previsnih, dvojnih stožcev in odmaknjenih struktur.

Strategija izbora in ujemanje formacij 

Osnovna načela za izbiro valjčnih stožčastih svedrov glede na lastnosti kamnine:

• Mehke formacije: Izberite svedre z odmaknjenimi, previsnimi in dvojnimi stožčastimi strukturami, opremljene z visokimi, širokimi in redko rezkanimi ali vstavljenimi zobmi.
• Srednje trde formacije: Zmanjšajte vrednosti odmika, previsa in dvojnega stožca; uporabite kratke, ozke in goste zobe.
• Trde in abrazivne formacije: Uporabite enojne stožčaste valje brez previsa ali odmika, opremljene s krogličnimi ali stožčastimi krogličnimi zobmi.
• Formacije, nagnjene k upogibanju: Izberite svedre s kratkimi zobmi brez odmika ali z majhnim odmikom in brez merilnih zob.
• Preplastene mehke in trde formacije: Izberite vrste svedrov glede na tršo kamnino in dinamično prilagodite parametre med vrtanjem.

Odziv na posebne delovne pogoje

• Majhne vrtine (<177 mm): Uporabite enojno valjčne stožčaste svedre, ki imajo večje stožce, zobe in ležaje za večjo trdnost.
• Usmerjeno vrtanje: Izberite posebne preusmerjevalne svedre s tretjo številko kode IADC 8. 

02 Diamantni svedri: Zmogljiva orodja za trde formacije 

Kot najtrši material v naravi ima diamant Mohsovo trdoto 10. stopnje, tlačno trdnost do 8800 MPa in 9000-krat večjo odpornost proti obrabi kot jeklo. Zaradi te lastnosti so diamantni svedri postali vrhunsko orodje za spopadanje s trdimi formacijami.

Klasifikacijski sistem in tehnološki razvoj

Sodobni diamantni svedri so v glavnem razdeljeni na tri vrste:

1.Površinsko nastavljeni diamantni svedri

• Diamantni delci so izpostavljeni na površini matrice.
• Primerno za srednje trde do trde formacije.
• Klasifikacija velikosti diamantnih delcev:
• Mehke formacije: 2 zrna na karat (gpc) (velikost delcev približno 4 mm)
• Srednje trde formacije: 3–4 gpc (velikost delcev približno 3,6 mm)
• Trde formacije: 10–15 gpc (velikost delcev približno 2,0 mm)

2.Impregnirani diamantni svedri

• Diamanti so impregnirani znotraj matrice (60-400 gpc).
• Primerno za trde in abrazivne formacije (npr. kremen, silikatni dolomit).
• Samoostrenje diamantov se doseže z obrabo matrice.

3.PDC svedri (kompaktni svedri iz polikristalnega diamanta)

• Prvič ga je leta 1973 predstavilo ameriško podjetje General Electric (GE).
• Kompaktna struktura: Diamantna plast + substrat iz cementiranega karbida.
• Primerno za mehke do srednje trde homogene formacije.

Strukturna zasnova in osnovni parametri

Diamantni svedri imajo integralno zasnovo brez gibljivih delov, vključno z:

• Jekleno ohišje: Izdelano iz srednje ogljikovega jekla, s priključnimi navoji na zgornjem delu.
• Matrica: Prah volframovega karbida + vezivna kovina na osnovi bakra, s trdoto HRC 30-45.
• Rezalni elementi: Naravni/sintetični diamanti ali PDC kompakti.
• Hidravlična konstrukcija: Vodni tokovi in ​​pretočni kanali (radialni, spiralni itd.).

Ključni parametri načrtovanja

• Koncentracija diamanta: Prilagojena glede na abrazivnost formacije; višja koncentracija za bolj abrazivne formacije.
• Višina izbokline:
• Mehke formacije: 1/3 velikosti delcev
• Trde formacije: 1/6–1/10 velikosti delcev
• Oblika ustnic:
• Z ravnim dnom: Za homogene formacije
• Ukrivljeno: Za trde formacije
• Nazobčan: Za abrazivne formacije

Mehanizem lomljenja kamnin in odziv formacije

Metoda lomljenja kamnin z diamantnimi svedri se razlikuje glede na lastnosti formacije:

Plastične formacije (npr. laporovec, sadra): Podobno kot postopek "oranja"; diamanti prodirajo v formacijo in povzročajo plastični tok kamnine.

Krhke formacije (npr. kremenčev peščenjak): Nastanejo volumetrične drobne jame z velikostjo rezanja 2-4-krat večjo od štrlenja diamantov, kar ima za posledico visoko učinkovitost.

Trde kamnine (npr. kremen, silikatna kamnina): Uporabljajo se impregnirani svedri, lomljenje kamnin pa se doseže z mikrorezanjem in praskanjem, podobno kot pri abraziji brusilnega kolesa.

Tehnične prednosti in omejitve PDC bitov

Kot revolucionaren izdelek v družini diamantnih svedrov imajo svedri PDC edinstvene prednosti:

Strukturne značilnosti

PDC svedri z jeklenim ohišjem: Integrirano srednje ogljikovo jeklo s površinsko kaljeno obdelavo.

PDC svedri z matricnim telesom: zgornji del iz jeklenega jekla + spodnji del iz volframovega karbida, kar zagotavlja boljšo zmogljivost.

Oblikovanje profila

Parabolična: Za mehke formacije, kar omogoča veliko dolžino in hitrost vrtanja.

Okroglo: Za vrtanje z vrtljivo mizo, kar olajša prodiranje v trde vmesne plasti.

Konični: Za vrtanje pri visokih hitrostih, z dobro penetracijo.

Omejitve uporabe

Ni primerno za gramozne formacije in preplastene mehko-trde formacije.

Meja temperaturne odpornosti (obraba se stopnjuje nad 350 ℃; porušitev trdnosti se pojavi pri 700 ℃).

Slaba odpornost proti udarcem; pri novih svedrih se lahko pojavi krušenje robov.

Primerjalna tabela ustreznih formacij za diamantne svedre

03 Vodnik za znanstveno izbiro: Ujemanje formacij in operativnih zahtev

Zlata pravila za izbiro valjčnega stožčastega svedra

Ujemanje trdote formacije

Mehke formacije: Izberite svedre z visokim odmikom, previsom in dvojnim stožcem, opremljene s klinastimi ali žličastimi zobmi.

Trde formacije: Uporabite enojne stožčaste, neodmaknjene strukture, opremljene s krogličnimi ali stožčastimi krogličnimi zobmi.

Odziv na abrazivnost

Za abrazivne formacije uporabite vstavke z merilnimi zobmi.

Če so zobje zunanje vrste zaobljeni, srednji zobje pa kažejo majhno obrabo, je treba naslednji zobnik zasnovati z izboljšano zaščito merilnikov.

Protiukrepi za posebne delovne pogoje

Formacije, nagnjene k upogibanju: Izberite kratkozobne svedre brez odmika ali z majhnim odmikom; prilagodljivost formacije mora biti nekoliko mehkejša od dejanske formacije.

Preplastene mehko-trde formacije: Izberite svedre glede na tršo kamnino in dinamično prilagodite parametre med vrtanjem.

Vrtanje globokih odsekov vrtin: Za kompenzacijo izgube časa izklopa uporabite svedre z veliko skupno dolžino.

Strategija izbire diamantnih svedrov

Veljavni pogoji za bite PDC

Optimalni scenariji: Dolge homogene mehke do srednje trde formacije (npr. skrilavec, laporovec, sadra).

Prepovedani scenariji: gramozne formacije, vmesni sloji kremena, vmesni mehko-trdi sloji.

Nastavitev parametrov: nizek WOB (30–60 kN), visoki vrtljaji (100–300 vrt/min), velik pretok.

Veljavni pogoji za naravne/sintetične diamantne svedre

Trde do izjemno trde formacije (npr. granit, kremenčev peščenjak).

Visoko abrazivne formacije (npr. kremen, silicijev dolomit).

Vrtanje s turbinami, globoke/ultra globoke vrtine in operacije jedriranja.

Posebne zahteve za kronske svedre

Stožčasti vrtalni kroni z valjčki: Štirivaljčni stožci (stožčasti/valjasti) ali šestvaljčni stožci (polnoma valjasti).

Diamantni svedri: Zahtevajo simetrično porazdeljene rezalne robove z enakomerno odpornostjo proti obrabi.

Ključni kazalnik: Koncentričnost med notranjo luknjo in zunanjim krogom, da se prepreči ovalizacija jedra.

Presoja in ravnanje z anomalijami v vrtini

Identifikacija delovnega stanja valjčnega stožčastega svedra

Poškodba ležaja: Občasno tresenje vrtljive mize, poslabšanje pri visokem WOB, zmanjšana hitrost vrtanja, vendar normalen tlak črpalke.

Izguba stožca: Hudo zatikanje vrtanja, močno nihanje indikatorja teže, sprememba globine vvrtanja pri vlečenju vrtalne kolone.

Obraba zob: Zmanjšana obremenitev vrtljive mize, brez tresenja, znatno zmanjšanje hitrosti vrtanja.

Tabuji uporabe diamantnih svedrov

Preden sveder spustite v vrtino, je treba očistiti dno luknje, da se zagotovi, da v njej ne ostanejo kovinski ostanki.

Začnite vrtati z majhnim WOB in nizkimi vrtljaji za "utekanje" (obdelava dna vrtine na 0,5 m).

Izogibajte se povrtavanju; po potrebi uporabite nizek WOB in nizke vrtljaje za enakomerno delovanje.

Kontakt:Jessie Zhou
Mobilni telefon/Whatsapp:+0086-18109206861
Splet:www.landrilltools.com