Როგორ მოახდენენ სხვადასხვა ბურღის კბილების დიზაინები გავლენას ბურღვის ეფექტურობაზე მყარ სასტიკ ქანებსა და ნიადაგში

Ძირევანი მექანიკური პრინციპები: როგორ არეგულირებს კბილის გეომეტრია ენერგიის გადაცემას და დაშლის რეჟიმს

Ბურღის კბილების დიზაინი პირდაპირ განსაზღვრავს ენერგიის ეფექტურობას გეომეტრიული პარამეტრების მეშვეობით, რომლებიც აკონტროლებენ ქანის დაშლის მექანიკას. ოპტიმალური კბილის კონფიგურაცია ამცირებს დაკარგულ ენერგიას, მიმართვის დაშლის რეჟიმს ეფექტური ჭრის რეჟიმისკენ — არ ენერგიას მომხმარებელი დახვეწის რეჟიმისკენ.

Წვერის კუთხე, უკან მოხვევის კუთხე და გვერდითი მოხვევის კუთხე: მათი პირდაპირი გავლენა ჭრის მიერ გამოწვეულ და დახვეწის მიერ გამოწვეულ ქანის დაშლაზე

Წვეროს კუთხე მნიშვნელოვნად განსაზღვრავს როგორ იწყება გატეხვები. 90 გრადუსზე მცირე მ sharper კუთხეები ტენდენციას აჩვენებენ ძაბვის წერტილების კონცენტრირებისკენ, რაც ხელს უწყობს გატეხვების სწრაფ გავრცელებას ქანების ფორმაციებში. შემდეგ განვიხილავთ უკანა რეიკს (back rake), რომელიც აღნიშნავს ჭრის კბილის კუთხეს ფორმაციის მიმართ. ეს პარამეტრი ფაქტობრივად განსაზღვრავს საჭრის მოქმედების დროს რომელი ტიპის დაშლა მოხდება. 15–25 გრადუსის დაბალ კუთხეებზე ძირითადად მიიღება შეკუმშვით გატეხვის ეფექტები. მაგრამ როდესაც კუთხე გახდება უფრო მკვეთრი (დაახლოებით 35–45 გრადუსი), იქმნება უკეთესი პირობები ძაბვის გამო გატეხვის (shear failure) მიღწევისთვის. მნიშვნელოვანია ასევე გვერდითი რეიკი (side rake), რადგან ის მოქმედებს ჭრილების ხვრელიდან გამოყოფაზე და განაწილებს გვერდით ძალებს ბიტის ზედაპირზე. 20 გრადუსზე მეტი აგრესიული გვერდითი რეიკის კუთხეები შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ბოლოების (balling) პრობლემები ლეპტონურ ფორმაციებში. ველის გამოცდილები აჩვენებენ, რომ ამ პარამეტრების ყველა ერთდროულად სწორად დაყენება შეიძლება შეამციროს სპეციფიკური ენერგიის მოხმარება 18–22 პროცენტით ჭრის მოქმედების დროს, როდესაც ძირითადი მექანიზმი არის გატეხვა (shear dominant conditions), ვიდრე შეკუმშვით გატეხვა (crushing) არის მთავარი მექანიზმი (ამ შედეგს გამოაქვეყნა Journal of Petroleum Technology 2023 წლის გამოცემაში).

FEA-ის მონაცემები: გრანიტზე დაბალი უკანა კუთხის (15°) დიზაინში სპეციფიკური ენერგიის 27%-იანი მატება მიმართულების საუკეთესო (35°) დიზაინთან შედარებით

Სასრულო ელემენტების ანალიზის გამოყენება ხელს უწყობს ფორმის მოქმედების შესწავლას კარგად შემჭიდველი ქანების დამუშავების დროს. მაგალითად, ძველი 15 გრადუსიანი უკან გადახრილი დიზაინები გრანიტში 27 პროცენტით მეტი ენერგია მოითხოვენ ახალი 35 გრადუსიანი ვერსიებთან შედარებით, რადგან ისინი შეკუმშვის მოქმედებას ცუდად აძლევენ. სწორი კუთხის არჩევა ნამდვილად დიდ განსხვავებას ქმნის: ის უკეთეს გამოკვეთის სიბრტვილებს ქმნის და იმ გამოწვევებს, რომლებიც მოქმედებას შენელებენ, ამცირებს. ძაბვის განაწილების მოდელების შესწავლით საინტერესო ფაქტი აღმოაჩენთ: 35 გრადუსიანი დიზაინები კვეთის წაკეცვის ზღვართან ფონ მიზესის ძაბვას დაახლოებით 41 პროცენტით ამცირებს, რაც ნიშნავს ნაკლებ სითბოს დაგროვებას და ინსტრუმენტის უფრო ნელ გამოყენებას დროთა განმავლობაში. ეს ნამდვილად გვიჩვენებს, რომ როდესაც საქმე გავაკეთებთ ძლიერ გეოლოგიურ ფორმაციებზე, სადაც ენერგიის მოხმარება ყველაზე მნიშვნელოვანია, კვეთის ინსტრუმენტების ფორმა საერთო ეფექტურობაზე უფრო მეტ გავლენას ახდენს, ვიდრე მხოლოდ ძალიან მტკიცე მასალებზე დაყრდნობა.

Საჭრელი ბურღის კბილები Დიზაინი და გამოტკოცვის ეფექტურობა მყარ სასტანო ქანებში (გრანიტი, კვარციტი, ბაზალტი)

Ვოლფრამის კარბიდის ჩასასმელი (TCI) ბურღილის თავები: მაღალი შემოფარების წნევის პირობებში აბრაზიული მოხმარების მეტად მეტი და ქარხნული გატეხვის რისკის ბალანსირება

TCI ბურღვის ბორბლები ძალზე პოპულარულია მძიმე ქანების ბურღვის დროს, რადგან ისინი ძალიან კარგად აწინააღმდეგებიან ცხელებას. თუმცა, როდესაც ჩვენ ღრმა ბურღვის საჭიროებებს ვაკმაყოფილებთ და წნევა ძალიან მაღალი ხდება, კარბიდული კბილები სტრესული შეტევების ნიშნებს იჩენენ. ჩვენი FEA შედეგების ანალიზის მიხედვით, დაბალი უკან მოხაზულობის კუთხის (დაახლოებით 15 გრადუსი) დიზაინებს გრანიტის გავლის დროს 35 გრადუსიანი იდეალური კონფიგურაციის შედარებით 27 პროცენტით მეტი ენერგია სჭირდება. ეს დამატებითი დატვირთვა ასევე აჩქარებს ჩასასმელების ცხელებას. როდესაც ჩვენ მივდივართ 1500 მეტრზე ღრმას, სიტუაცია კიდევე უფრო რთულდება, რადგან გარშემომყოფი ქანის წნევა 50 მპა-ს აღემატება. კვლევები აჩვენებენ, რომ კვარციტის ფორმაციებში წნევის ყოველ 10 მპა-ს მატება ჩასასმელების შეტევებს დაახლოებით 18%-ით ამატებს. ამ შემთხვევაში სწორი კარბიდული გრეიდის არჩევა ძალიან მნიშვნელოვანია. ხშირი გრანულომეტრიანი ვარიანტები უკეთ აწინააღმდეგებიან სწრაფ შეტევებს, მაგრამ დროთა განმავლობაში უფრო სწრაფად ცხელდებიან, რაც ნიშნავს, რომ ოპერატორებს უნდა დააკმაყოფილონ სიმტკიცისა და სიგრძის შორის ბალანსი მიმდინარე სამუშაოს ტიპის მიხედვით.

Როდესაც მოჭრილი კბილიანი ბიტები გამოირჩევიან: როტაციულ-პერკუსიული შედეგი 80 მპა კვარციტში და მაკრო-გეომეტრიული მდგრადობის როლი

Როდესაც საქმე ეხება ძალიან მყარი კვარციტის ქანების გათხრას, რომელთა წნევის სიმტკიცეც 80 მპა-ზე მეტია, მოქსოვილი კბილები, როგორც წესი, ტრადიციულ TCI-ებს აჯობებს. ეს ნაჭრები ფორმირებულია ისე, რომ მათ აქვთ ისეთი სტრუქტურული სიმტკიცე, რაც საჭიროა ასეთი მოთხოვნადი სამუშაოსთვის. ფოლადის კბილები უფრო კარგად უმკლავდებიან განმეორებით დატვირთვას, ვიდრე კარბიდული ჩანართები, რადგან ისინი პატარა ბზარებს კონტროლირებადი გზით ქმნიან, ნაცვლად იმისა, რომ ერთბაშად დაიშალონ. საველე ტესტებმა აღმოაჩინეს, რომ ეს მიდგომა მთლიანად 40%-ით ამცირებს ბიტების მარცხებს. კიდევ ერთი დიდი პლუსი არის მათი უფრო ფართო ყელის დიზაინი, რომელიც ხელს უშლის ნაჭრებს ერთმანეთში შეკუმშვისა და დაშლილი ბაზალტის ფორმაციების შექმნაში. ეს უზრუნველყოფს ყველაფრის გამართულობას დაახლოებით 92% ეფექტურობით, შედარებით მხოლოდ 78% -ით, როდესაც იყენებთ სტანდარტულ TCI ბიტებს მსგავს სიტუაციებში. კომპანიებისთვის, რომლებიც სეისმურ კვლევებს ან გვირაბების მშენებლობას ახორციელებენ შერეული მყარი კლდის გარემოში, ხშირი კბილების მოსაშორებლად გადასვლა ხშირად ხდება საჭიროება და არა ვარიანტი.

Საჭრელი ბურღის კბილები Დიზაინი და სავრეცხლო ეფექტურობა მოკლე და საშუალო ფორმაციებში (გლეხი, შელები, გამოყენებული ქვიშაქვა)

Ბოლირების თავიდან აცილება და ჭრილების წაშლის გაუმჯობესება: აგრესიული გვერდითი რეიკისა და ღორჩის გეომეტრიის კრიტიკული როლი

Კერამიკული და შისტოვანი ფორმაციებით მუშაობა ძალზე რთულ პრობლემებს იწვევს სავრეცხლო მუშაობის დროს, რადგან თუ ჭრილობები არ აიძულებენ სწორად, ჩნდება ბიტების გარშემო ნაკრების პრობლემები. ეს მოხდება მაშინ, როდესაც ყველა ეს ნარჩენი ბიტებზე მიემაგრება, რის გამოც ბრუნვის ძალა უფრო მეტი ხდება, ვიდრე უნდა იყოს, ხოლო სიღრმის მიღწევის სიჩქარე კი მცირდება. 35–45 გრადუსიანი მკაცრი გვერდითი კუთხეების გამოყენება ამ ნარჩენებს გვერდით გადაადგილებს კლდის ღრმა სავრეცხლო არხებში, ვიდრე ისინი ბიტებზე დაიგროვდეს. როდესაც ეს კუთხეები კომბინირდება უკეთ შემუშავებულ არხებთან, რომლებსაც ფართე სექციები და უფრო მკვეთრი კედლები ახასიათებს, მასალა მუშაობის დროს გაცილებით სწრაფად მოძრაობს და არ მიემაგრება. გამოცდილი ქვიშაქვის ნიმუშებით ჩატარებულმა ტესტებმა ჩვენ დაადგინეს, რომ ჩვეულებრივი აღჭურვილობის შედარებით ბიტების გარშემო ნაკრების პრობლემები 40%-ით ნაკლები იყო. კარგი სითხის გასასვლელი არ აძალებს ჩვენ ხელახლა და ხელახლა ძველი ნარჩენების გავრეცხლობას, რაც მუშაობის უწყვეტობას უზრუნველყოფს და ამ რთულ ფორმაციებში გადახურების გამო წარმოშობილი ცხელების გამო მოწყობილობის აბრაზიული მოცვლას შემცირებს.

Მასალისა და სტრუქტურის კომპრომისები: TCI წინააღმდეგ მოჭრილი ძვლის მიმართ მუდმივი საჭრელი ეფექტიანობის უზრუნველყოფა

Კარბიდული ბამბის მტკიცება, თერმული მოშლა და ფოლადის ძვლის მიკროტრეშვები ციკლური ტვირთვის ქვეშ

Ჭარბი ტემპერატურის გამოწვეული მასალის დაშლის კონტროლი ძალზე მნიშვნელოვანია ბურღის კბილების დიზაინისა და მათი ეფექტური მუშაობის განსასაზღვრად. თერმული დატვირთვა მნიშვნელოვანი პრობლემაა TCI ბურღებისთვის, რადგან მუდმივი გაცხელება და გაცივება საშუალებას აძლევს კარბიდისა და საბაზის მასალის შორის დაკავშირების შესუსტებას, რაც ხშირად გამოიწვევს ჩასმული ნაკერების გამოვარდნას გრძელი ბურღვის სესიების შემდეგ. მოჭრილი ფოლადის კბილებიც თავისი პრობლემებით არ არის დაკმაყოფილებული — მათ დროთა განმავლობაში მიკროტრეშქები იჩენენ ყველა შეჯახების გამო, რაც განსაკუთრებით შემჩნევა გრანიტულ ფორმაციებში, სადაც წნევა 750 მპა-ს აღემატება. სასრული ელემენტების ანალიზი აჩვენებს, რომ TCI ბურღები ძლიერი ქანების პირობებში დაახლოებით 1,8-ჯერ უფრო გრძელხანიანად მუშაობენ დაშლამდე, მაგრამ თუ გეომეტრია ძალიან აგრესიულია, თერმული პრობლემები სწრაფვით იჩენენ თავს. ფოლადის კბილების შემთხვევაში სიტუაცია სხვაგვარია: აბრაზიულ ქანებში მუდმივი დარტყმები იწვევს მიკროტრეშქების გაზრდას 0,3–0,5 მმ-ით ყოველ 100 საათში, ამიტომ მიუხედავად იმისა, რომ ისინი საწყის ფასად იაფიან, უფრო ხშირად მოითხოვენ ჩანაცვლებას. საერთო ეფექტურობის საუკეთესო ბალანსის მისაღებად საჭიროებს სამუშაო ამოცანის მიხედვით შესაბამისი ინსტრუმენტის არჩევანს. TCI ბურღები საუკეთესო შედეგებს აჩვენებენ მაშინ, როდესაც ტემპერატურის ცვლილებები არ არის ძალიან მკაცრი და აბრაზიული wear (გამოხვევა) არის ძირითადი პრობლემა. ფოლადის კბილები კი მეტად გამოსადეგია იმ შემთხვევებში, როდესაც ძირითადი მოთხოვნები არის გატეხვის წინააღმდეგ წინააღმდეგობა და მოულოდნელი შეჯახებების შეძლება.

Ხელიკრული

Რა გავლენას ახდენს ბურღის კბილების გეომეტრია ენერგოეფექტურობაზე?

Ბურღის კბილების გეომეტრია პირდაპირ ავლენს ენერგოეფექტურობას ქანის დაშლის მექანიკის განსაზღვრით. ოპტიმალური კონფიგურაციები მინიმიზაციას ახდენენ ენერგიის დაკარგვას, ეფექტური გასწვლადი რეჟიმების მხარდაჭერით და ენერგია-ინტენსიური დახრის არ დაშვებით.

Როგორ მოქმედებს წვეტის კუთხე, უკან გასწვლადი კუთხე და გვერდითი გასწვლადი კუთხე ბურღვის დროს ქანის დანგრევაზე?

Წვეტის კუთხე გავლენას ახდენს დაშლის დაწყებაზე: მეტად მახვილი კუთხეები აძლიერებენ ძაბვის კონცენტრაციას და ჩაქარებენ დარტყმის გავრცელებას. უკან გასწვლადი კუთხეები ავლენენ დანგრევის ტიპს, სადაც უფრო მაღალი კუთხეები უფრო მეტად უწყობს გასწვლადი დანგრევას დაძაბულობის მეშვეობით. გვერდითი გასწვლადი კუთხე მოქმედებს გამოტანილი მასალის გამოყოფაზე და გვერდითი ძალების განაწილებაზე, ხოლო უფრო აგრესიული კუთხეები ამცირებენ ბურღის გარშემო მასალის გაგროვების („ბოლინგის”) პრობლემებს.

Როგორ უწყობს სასარგებლო წვდომას სასრულო ელემენტების ანალიზი (FEA) ბურღის სამუშაო უნარების გაგებაში?

FEA საშუალებას აძლევს შეაფასოს მოწყობილობის ეფექტურობა დაძაბულობის განაწილებისა და ენერგიის მოხმარების ანალიზით. ის აჩენს დიზაინის ცვლილებების გავლენას, მაგალითად, უკანა კუთხის კუთხით, ეფექტურობაზე, აბრაზიულ მოცვლაზე და დაძაბულობის ნიმუშებზე, რაც ხელს უწყობს ჭრის ინსტრუმენტის ფორმისა და ენერგიის მოხმარების ოპტიმიზაციას.

Რა უპირატესობები აქვს მოჭრილ კბილიან ბიტებს ტრადიციული TCIs-ს შედარებით მკვრის ქანების გასაჭრელად?

Მოჭრილ კბილიან ბიტებს ახასიათებს სტრუქტურული მდგრადობა, რაც შემცირებს მათ გამოყენების დროს მოხდენილ გაფუჭებებს კონტროლირებული გატეხილების განვითარების საშუალებით. ისინი განსაკუთრებით კარგად მუშაობენ მკვრის ქანების გასაჭრელად, მაინტენირებენ ეფექტურობას და ამცირებენ მასის შეკრების (pack-up) პრობლემებს, რაც საწინააღმდეგოა ტრადიციული TCIs-ში გამოყენებული მყიფე კარბიდული ჩასასმელების შემთხვევაში.

Რატომ არის მნიშვნელოვანი სწორი კარბიდული გრადუსის არჩევა მაღალი წნევის გარემოში მომხდარი საჭრელი სამუშაოების დროს?

Მაღალი წნევის გარემოში კარბიდული გრადუსები მოქმედებენ აბრაზიულ მოცვლასა და გატეხილების წინააღმდეგ მდგრადობაზე. ხშირად გამოყენებული დიდი გრანულები უკეთ აძლევენ შეჯახების წინააღმდეგ მდგრადობას, მაგრამ უფრო სწრაფად იხარჯებიან. სწორი გრადუსის არჩევა აძლევს საშუალებას შევადაროთ შეჯახების წინააღმდეგ მდგრადობა და სიგრძე, რათა მივიღოთ საუკეთესო საერთო შედეგი.