Kulcsfontosságú fúrószerszámok: Átfogó útmutató a görgős kúpos és gyémántfúrófejek osztályozásához és alkalmazásához

01 Görgős kúpfúrók: Sokoldalú eszközök a formációkhoz való alkalmazkodáshoz

1909-es megjelenésük óta a görgős kúpos fúrók a forgófúrásban a legszélesebb körben használt fúrótípussá váltak. Egyedülálló többkúpos szerkezeti kialakításuk lehetővé teszi számukra, hogy alkalmazkodjanak a különféle formációs körülményekhez, a lágytól a rendkívül keményig.

Szerkezeti összetétel és alapvető technológiák

A görgős kúpos fúró öt fő alkatrészből áll:

• Bittest: Három egymáshoz hegesztett kúpos láb, felső részén csatlakozómenettel.
• Görgőkúpok: Kúpos fémtestek mart fogakkal vagy betétfogakkal a felületükön.
• Csapágyrendszer: Négy csapágykészletből áll: nagy, közepes, kis és axiális csapágyak.
• Fúvókák: Általában 3-4 darab, 7-14 mm átmérővel.
• Olajtároló és tömítőrendszer: Gumi vagy fém tömítőgyűrűk nyomáskiegyenlítő eszközökkel kombinálva.

Ezek közül a csapágytömítési technológia kulcsfontosságú technológiai áttörést jelent a görgős kúpos fúrók számára. A modern fúrók olajtároló nyomáskiegyenlítő rendszert alkalmaznak, amely dinamikus egyensúlyt tart fenn a csapágyüregben lévő olajnyomás és a fúrólyuk fúrófolyadék oszlopnyomása között olyan alkatrészeken keresztül, mint a nyomásátviteli furatok, a nyomáskiegyenlítő membránok és az olajcsészék.

Osztályozási rendszer és IADC kódolás

A Fúróvállalkozók Nemzetközi Szövetsége (IADC) kidolgozott egy globálisan egységes osztályozási szabványt a görgős kúpos fúrókra, egy háromjegyű kódolási rendszer használatával:

Első számjegy: Fogtípus és alkalmazható formáció

1: Mart fogak, lágy képződmények

2: Mart fogak, közepesen kemény és közepesen kemény formációk

3: Mart fogak, kemény és abrazív képződmények

5: Lapkafogak, lágytól közepes formációkig

6: Lapkafogak, közepesen kemény formációk

7: Lapkafogak, kemény és abrazív képződmények

8: Lapkafogak, rendkívül kemény és erősen koptató képződmények

Második számjegy: A formáció keménységének alegysége (1-4. fokozat; a nagyobb számok keményebb formációkat jelölnek)

Harmadik számjegy: Bitszerkezeti jellemzők

4: Tömített görgőscsapágyak

6: Tömített siklócsapágyak

7: Tömített siklócsapágyak + betétmérő védelem

8: Eltérítő fúrófejek irányított fúráshoz

Egyszerűsített IADC osztályozási rendszer görgős kúpfúrókhoz

Kőtörő mechanizmus és mozgási jellemzők

Működés közben a görgős kúpos fúró háromféle összetett mozgást mutat:

• Forgás: A kúpok az egész bittel együtt az óramutató járásával megegyezően forognak.
• Forgás: A fogak az óramutató járásával ellentétesen forognak a kúp tengelye körül.
• Csúszás: Beleértve a radiális és tangenciális csúszást.

Ez az összetett mozgás kettős kőtörő hatást ér el:

1.Ütésszerű zúzóhatás: Az egyes és kettős fogak váltakozó érintkezése az alsó furattal hosszanti rezgést generál, ami ütőerőt hoz létre.

2.Csúszó nyíróhatás: A kőzet nyírását túlnyúlás, kettős kúp és eltolt szerkezetek kialakításával érik el.

Kiválasztási stratégia és formációillesztés 

A kőzettulajdonságokon alapuló görgős kúpos fúrófejek kiválasztásának alapelvei:

• Lágy formációk: Válasszon eltolt, túlnyúló és dupla kúpos szerkezetű fúrókat, magas, széles és ritkán mart vagy betétfogakkal felszerelve.
• Közepesen kemény formációk: Csökkentse az eltolás, a túlnyúlás és a kettős kúp értékeit; használjon rövid, keskeny és sűrű fogakat.
• Kemény és abrazív képződmények: Használjon egykúpos hengereket túlnyúlás vagy eltolás nélkül, gömbfogakkal vagy kúpos gömbfogakkal felszerelve.
• Elhajlásra hajlamos formációk: Válasszon rövid fogú, eltolás nélküli vagy kis eltolású, valamint mérőfogak nélküli fúrófejeket.
• Beágyazott lágy és kemény képződmények: Válasszon fúrótípusokat a keményebb kőzet alapján, és dinamikusan állítsa be a paramétereket fúrás közben.

Válasz a különleges munkakörülményekre

• Kis furatok (<177 mm): Használjon egygörgős kúpos fúrókat, amelyek nagyobb kúpokkal, fogakkal és csapágyakkal rendelkeznek a nagyobb szilárdság érdekében.
• Irányított fúrás: Válasszon speciális eltérítőfúrókat, amelyek IADC kódjának harmadik számjegye 8. 

02 Gyémántfúrók: Hatékony szerszámok kemény formációkhoz 

A természetben előforduló legkeményebb anyagként a gyémánt Mohs-keménysége 10-es, nyomószilárdsága akár 8800 MPa, kopásállósága pedig 9000-szerese az acélénak. Ezt a tulajdonságot kihasználva a gyémántfúrófejek a kemény képződmények megmunkálásának végső eszközévé váltak.

Osztályozási rendszer és technológiai fejlődés

A modern gyémántfúrófejek főként három típusba sorolhatók:

1.Felületre őrlődő gyémántfúrók

• A gyémántrészecskék a mátrix felületén láthatók.
• Közepesen kemény és kemény formációkhoz alkalmas.
• Gyémánt szemcseméret-besorolás:
• Lágy képződmények: 2 szemcse karátonként (gpc) (részecskeméret kb. 4 mm)
• Közepesen kemény képződmények: 3-4 gpc (részecskeméret kb. 3,6 mm)
• Kemény képződmények: 10-15 gpc (részecskeméret kb. 2,0 mm)

2.Impregnált gyémántfúrók

• A gyémántokat a mátrix belsejébe impregnálják (60-400 gpc).
• Kemény és abrazív képződményekhez (pl. kovakő, kovasavas dolomit) alkalmas.
• A gyémánt önélezése mátrixkopás révén valósul meg.

3.PDC bitek (polikristályos gyémánt kompakt bitek)

• Először az egyesült államokbeli General Electric (GE) vezette be 1973-ban.
• Kompakt szerkezet: Gyémántréteg + keményfém hordozó.
• Lágy és közepesen kemény homogén képződményekhez alkalmas.

Szerkezeti tervezés és alapvető paraméterek

A gyémántfúrófejek integrált kialakításúak, mozgó alkatrészek nélkül, főként a következőket tartalmazzák:

• Acél test: Közepes szénacélból készült, felső részén csatlakozómenettel.
• Mátrix: Volfrám-karbid por + réz alapú kötőanyag, HRC 30-45 keménységgel.
• Vágóelemek: Természetes/szintetikus gyémántok vagy PDC tömörítők.
• Vízépítészet: Vízfolyások és áramlási csatornák (radiális, spirális stb.).

Főbb tervezési paraméterek

• Gyémántkoncentráció: A formáció abrazív jellege alapján beállítva; magasabb koncentráció abrazívabb formációkhoz.
• Kiemelkedés magassága:
• Lágy képződmények: a részecskeméret 1/3-a
• Kemény képződmények: a részecskeméret 1/6-1/10-e
• Ajakforma:
• Lapos aljú: Homogén képződményekhez
• Ívelt: Kemény formációkhoz
• Fogazott: Csiszoló képződményekhez

Kőzettörési mechanizmus és formációválasz

A gyémántfúrók kőzettörési módszere a képződési tulajdonságoktól függően változik:

Képlékeny képződmények (pl. agyagkő, gipsz): Hasonló a „szántási” folyamathoz; a gyémántok behatolnak a képződménybe, és plasztikus kőzetfolyást okoznak.

Rideg képződmények (pl. kvarchomokkő): Térfogati zúzógödrök alakulnak ki, a vágási méretek 2-4-szeresei a gyémántok kinyúlásának, ami nagy hatásfokot eredményez.

Kemény kőzetek (pl. kovakő, kovasavas kőzet): Impregnált darabokat használnak, és a kőzetek törését mikrovágással és karcolással érik el, hasonlóan a köszörűkorong kopásához.

A PDC bitek technikai előnyei és korlátai

A gyémántfúró család forradalmi termékeként a PDC fúrófejek egyedi előnyökkel rendelkeznek:

Szerkezeti jellemzők

Acéltestű PDC fúrófejek: Integrált közepes széntartalmú acél felületedzéses kezeléssel.

Mátrixos testű PDC bitek: Felső acél test + alsó volfrám-karbid mátrix, jobb teljesítményt nyújtva.

Profiltervezés

Parabolikus: Lágy formációkhoz, nagy fúrási sebességet és nagy áteresztőképességet biztosítva.

Kör alakú: Forgóasztalos fúráshoz, megkönnyíti a kemény köztes rétegek behatolását.

Kúpos: Nagy sebességű fúráshoz, jó behatolási teljesítménnyel.

Alkalmazási korlátok

Nem alkalmas kavicsképződményekhez és közbeesett lágy-kemény képződményekhez.

Hőállósági határérték (a kopás 350 ℃ felett fokozódik; a szilárdsági szakadás 700 ℃-on következik be).

Gyenge ütésállóság; az új bitek élei lepattogzhatnak.

Gyémántfúrók alkalmazható alakzatainak összehasonlító táblázata

03 Tudományos Kiválasztási Útmutató: Formációk és Műveleti Követelmények Párosítása

Aranyszabályok a görgős kúpos bit kiválasztásához

Formációs keménység illesztés

Lágy formációk: Válasszon nagy eltolással, túlnyúlással és dupla kúpos szerkezettel rendelkező fúrókat, ék vagy kanál alakú fogakkal.

Kemény formációk: Egykúpos, nem eltolt szerkezeteket alkalmazzon, gömbfogakkal vagy kúpos gömbfogakkal felszerelve.

Válasz a koptató hatásra

Csiszoló képződményekhez használjon fogazott betétfúrókat.

Ha a külső sor fogai lekerekítettek, míg a középső fogak csekély kopást mutatnak, akkor a következő bitet fokozott mérőeszköz-védelemmel kell megtervezni.

Ellenintézkedések különleges munkakörülmények esetén

Elhajlásra hajlamos formációk: Válasszon eltolás nélküli vagy kis eltolással rendelkező rövid fogú fúrófejeket; a formáció alkalmazkodóképességének kissé lágyabbnak kell lennie, mint a tényleges formációnak.

Átágyazott lágy-kemény formációk: A keményebb kőzet alapján választanak ki fúrófejeket, és a fúrás során dinamikusan állítják be a paramétereket.

Mélyfúrás: Használjon nagy teljes anyagmennyiségű fúrófejeket a kioldási időveszteség kompenzálására.

Gyémántfúrófejek kiválasztási stratégiája

A PDC bitekre vonatkozó feltételek

Optimális forgatókönyvek: Hosszú, homogén, lágytól közepesen kemény képződmények (pl. agyagpala, iszapkő, gipsz).

Tiltott forgatókönyvek: Kavicsképződmények, kovakő közbeesők, lágy-kemény közbeeső képződmények.

Paraméterbeállítás: Alacsony WOB (30-60 kN), magas RPM (100-300 ford/perc), nagy áramlási sebesség.

Természetes/szintetikus gyémántfúrókra vonatkozó feltételek

Keménytől a rendkívül kemény képződményekig (pl. gránit, kvarchomokkő).

Erősen koptató képződmények (pl. kovakő, kovasavas dolomit).

Turbina fúrás, mély/ultramély kutak és magfúrási műveletek.

Koronafúrókra vonatkozó különleges követelmények

Görgős kúpos magfúrók: Négygörgős kúpos (kúpos/hengeres) vagy hatgörgős kúpos (teljesen hengeres) kivitel.

Gyémánt magfúrók: Szimmetrikusan elosztott vágóéleket igényelnek, állandó kopásállósággal.

Fő jelző: A belső furat és a külső kör közötti koncentrikusság a mag oválisodásának elkerülése érdekében.

Fúrólyuk-anomália megítélése és kezelése

Görgős kúpos bit működési állapotának azonosítása

Csapágykárosodás: A forgóasztal időszakos rázkódása, ami nagy WOB esetén rosszabbodik, csökkent fúrási sebesség, de normális szivattyúnyomás mellett.

Kúpveszteség: Súlyos fúrási beragadás, a súlyjelző heves ingadozása, a befúrási mélység változása a fúrószál felhúzásakor.

Fogkopás: Csökkentett forgóasztal-terhelés, nincs rázkódás, a fúrási sebesség jelentős csökkenése.

Gyémántfúrófejek használati tabjai

A fúró lefúrása előtt meg kell tisztítani az alsó furatot, hogy ne maradjon benne fémtörmelék.

Kezdje a fúrást kis WOB-bal és alacsony fordulatszámmal a „bejáratáshoz” (0,5 m-es furatfenék-kondicionálás).

Kerülje a dörzsárazási műveleteket; szükség esetén használjon alacsony WOB-ot és alacsony fordulatszámot az egyenletes működés érdekében.

Kapcsolat:Jessie Zhou
Mobil/WhatsApp:+0086-18109206861
Web:www.landrilltools.com