Unelte cheie pentru foraj: Un ghid complet pentru clasificarea și aplicarea coroanelor conice cu rolă și a coroanelor diamantate

01 Freze conice cu rolă: Unelte versatile pentru adaptarea la formațiuni

De la apariția lor în 1909, burghiele cu conuri cilindrice au devenit cel mai utilizat tip de burghiu în forajul rotativ. Designul lor structural unic, multi-con, le permite să se adapteze la diverse condiții de formare, de la cele moi la cele extrem de dure.

Compoziție structurală și tehnologii de bază

Un burghiu conic cu rolă este alcătuit din cinci componente principale:

• Corpul bițului: Trei picioare conice sudate împreună, cu filete de conectare în partea superioară.
• Conuri cu role: Corpuri metalice conice cu dinți frezați sau dinți inserați pe suprafață.
• Sistem de rulmenți: Cuprinzând patru seturi de rulmenți: rulmenți mari, medii, mici și axiali.
• Duze: De obicei 3-4 la număr, cu un diametru de 7-14 mm.
• Sistem de stocare și etanșare a uleiului: Inele de etanșare din cauciuc sau metal combinate cu dispozitive de compensare a presiunii.

Printre acestea, tehnologia de etanșare a rulmenților reprezintă o descoperire tehnologică cheie pentru sapa conică. Sapa modernă adoptă un sistem de compensare a presiunii de stocare a uleiului, care menține un echilibru dinamic între presiunea uleiului din cavitatea rulmentului și presiunea coloanei de fluid de foraj din fundul găurii prin componente precum găurile de transmisie a presiunii, diafragmele de compensare a presiunii și cupele de ulei.

Sistemul de clasificare și codificarea IADC

Asociația Internațională a Antreprenorilor de Foraj (IADC) a dezvoltat un standard de clasificare unificat la nivel global pentru sapa conică, utilizând un sistem de codificare din trei cifre:

Prima cifră: Tipul de dinte și formația aplicabilă

1: Dinți frezați, formațiuni moi

2: Dinți frezați, formațiuni de duritate medie spre medie

3: Dinți frezați, formațiuni dure și abrazive

5: Dinți de inserție, formațiuni moi spre medii

6: Dinți de inserție, formațiuni de duritate medie

7: Dinți de inserție, formațiuni dure și abrazive

8: Dinți de inserție, formațiuni extrem de dure și foarte abrazive

A doua cifră: Subdiviziunea durității formațiunii (Gradul 1-4; numerele mai mari indică formațiuni mai dure)

A treia cifră: Caracteristicile structurale ale bitului

4: Rulmenți cu role etanșați

6: Lagăre de alunecare etanșate

7: Lagăre glisante etanșe + protecție a calibrului de inserție

8: Burghie deflectoare pentru foraj direcțional

Sistem simplificat de clasificare IADC pentru biți conici cu rolă

Mecanismul de spargere a rocilor și caracteristicile mișcării

În timpul funcționării, un burghiu conic prezintă trei tipuri de mișcare compozită:

• Revoluție: Conurile se rotesc în sensul acelor de ceasornic odată cu întregul burghiu.
• Rotație: Dinții se rotesc în sens invers acelor de ceasornic în jurul axei conului.
• Alunecare: Inclusiv alunecare radială și tangențială.

Această mișcare compozită realizează un efect dublu de spargere a rocilor:

1.Efect de strivire la impact: Contactul alternativ al dinților simpli și dubli cu gaura inferioară generează vibrații longitudinale, creând sarcini de impact.

2.Efectul de forfecare alunecătoare: Forfecarea rocilor se realizează prin proiectarea structurilor în structură cu surplombă, con dublu și decalate.

Strategia de selecție și potrivirea formațiunilor 

Principii de bază pentru selectarea treptelor conice în funcție de proprietățile rocii:

• Formațiuni moi: Selectați freze cu structuri decalate, în consolă și dublu conice, echipate cu dinți înalți, lați și rari, frezați sau cu inserție.
• Formațiuni medii-dure: Reduceți valorile de decalaj, surplombă și con dublu; utilizați dinți scurți, înguști și denși.
• Formațiuni dure și abrazive: Se adoptă role cu un singur con, fără consolă sau decalaj, echipate cu dinți sferici sau dinți conici-sferici.
• Formațiuni predispuse la deformare: Selectați burghie cu dinți scurți, fără deplasare sau cu deplasare mică și fără dinți de calibru.
• Formațiuni moi și dure interstratificate: Selectați tipurile de sape în funcție de roca mai dură și ajustați dinamic parametrii în timpul forajului.

Răspuns la condiții speciale de muncă

• Găuri mici (<177 mm): Folosiți burghie conice cu o singură rolă, care au conuri, dinți și rulmenți mai mari pentru o rezistență mai mare.
• Foraj direcțional: Selectați burghie de deviere speciale, a treia cifră a codului IADC fiind 8. 

02 Burghie diamantate: Instrumente puternice pentru formațiuni dure 

Fiind cel mai dur material din natură, diamantul are o duritate Mohs de gradul 10, o rezistență la compresiune de până la 8800 MPa și o rezistență la uzură de 9000 de ori mai mare decât cea a oțelului. Valorificând această proprietate, burghiele diamantate au devenit instrumentul suprem pentru abordarea formațiunilor dure.

Sistem de clasificare și evoluție tehnologică

Briciurile diamantate moderne sunt împărțite în principal în trei tipuri:

1.Freze diamantate fixate la suprafață

• Particulele de diamant sunt expuse pe suprafața matricei.
• Potrivit pentru formațiuni de la mediu-dure la dure.
• Clasificarea dimensiunii particulelor de diamant:
• Formațiuni moi: 2 granule pe carat (gpc) (dimensiunea particulelor aprox. 4 mm)
• Formațiuni de duritate medie: 3-4 gpc (dimensiunea particulelor aprox. 3,6 mm)
• Formațiuni dure: 10-15 gpc (dimensiunea particulelor aprox. 2,0 mm)

2.Biți de diamant impregnați

• Diamantele sunt impregnate în interiorul matricei (60-400 gpc).
• Potrivit pentru formațiuni dure și abrazive (de exemplu, silex, dolomit silicios).
• Autoascuțirea diamantului se realizează prin uzura matricei.

3.Biți PDC (biți compacti din diamant policristalin)

• Introdus pentru prima dată de General Electric (GE) din Statele Unite în 1973.
• Structură compactă: strat de diamant + substrat de carbură cimentată.
• Potrivit pentru formațiuni omogene de la moi până la mediu-dure.

Proiectare structurală și parametri de bază

Broșele diamantate adoptă un design integral, fără piese mobile, incluzând în principal:

• Corp din oțel: Fabricat din oțel carbon mediu, cu filete de conectare în partea superioară.
• Matrice: Pulbere de carbură de tungsten + liant metalic pe bază de cupru, cu un grad de duritate HRC 30-45.
• Elemente așchietoare: Diamante naturale/sintetice sau compacte PDC.
• Structură hidraulică: Cursuri de apă și canale de curgere (radiale, spiralate etc.).

Parametri cheie de proiectare

• Concentrația de diamant: Ajustată în funcție de abrazivitatea formațiunii; o concentrație mai mare pentru formațiuni mai abrazive.
• Înălțimea proeminenței:
• Formațiuni moi: 1/3 din dimensiunea particulelor
• Formațiuni dure: 1/6-1/10 din dimensiunea particulelor
• Forma buzei:
• Cu fund plat: Pentru formațiuni omogene
• Curbat: Pentru formațiuni dure
• Zimțat: Pentru formațiuni abrazive

Mecanismul de rupere a rocilor și răspunsul formațiunii

Metoda de spargere a rocilor cu broșe de diamant variază în funcție de proprietățile formațiunii:

Formațiuni plastice (de exemplu, argilă, gips): Similar unui proces de „arat”; diamantele pătrund în formațiune pentru a provoca curgerea plastică a rocii.

Formațiuni fragile (de exemplu, gresie cuarțoasă): Se formează gropi de concasare volumetrice, cu dimensiuni de tăiere de 2-4 ori mai mari decât proeminența diamantelor, rezultând o eficiență ridicată.

Roci dure (de exemplu, silex, rocă silicioasă): Se folosesc burghie impregnate, iar spargerea rocilor se realizează prin micro-tăiere și zgârietură, similar abraziunii pietrei de șlefuit.

Avantajele și limitările tehnice ale biților PDC

Fiind un produs revoluționar în familia de biți diamantați, biții PDC au avantaje unice:

Caracteristici structurale

Biți PDC cu corp din oțel: Oțel carbon mediu integral cu tratament de întărire a suprafeței.

Biți PDC cu corp matriceal: Corp superior din oțel + matrice inferioară din carbură de tungsten, oferind performanțe mai bune.

Design de profil

Parabolic: Pentru formațiuni moi, permițând o înălțime mare a materialului și o rată de foraj ridicată.

Rotund: Pentru găurire cu masă rotativă, facilitând penetrarea straturilor intermediare dure.

Conic: Pentru găurire de mare viteză, cu performanțe bune de penetrare.

Limitări ale aplicației

Nu este potrivit pentru formațiuni de pietriș și formațiuni interstratificate moale-dure.

Limita de rezistență la temperatură (uzura se intensifică peste 350℃; cedarea prin rezistență are loc la 700℃).

Rezistență slabă la impact; este predispusă la ciobirea muchiilor burghielor noi.

Tabel comparativ al formațiunilor aplicabile pentru burghiele de diamant

03 Ghid de selecție științifică: Formațiuni potrivite și cerințe operaționale

Reguli de aur pentru alegerea burghiului conic cu rolă

Potrivirea durității formațiunii

Formațiuni moi: Selectați burghie cu offset mare, consolă și structuri dublu-conice, echipate cu dinți în formă de pană sau lingură.

Formațiuni dure: Se adoptă structuri cu un singur con, nedecalate, echipate cu dinți sferici sau dinți conici-sferici.

Răspuns la abrazivitate

Pentru formațiuni abrazive, utilizați burghie cu dinți de calibru.

Dacă dinții din rândul exterior sunt rotunzi, în timp ce dinții din mijloc prezintă o uzură redusă, următoarea piesă trebuie proiectată cu o protecție îmbunătățită a calibrului.

Contramăsuri pentru condiții speciale de muncă

Formațiuni predispuse la deviere: Selectați burghie cu dinți scurți, fără deviere sau cu deviere mică; adaptabilitatea formațiunii ar trebui să fie puțin mai moale decât formațiunea reală.

Formațiuni interstratificate moale-dure: Selectați broșele în funcție de roca mai dură și ajustați dinamic parametrii în timpul forajului.

Foraj de secțiuni de puțuri adânci: Folosiți burghie cu lungime totală mare pentru a compensa pierderea timpului de declanșare.

Strategia de selecție pentru biți de diamant

Condiții aplicabile pentru biții PDC

Scenarii optime: Formațiuni lungi, omogene, de la moi la medii-dure (de exemplu, șisturi argiloase, argilă, gips).

Scenarii interzise: Formațiuni de pietriș, interstraturi de silex, formațiuni interstratificate moale-dure.

Setare parametri: WOB scăzut (30-60 kN), RPM ridicat (100-300 rpm), debit mare.

Condiții aplicabile pentru burghiele de diamant naturale/sintetice

Formațiuni dure până la extrem de dure (de exemplu, granit, gresie cuarțoasă).

Formațiuni foarte abrazive (de exemplu, silex, dolomit silicios).

Foraj cu turbine, puțuri adânci/ultra-adânci și operațiuni de carotare.

Cerințe speciale pentru carotele de foraj

Carote conice cu role: Design conic cu patru role (conic/cilindric) sau conic cu șase role (complet cilindric).

Carote diamantate: Necesită muchii așchietoare distribuite simetric, cu rezistență constantă la uzură.

Indicator cheie: Concentricitate între orificiul interior și cercul exterior pentru a evita ovalizarea miezului.

Evaluarea și gestionarea anomaliilor în puțuri

Identificarea stării de funcționare a biților conici cu rolă

Deteriorarea rulmenților: Zguduiri periodice ale mesei rotative, agravate la WOB ridicat, rată de găurire redusă, dar presiune normală a pompei.

Pierdere a conului: Blocare severă a forajului, fluctuație violentă a indicatorului de greutate, modificarea adâncimii de declanșare la tragerea în sus a garniturii de foraj.

Uzura dinților: Sarcină redusă pe masa rotativă, fără zdruncinări, scădere semnificativă a ratei de găurire.

Interdicții de utilizare pentru biții de diamant

Gaura de jos trebuie curățată înainte de a introduce sapa în gaură pentru a se asigura că nu rămân resturi metalice.

Începeți forajul cu un WOB mic și o turație redusă pentru „rodare” (condiționarea fundului găurii de 0,5 m).

Evitați operațiunile de alezare; dacă este necesar, utilizați un WOB redus și o turație redusă pentru o funcționare uniformă.

Contact:Jessie Zhou
Mobil/Whatsapp:+0086-18109206861
Web:www.landrilltools.com