Vigtige borehulsværktøjer: En omfattende guide til klassificering og anvendelse af rullekeglebor og diamantbor

01 Rullekeglebor: Alsidige værktøjer til tilpasning til formationer

Siden deres fremkomst i 1909 er rullekeglebor blevet den mest anvendte boretype til rotationsboring. Deres unikke flerkeglestrukturdesign gør det muligt for dem at tilpasse sig forskellige formationsforhold, fra bløde til ekstremt hårde.

Strukturel sammensætning og kerneteknologier

En rullekegleborekrone består af fem kernekomponenter:

• Bithus: Tre koniske ben svejset sammen, med forbindelsesgevind på den øverste del.
• Rullekegler: Koniske metallegemer med fræsede tænder eller indsatstænder på overfladen.
• Lejesystem: Består af fire sæt lejer: store, mellemstore, små og axiallejer.
• Dyser: Normalt 3-4 i antal, med en diameter på 7-14 mm.
• Olieopbevarings- og tætningssystem: Gummi- eller metaltætningsringe kombineret med trykkompensationsanordninger.

Blandt disse repræsenterer lejetætningsteknologi et centralt teknologisk gennembrud for rullekeglebor. Moderne bor anvender et olielagringstrykkompensationssystem, som opretholder en dynamisk balance mellem olietrykket i lejehulrummet og trykket i borevæskens kolonne nede i hullet gennem komponenter som trykoverføringshuller, trykkompensationsmembraner og oliekopper.

Klassifikationssystem og IADC-kodning

Den Internationale Sammenslutning af Drilling Contractors (IADC) har udviklet en globalt ensartet klassificeringsstandard for rullekeglebor ved hjælp af et trecifret kodningssystem:

Første ciffer: Tandtype og relevant formation

1: Fræsede tænder, bløde formationer

2: Fræsede tænder, mellemhårde til mellemhårde formationer

3: Fræsede tænder, hårde og slibende formationer

5: Indsatte tænder, bløde til mellemstore formationer

6: Indsatte tænder, mellemhårde formationer

7: Indsæt tænder, hårde og slibende formationer

8: Indsatstænder, ekstremt hårde og meget slibende formationer

Andet ciffer: Underopdeling af formationens hårdhed (grad 1-4; højere tal angiver hårdere formationer)

Tredje ciffer: Bitstrukturelle egenskaber

4: Forseglede rullelejer

6: Forseglede glidelejer

7: Forseglede glidelejer + beskyttelse mod indsatsmål

8: Afbøjningsbor til retningsboring

Forenklet IADC-klassificeringssystem for rullekeglebor

Stenbrydningsmekanisme og bevægelseskarakteristika

Under drift udviser en rullekeglebor tre typer af sammensat bevægelse:

• Omdrejning: Keglerne roterer med uret sammen med hele boret.
• Rotation: Tænderne roterer mod uret omkring kegleaksen.
• Glidning: Inklusive radial og tangential glidning.

Denne sammensatte bevægelse opnår en dobbelt stenbrydende effekt:

1.Stødknusningseffekt: Skiftende kontakt mellem enkelt- og dobbelttænder og det nederste hul genererer langsgående vibrationer, hvilket skaber stødbelastninger.

2.Glidende forskydningseffekt: Klippeforskydning opnås gennem design af udhæng, dobbeltkegle og forskudte strukturer.

Udvælgelsesstrategi og formationsmatchning 

Grundlæggende principper for valg af rullekeglebor baseret på bjergartsegenskaber:

• Bløde formationer: Vælg bor med forskudte, overhængende og dobbeltkegleformede strukturer, udstyret med høje, brede og spredte fræsede eller skærformede tænder.
• Mellemhårde formationer: Reducer værdierne for forskydning, overhæng og dobbeltkegle; brug korte, smalle og tætte tænder.
• Hårde og slibende formationer: Brug enkeltkeglevalser uden overhæng eller forskydning, udstyret med kugletænder eller koniske kugletænder.
• Formationer med tendens til udbøjning: Vælg korte tænder uden eller med lille forskydning og uden gage-tænder.
• Indlejrede bløde og hårde formationer: Vælg borehovedtyper baseret på den hårdere bjergart, og juster parametrene dynamisk under boringen.

Reaktion på særlige arbejdsforhold

• Små borehuller (<177 mm): Brug enkeltrullekeglebor, som har større kegler, tænder og lejer for højere styrke.
• Retningsboring: Vælg specielle afbøjningsbor, hvor det tredje ciffer i IADC-koden er 8. 

02 Diamantbor: Kraftfulde værktøjer til hårde formationer 

Som det hårdeste materiale i naturen har diamant en Mohs-hårdhed på grad 10, en trykstyrke på op til 8800 MPa og en slidstyrke, der er 9000 gange højere end stål. Ved at udnytte denne egenskab er diamantbor blevet det ultimative værktøj til at håndtere hårde formationer.

Klassifikationssystem og teknologisk udvikling

Moderne diamantbor er hovedsageligt opdelt i tre typer:

1.Overfladebehandlede diamantbor

• Diamantpartikler eksponeres på matrixoverfladen.
• Velegnet til mellemhårde til hårde formationer.
• Klassificering af diamantpartikelstørrelse:
• Bløde formationer: 2 grain pr. karat (gpc) (partikelstørrelse ca. 4 mm)
• Mellemhårde formationer: 3-4 gpc (partikelstørrelse ca. 3,6 mm)
• Hårde formationer: 10-15 gpc (partikelstørrelse ca. 2,0 mm)

2.Imprægnerede diamantbor

• Diamanter imprægneres inde i matrixen (60-400 gpc).
• Velegnet til hårde og slibende formationer (f.eks. flint, kiselholdig dolomit).
• Diamantens selvslibning opnås gennem matrixslid.

3.PDC-bits (polykrystallinske diamantkompaktbits)

• Først introduceret af General Electric (GE) i USA i 1973.
• Kompakt struktur: Diamantlag + hårdmetalsubstrat.
• Velegnet til bløde til mellemhårde homogene formationer.

Strukturelt design og kerneparametre

Diamantbor har et integreret design uden bevægelige dele, primært herunder:

• Stålhus: Lavet af medium kulstofstål, med forbindelsesgevind på den øverste del.
• Matrix: Wolframkarbidpulver + kobberbaseret bindemetal med en hårdhedsgrad på HRC 30-45.
• Skærelementer: Naturlige/syntetiske diamanter eller PDC-kompaktkværne.
• Hydraulisk struktur: Vandløb og strømningskanaler (radiale, spiralformede osv.).

Nøgledesignparametre

• Diamantkoncentration: Justeret baseret på formationens slidstyrke; højere koncentration for mere abrasive formationer.
• Fremspringshøjde:
• Bløde formationer: 1/3 af partikelstørrelsen
• Hårde formationer: 1/6-1/10 af partikelstørrelsen
• Læbeform:
• Fladbundet: Til homogene formationer
• Buet: Til hårde formationer
• Savtakkede: Til slibende formationer

Klippebrydningsmekanisme og formationsrespons

Metoden til stenbrydning af diamantbor varierer med formationens egenskaber:

Plastiske formationer (f.eks. mudsten, gips): Svarende til en "pløjningsproces"; diamanter trænger ind i formationen og forårsager plastisk strømning af klippen.

Sprøde formationer (f.eks. kvartsandsten): Der dannes volumetriske knusningsgrave med skærestørrelser, der er 2-4 gange større end diamanternes fremspring, hvilket resulterer i høj effektivitet.

Hårde bjergarter (f.eks. flint, kiselholdig bjergart): Imprægnerede bor anvendes, og stenbrydning opnås ved mikroskæring og ridser, svarende til slibeskiveafslibning.

Tekniske fordele og begrænsninger ved PDC-bits

Som et revolutionerende produkt i diamantboremaskinefamilien har PDC-boremaskiner unikke fordele:

Strukturelle egenskaber

PDC-bor med stålhus: Integreret medium kulstofstål med overfladehærdning.

Matrix-Body PDC-bor: Øvre stålkrop + nedre wolframkarbidmatrix, der giver bedre ydeevne.

Profildesign

Parabolsk: Til bløde formationer, hvilket muliggør høj fodlængde og borehastighed.

Rund: Til boring med roterende bord, der letter indtrængning af hårde mellemlejer.

Konisk: Til højhastighedsboring med god indtrængningsevne.

Applikationsbegrænsninger

Ikke egnet til grusformationer og indlejrede bløde-hårde formationer.

Temperaturbestandighedsgrænse (slid intensiveres over 350 ℃; styrkesvigt opstår ved 700 ℃).

Dårlig slagfasthed; kantafskalning på nye bor er tilbøjelig til at forekomme.

Sammenligningstabel over anvendelige formationer til diamantbor

03 Videnskabelig udvælgelsesvejledning: Matchende formationer og operationelle krav

Gyldne regler for valg af rullekeglebor

Matching af formationshårdhed

Bløde formationer: Vælg bor med høj offset, overhæng og dobbeltkeglestrukturer, udstyret med kileformede eller skeformede tænder.

Hårde formationer: Anvend enkeltkegleformede, ikke-forskydne strukturer, udstyret med kugletænder eller koniske kugletænder.

Reaktion på slidstyrke

Til slibende formationer skal du bruge indsatsbor med gage-fortænder.

Hvis tænderne i den ydre række er afrundede, mens de midterste tænder viser minimal slitage, bør det næste bor designes med forbedret beskyttelse mod tykkelser.

Modforanstaltninger for særlige arbejdsforhold

Formationer med tendens til udbøjning: Vælg korte tænder uden eller med lille forskydning; formationens tilpasningsevne skal være lidt blødere end den faktiske formation.

Indlejrede bløde og hårde formationer: Vælg borehoveder baseret på den hårdere bjergart, og juster parametrene dynamisk under boringen.

Dyb brøndsektionsboring: Brug bor med høj samlet længde for at kompensere for tab af udløsningstid.

Udvælgelsesstrategi for diamantbor

Gældende betingelser for PDC-bits

Optimale scenarier: Lange homogene bløde til middelhårde formationer (f.eks. skifer, mudsten, gips).

Forbudte scenarier: Grusformationer, flintindlejringer, indlejrede bløde-hårde formationer.

Parameterindstilling: Lav WOB (30-60 kN), høje omdrejninger (100-300 o/min), stor flowhastighed.

Gældende betingelser for naturlige/syntetiske diamantbor

Hårde til ekstremt hårde formationer (f.eks. granit, kvartssandsten).

Stærkt slibende formationer (f.eks. flint, kiselholdig dolomit).

Turbineboring, dybe/ultradybe brønde og kerneboringsoperationer.

Særlige krav til kernebor

Rullekeglekernebor: Design med fire ruller (konisk/cylindrisk) eller seks ruller (fuldcylindrisk).

Diamantborekrone: Kræver symmetrisk fordelte skærkanter med ensartet slidstyrke.

Nøgleindikator: Koncentricitet mellem det indre hul og den ydre cirkel for at undgå ovalisering af kernen.

Vurdering og håndtering af anomalier i borehullet

Identifikation af rullekegleborets arbejdstilstand

Lejeskader: Periodiske rystelser i rotationsbordet, forværring ved høj WOB, reduceret borehastighed, men normalt pumpetryk.

Kegletab: Alvorlig fastklemning i boringen, voldsomme udsving i vægtindikatoren, ændring i indløbsdybde ved optrækning af borestrengen.

Tandslitage: Reduceret belastning på drejebordet, ingen rystelser, betydelig reduktion i borehastighed.

Brugstabuer for diamantbor

Det nederste hul skal rengøres, inden boret nedbores, for at sikre, at der ikke er metalrester tilbage.

Start boringen med en lille voluminøs dybde og lavt omdrejningstal for "indkøring" (0,5 m konditionering i bundhullet).

Undgå oprivning; brug om nødvendigt lav WOB og lavt omdrejningstal for ensartet drift.

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