Буровые долота PDC без керна: почему соответствие долота типу грунта важнее, чем его цена.
Несколько месяцев назад начальник шахты в Шаньси показал мне ящик, полный неисправных долот для плазменной обработки — около тридцати штук, все извлечены с одного и того же проекта по откачке газа. Режущие элементы были не просто изношены. Они были разбиты. Отсутствовали куски алмазного стола, твердосплавные подложки были полностью отколоты, некоторые из них посинели от перегрева из-за работы всухую. В чем причина? Все долота в этом ящике были одной и той же модели. Стандартные трехлопастные долота для плазменной обработки с плоской поверхностью, заказанные оптом, потому что цена была подходящей. Никто не удосужился проверить, соответствует ли форма пласта.
Этот ящик — довольно дорогой урок простой истины: качество сверла PDC без сердечника зависит от породы, с которой вы его используете. Неправильный подбор — и вы израсходуете сверла быстрее, чем успеете заказать новые. Правильный подбор — и сверло той же конструкции прослужит дольше, чем три его неподходящих аналога.
Мягкие геологические формации: не стоит их усложнять.
Если вы бурите глину, аргиллит или угольные пласты — грунт, где оператор буровой установки чувствует, как быстро изнашивается долото, а шлам отходит, как влажная паста, — вам не нужна экзотическая геометрия резцов. Стандартное трехлопастное долото PDC с плоскими резцами справится с задачей и сделает это быстро.
Почему три лопасти? Более широкие щели для шлама. В мягком грунте вы производите много шлама в секунду, и если канавки не могут достаточно быстро его отводить, вы в конечном итоге перемалываете стругу вместо того, чтобы пробурить отверстие. Три лопасти обеспечивают максимальный зазор. Плоские PDC-резцы обеспечивают самую острую кромку для резки с преобладанием среза, а в мягких породах среза достаточно.
Эта конфигурация идеально подходит для большинства скважин для обнаружения воды, бурения газовых скважин в угольной промышленности и неглубокой разведки, где скорость проходки важнее, чем срок службы долота. Поддерживайте постоянную скорость вращения буровой штанги и непрерывный поток промывочной среды, и эти долота будут эффективно работать в угольных пластах на протяжении всей смены.
Среднепрочные формации: вот где начинается самое интересное.
Песчаник, выветренный гранит, известняк — геологические образования, где порода начинает оказывать сопротивление. Именно в этой зоне многие операторы сталкиваются с проблемами, используя плоские резцы, предназначенные для мягких грунтов. Плоские поверхности PDC обеспечивают агрессивное резание, но в более твердых породах агрессивное резание приводит к ударным нагрузкам, с которыми плоские резцы плохо справляются. Начинается образование микросколов вдоль кромки алмазного стола, и как только скол начинается, он распространяется.
Решение простое: перейдите на сферические или куполообразные резцы PDC. Изогнутый профиль распределяет ударную силу по большей площади контакта, а не концентрирует ее на одном крае. Скорость проникновения немного ниже, но вы жертвуете несколькими секундами на метр ради сверла, которое действительно завершает отверстие.
Для корпуса бурового долота используется усиленная четырехкрылая конструкция. Дополнительное крыло обеспечивает точки опоры, которые поддерживают стабильность долота при переходе между слоями различной твердости. В чередующихся слоях песчаника и сланца, где твердость может меняться в пределах одной длины буровой штанги, эта стабильность обеспечивает прямолинейность скважины и предотвращает резкие колебания буровой штанги.
Сложные, трещиноватые геологические формации: когда грунт не желает сотрудничать
Трещиноватый грунт с твердыми прослойками — это особая головная боль. Буровое долото натыкается на твердую линзу, отклоняется вбок в плоскость трещины, и внезапно скважина начинает отклоняться от курса. В этом случае буровая штанга подвергается боковым нагрузкам, на которые она не рассчитана, и происходит ускоренный износ соединений.
Четырехлопастное высокопрочное долото PDC со смешанной геометрией резцов — сферические зубья PDC для основной зоны резания и более мелкие плоские резцы для защиты от износа — обеспечивает наилучшие шансы на удержание траектории при прохождении трещин. Ключевым моментом здесь является не только форма резцов; важно общее количество точек контакта, удерживающих долото в центре скважины во время проходки через непредсказуемый грунт.
Параметры бурения: то, что незаметно убивает буровые долота.
Вы можете выбрать идеальный участок для построения и всё равно разрушить его за полсмены, если ваши параметры не соответствуют требованиям. Вот что действительно важно:
Вес на удиле. Для большинства некерновых буровых долот PDC диаметром 75-130 мм поддерживайте осевую нагрузку в пределах 5-15 кН. При нагрузке ниже 5 кН резцы скользят, а не зацепляются — это полирует алмазный стол, не разрезая породу. При нагрузке выше 15 кН, особенно в твердом грунте, вы рискуете столкнуться с катастрофическим отказом резцов. Я видел, как операторы увеличивали давление, потому что скорость проходки падала, не понимая, что долото уже затупилось. Дополнительный вес на затупившемся долоте просто ломает резцы.
Скорость вращения. Диапазон оборотов от 150 до 400 об/мин подходит для большинства применений. Более высокие обороты в этом диапазоне работают в мягких, однородных грунтах, где перегрев не является проблемой. В более твердых породах следует использовать более низкие обороты. Высокие обороты плюс высокая нагрузка на режущую кромку приводят к тепловому разгону на поверхности режущего инструмента — алмаз PDC начинает разрушаться при температуре выше 350°C, и без надлежащего охлаждения этот порог будет достигнут за считанные секунды.
Никогда не допускайте пересыхания. Это кажется очевидным, но такое случается чаще, чем хотелось бы признать. Кратковременная потеря потока промывочной жидкости во время замены штанги, и долото продолжает вращаться, ударяясь о сухую породу. Перфорированные диафрагменные резцы без охлаждения быстро выходят из строя. Нет воды — нет воздуха — нет долота. Убедитесь, что промывочная жидкость поступает, прежде чем надавливать на долото, каждый раз.
Поддержание работоспособности сверл между отверстиями
Правильно обслуживаемое долото PDC может пройти несколько циклов заточки, прежде чем его ресурс будет исчерпан. После извлечения долота его следует тщательно промыть — засохшая грязь и каменная пыль, оставшиеся в водоемах, вызовут коррозию стального корпуса и заблокируют поток охлаждающей жидкости при следующем проходе. Резьбовые соединения между долотом и буровой штангой необходимо слегка смазать антикоррозийной смазкой или ингибитором коррозии; заклинившее соединение на дне глубокой скважины — это работа по извлечению, которую никто не хочет выполнять.
Осмотрите режущие поверхности при хорошем освещении. Если вы видите неравномерный износ — например, внешние режущие кромки изношены, а центральные выглядят как новые — это говорит о настройках параметров или переходах между пластами. Внесите соответствующие корректировки. Небольшие сколы на отдельных режущих кромках не означают, что долото непригодно; эти режущие кромки можно заменить по отдельности, и долото можно снова использовать за гораздо меньшую стоимость, чем новое.
В итоге: сверла PDC без сердечника — это не одноразовые инструменты. Это инструменты, которые поощряют внимательность и наказывают за небрежность. Выбирайте подходящее сверло для конкретного типа грунта, используйте его в пределах допустимых параметров и очищайте его после каждого отверстия. Делайте это, и вы перестанете забивать ящики неисправными сверлами.
