A trikon fúrófejek helyes használata
Hogyan befolyásolja a formációlitológia a fúrófej meghibásodását? A formációlitológia többféleképpen befolyásolja a fúrási teljesítményt: befolyásolja a behatolási sebességet és a fúrófelületet, összetett fúrási problémákat okozhat, mint például a kieső keringés, a rúgások, a kút összeomlása és a cső elakadása, megváltoztatja a fúrófolyadék viselkedését, és befolyásolja a fúrólyuk minőségét (fúrólyuk eltérése és szabálytalan átmérők), ami viszont hatással van a cementálás minőségére. A litológia és fúrási viselkedésének elemzése elengedhetetlen a megfelelő fúró kiválasztásához és annak megítéléséhez, hogy használata ésszerű-e.
Agyagok, iszapkő és palák: Ezek a képződmények könnyen elnyelik a szabad vizet a fúrófolyadékból és megduzzadnak, csökkentve a fúrólyuk átmérőjét és behatolási ellenállást hozva létre, ami a cső elakadásához vezethet. A hosszan tartó áztatás a fúrólyuk leválását és megnagyobbodását is okozhatja, ami összeomláshoz vezet. Lehetőség szerint édesvizet vagy alacsony sűrűségű, alacsony viszkozitású iszapot használjon. A széntartalmú palák gyenge kohézióval rendelkeznek, és hajlamosak az összeomlásra. A puha, agyagban gazdag képződmények gyorsan fúródnak, de érzékenyek a fúrófejek gömbösödésére.
Homokkövek: A homokkő tulajdonságai nagymértékben változnak a szemcsemérettől, az ásványi összetételtől és a cement típusától függően. A finomabb szemcsék, a magasabb kvarctartalom, valamint a kovasavas vagy vasban gazdag cement keményebbé és koptatóbbá teszi a kőzetet, növelve a fúró kopását (pl. kvarc-arenit). Több agyagcement, csillám vagy földpát puhábbá és könnyebben fúrhatóvá teszi a kőzetet. A durvább szemcsék és a rossz cementáció növeli az áteresztőképességet és növeli a folyadékveszteség kockázatát; vastag szűrőlepény képződhet a falon, ami ragadós tapadást és letapadásproblémákat okozhat, ami a fúró rendellenes működéséhez vezethet.
Konglomerátumok: A konglomerátumokban történő fúrás gyakran a fúró visszapattanását, csörgését és a fúrólyuk falának meghibásodását okozza. Ha a szivattyúteljesítmény alacsony, vagy az iszap viszkozitása nem megfelelő, a kavicsméretű részecskék nem térnek vissza könnyen a felszínre; a nagyobb forgácsok károsíthatják a fúró kúpjait és fogait.
Mészkövek: Jellemzően kemények, lassú behatolással és korlátozott fúrási mélységgel. Sok mészkőben repedések, bugák és üregek alakulnak ki; ezek előfordulása a fúró elakadását, kimosódást, a keringés elvesztését, és esetenként rúgásokat vagy kipukkadásokat okozhat. A mészkő erősen befolyásolja a behatolást, a mechanikai sebességet és a fúró kopását. A váltakozó kemény és puha rétegek (például a kemény homokkővel átitatott iszapkő) és az erősen dőlő képződmények növelik a fúrólyuk eltérésének valószínűségét; a fúró károsodása valószínűbb, ha erősen eltérített furatokat fúrnak. Az oldható sórétegek (gipsz, halit stb.) ronthatják az iszap tulajdonságait és ronthatják a fúró normál teljesítményét.
Fúrási paraméterek és hatásuk A fúrási folyamat során a legfontosabb szabályozható fúrási paraméterek a fúrófejre jutó súly (WOB), a forgási sebesség (RPM) és az iszapkeringési sebesség. Ezeket a paramétereket a formáció körülményei, a fúrófej típusa, a fúróberendezés képességei és a kezelő szakértelme alapján kell kiválasztani. A fúrási paramétereket általában a következőképpen osztályozzák:
Optimalizált fúrási paraméterek: azok, amelyek adott körülmények között a legjobb gazdasági eredményt érik el.
Agresszív (vagy fokozott) fúrási paraméterek: a normálnál magasabb értékek a nagyobb behatolási sebesség elérése érdekében.
Speciális fúrási technikák: specifikus módszerek vagy korlátozott paraméterkészletek, amelyeket adott célokra használnak.
A különböző paraméterválasztások különböző fúrófej-típusokat igényelnek; a fúrófejek különböző fúrási körülmények között különböző mechanizmusok szerint törnek el, és ennek megfelelően kell kezelni őket.
2.1 A súly hatása a fúrófejre (WOB) A WOB a kőzet törésének alapvető feltétele a fúrófelületen. A WOB nagysága határozza meg a kőzettörés módját és jellemzőit, és közvetlenül befolyásolja a behatolási sebességet és a fúró kopását. Axiális terhelés és forgatónyomaték alatt a vágófogak elkopnak, eltompulnak vagy eltörnek, miközben a kőzetbe nyomódnak és nyírják azt, ami nyilvánvalóan befolyásolja a behatolást. A WOB növekedésével a behatolás általában nő, de a csapágyak és a vágófogak gyorsabban kopnak, ami viszont befolyásolja a behatolást. A WOB és a behatolás közötti kapcsolat három különböző szakaszon keresztül változik:
Felületi repedési állapot: Amikor a WOB (volumennyomási keménység) kisebb, mint a kőzet benyomódási keménysége, a vágófogak nem tudnak behatolni, csak lekopják a kőzetfelszínt. A kopás magas, a penetráció alacsony, bár a penetráció arányosan növekszik a WOB növekedésével.
Fáradásos törési szakasz: Amikor a WOB megközelíti a kőzet benyomódási keménységét, a fogak ismételt működése számos felületi repedést hoz létre, és fokozatos széttöredezés következik be még teljes behatolás nélkül is.
Tömeges repedési szakasz: Amikor a WOB (volumentömörségű anyag) meghaladja a kőzet benyomódási keménységét, a fogak behatolnak és tömeges repedést hoznak létre; a fúrás hatékonnyá válik, és ez a normál fúrási üzemmód. Ezért az alkalmazott WOB-nak elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy a fogak behatoljanak és tömeges repedést hozzanak létre.
A trikon fúrófejeken végzett vizsgálatok során a WOB megduplázása azt mutatta, hogy a különböző kőzetek eltérően reagálnak: a közepesen kemény kőzetek (6-7. kőzetosztály) mutatják a legnagyobb penetrációs sebességnövekedést; a puhább (4-5. osztály) és a keményebb (8-9. osztály) kőzetek kisebb növekedést mutatnak. A fúrási ragasztós lágy képződmények iszapáthidalást és a fúrófej beragadását okozhatják, ezért a WOB-nak viszonylag alacsonynak kell lennie. A nagyon abrazív képződményekben a nem elegendő WOB a fúrófej idő előtti kopását okozza, ezért a WOB-ot megfelelően növelni kell. Töredezett képződmények esetén a fúrófej visszapattanása gyakori, és a WOB-ot csökkenteni kell a fogtörés vagy lepattogzás elkerülése érdekében. A WOB ezért egy kritikus paraméter, amelynek egyensúlyt kell teremtenie a megfelelő fogbehatolás és a fogkopás minimalizálása között.
2.2 A forgási sebesség (RPM) hatása A forgási sebesség azt méri, hogy egy adott átmérőjű darab milyen gyorsan forog. Mivel a kőzettörési viselkedés és a WOB hatása a kőzet keménységétől függ, a RPM kőzettörésre és mechanikai behatolásra gyakorolt hatásának figyelembe kell vennie a litológiai és a kőzettörési idő tényezőket.
Fordulatszám lágy formációkban: Lágy, erősen képlékeny, alacsony kopású formációkban (pl. agyagszerű ágyakban) a forgácsvastagság megegyezik a fog behatolási mélységével, és a fogkopás minimális. Állandó WOB mellett a fordulatszám és a mechanikai behatolási sebesség nagyjából arányosan nő.
Fordulatszám közepesen kemény és kemény formációkban: Ezekben a formációkban a benyomódási keménység és a kopásállóság nagyobb; a fogak gyorsabban tompulnak, az érintkezési terület megnő, a repedésterjedési és deformációs idők pedig meghosszabbodnak. A behatolás lelassul, és nagyobb WOB szükséges. A fordulatszám növelése kemény formációkban meghosszabbíthatja a kőzettörési időt fordulatonként, így a túlzott fordulatszám megakadályozhatja a teljes törést, mielőtt a fogak leválnának, csökkentve a hatékony behatolást és felgyorsítva a kopást. Ezért a fordulatszámot nem szabad túlzottan növelni közepesen kemény vagy kemény formációkban.
Fordulatszám-különbségek a kőzettípusok között: Minden kőzettípusnak van egy jellegzetes válaszgörbéje és egy határ-fordulatszáma. Agyagokban a penetráció sebessége arányosan növekszik a fordulatszámmal; kemény, erősen abrazív kőzetekben a penetráció lassabban növekszik a fordulatszámmal a hosszabb kőzettörési idő és az alacsonyabb határ-fordulatszám miatt – ennek a határértéknek a túllépése valójában csökkentheti a penetrációt.
A trikonfúrófejek fordulatszám-megduplázásával végzett tesztek eredményei azt mutatják, hogy a 4. fokozatú kőzet (pl. márvány) penetrációs sebessége körülbelül 93%-kal nőtt, míg a 9. fokozatú porfíros gránit esetében a növekedés csak körülbelül 28%-os volt. A 4. fokozattól a 9. fokozatig a penetrációs növekedés a fordulatszámmal egy görbe mentén csökken. Így a fordulatszám növelése a puha, alacsony kopású képződményeket előnyösen befolyásolja, de korlátozott előnyt kínál a kemény, erősen koptató képződményekben.
