Pagrindiniai gręžimo įrankiai: išsamus ritininių kūginių ir deimantinių grąžtų klasifikavimo ir taikymo vadovas

01 Ritininiai kūginiai grąžtai: universalūs įrankiai prisitaikymui prie formacijų

Nuo pat atsiradimo 1909 m. ritininiai kūginiai grąžtai tapo plačiausiai naudojamu grąžtų tipu rotaciniame gręžime. Unikali daugiakūgė konstrukcija leidžia jiems prisitaikyti prie įvairių formavimo sąlygų – nuo ​​minkštų iki itin kietų.

Struktūrinė sudėtis ir pagrindinės technologijos

Ritininis kūginis grąžtas susideda iš penkių pagrindinių komponentų:

• Antgalio korpusas: trys suvirintos kūginės kojelės su jungiamaisiais sriegiais viršutinėje dalyje.
• Ritininiai kūgiai: kūginiai metaliniai korpusai su frezuotais arba įdėkliniais dantimis paviršiuje.
• Guolių sistema: sudaryta iš keturių guolių rinkinių: didelių, vidutinių, mažų ir atraminių guolių.
• Purkštukai: Paprastai jų yra 3–4, kurių skersmuo 7–14 mm.
• Alyvos laikymo ir sandarinimo sistema: guminiai arba metaliniai sandarinimo žiedai su slėgio kompensavimo įtaisais.

Tarp jų guolių sandarinimo technologija yra pagrindinis technologinis proveržis ritininių kūginių grąžtų srityje. Šiuolaikiniuose grąžtuose naudojama alyvos kaupimo slėgio kompensavimo sistema, kuri palaiko dinaminę pusiausvyrą tarp alyvos slėgio guolio ertmėje ir gręžimo skysčio kolonėlės slėgio per tokius komponentus kaip slėgio perdavimo angos, slėgio kompensavimo diafragmos ir alyvos indeliai.

Klasifikavimo sistema ir IADC kodavimas

Tarptautinė gręžimo rangovų asociacija (IADC) sukūrė pasauliniu mastu suvienodintą ritininių kūginių grąžtų klasifikavimo standartą, naudodama trijų skaitmenų kodavimo sistemą:

Pirmasis skaitmuo: danties tipas ir taikoma formacija

1: Frezuoti dantys, minkštos formacijos

2: Frezuoti dantys, vidutinio ir vidutinio kietumo formacijos

3: Frezuoti dantys, kietos ir abrazyvinės formacijos

5: Įdėkite dantis, minkštus ir vidutinio kietumo darinius

6: Įdėkite dantis, vidutinio kietumo formacijos

7: Įdėkite dantis, kietas ir abrazyvines formacijas

8: Įdėkite dantis, itin kieti ir labai abrazyviniai dariniai

Antrasis skaitmuo: formacijos kietumo poskyris (1–4 laipsnis; didesni skaičiai rodo kietesnes formacijas)

Trečias skaitmuo: Bitų struktūrinės charakteristikos

4: Sandarūs ritininiai guoliai

6: Sandarūs slydimo guoliai

7: Sandarūs slydimo guoliai + įdėklo apsauga

8: Kryptinio gręžimo grąžtai su kreipiamuoju kampu

Supaprastinta IADC klasifikavimo sistema ritininiams kūginiams bitams

Uolienų laužymo mechanizmas ir judėjimo charakteristikos

Veikimo metu ritininis kūginis grąžtas pasižymi trijų tipų sudėtiniais judesiais:

• Revoliucija: kūgiai sukasi pagal laikrodžio rodyklę kartu su visu antgaliu.
• Sukimasis: dantys sukasi prieš laikrodžio rodyklę aplink kūgio ašį.
• Slydimas: įskaitant radialinį ir tangentinį slydimą.

Šis sudėtinis judesys pasiekia dvejopą uolienų laužymo efektą:

1.Smūginio gniuždymo efektas: pakaitinis pavienių ir dvigubų dantų kontaktas su apatine skyle sukelia išilginę vibraciją, sukurdamas smūgines apkrovas.

2.Slydimo šlyties efektas: Uolienų kirpimas pasiekiamas projektuojant iškyšas, dvigubą kūgį ir poslinkio konstrukcijas.

Atrankos strategija ir formacijos atitikimas 

Pagrindiniai kūginių grąžtų parinkimo pagal uolienų savybes principai:

• Minkštos formacijos: rinkitės grąžtus su poslinkio, išsikišimo ir dvigubo kūgio konstrukcijomis, turinčiais aukštas, plačias ir retai frezuotas arba įdėklines dantukus.
• Vidutinio kietumo formacijos: sumažinkite poslinkio, išsikišimo ir dvigubo kūgio vertes; naudokite trumpus, siaurus ir tankius dantis.
• Kietos ir abrazyvinės formacijos: Naudokite vieno kūgio volelius be išsikišimo ar poslinkio, su rutuliniais arba kūginiais rutuliniais dantimis.
• Linkusios į deformaciją formacijos: rinkitės trumpų dantų grąžtus be poslinkio arba be mažo poslinkio ir be kalibravimo dantų.
• Įterpti minkšti ir kieti dariniai: pasirinkite grąžtų tipus pagal kietesnę uolieną ir dinamiškai reguliuokite parametrus gręžimo metu.

Reagavimas į ypatingas darbo sąlygas

• Maži gręžiniai (<177 mm): Naudokite vieno ritinėlio kūginius grąžtus, kurie turi didesnius kūgius, dantis ir guolius, kad būtų tvirtesni.
• Kryptinis gręžimas: pasirinkite specialius nukreipiamuosius grąžtus, kurių trečiasis IADC kodo skaitmuo yra 8. 

02 Deimantiniai grąžtai: galingi įrankiai kietoms formoms 

Deimantas, kiečiausia gamtoje esanti medžiaga, turi 10 Moso skalės kietumą, iki 8800 MPa gniuždymo stiprumą ir 9000 kartų didesnį atsparumą dilimui nei plienas. Dėl šios savybės deimantiniai grąžtai tapo pagrindiniu įrankiu kietoms formacijoms apdirbti.

Klasifikavimo sistema ir technologinė evoliucija

Šiuolaikiniai deimantiniai antgaliai daugiausia skirstomi į tris tipus:

1.Paviršiaus fiksavimo deimantiniai grąžtai

• Deimanto dalelės yra veikiamos matricos paviršiaus.
• Tinka vidutinio kietumo ir kietiems dariniams.
• Deimantų dalelių dydžio klasifikacija:
• Minkštos formacijos: 2 grūdai karate (gpc) (dalelių dydis apie 4 mm)
• Vidutinio kietumo dariniai: 3–4 gpc (dalelių dydis apie 3,6 mm)
• Kietos formacijos: 10–15 gpc (dalelių dydis apie 2,0 mm)

2.Impregnuoti deimantiniai antgaliai

• Deimantai įmirkyti matricos viduje (60–400 gpc).
• Tinka kietoms ir abrazyvinėms formacijoms (pvz., titnagui, silicio dioksidui dolomitui).
• Deimantų savaiminis galandimas pasiekiamas dėl matricos dilimo.

3.PDC antgaliai (polikristaliniai deimantiniai kompaktiški antgaliai)

• Pirmą kartą pristatė Jungtinių Valstijų bendrovė „General Electric“ (GE) 1973 m.
• Kompaktiška struktūra: deimantinis sluoksnis + cementuoto karbido substratas.
• Tinka minkštoms ir vidutinio kietumo homogeninėms formacijoms.

Konstrukcinis projektavimas ir pagrindiniai parametrai

Deimantiniai grąžtai yra vientisos konstrukcijos, be judančių dalių, daugiausia įskaitant:

• Plieninis korpusas: pagamintas iš vidutinio anglies kiekio plieno, su jungiamaisiais sriegiais viršutinėje dalyje.
• Matrica: volframo karbido milteliai + vario pagrindo rišiklis, kurio kietumas HRC 30–45.
• Pjovimo elementai: natūralūs / sintetiniai deimantai arba PDC kompaktai.
• Hidraulinė konstrukcija: vandens telkiniai ir tėkmės kanalai (radialiniai, spiraliniai ir kt.).

Pagrindiniai projektavimo parametrai

• Deimantų koncentracija: koreguojama pagal formacijos abrazyvumą; didesnė koncentracija – abrazyvesnėms formacijoms.
• Išsikišimo aukštis:
• Minkštos formacijos: 1/3 dalelių dydžio
• Kietos formacijos: 1/6–1/10 dalelių dydžio
• Lūpų forma:
• Plokščiadugnis: skirtas homogeninėms formacijoms
• Išlenktas: kietoms formacijoms
• Dantytas: skirtas abrazyvinėms formoms

Uolienų laužymo mechanizmas ir formavimosi reakcija

Deimantinių grąžtų uolienų skaldymo metodas skiriasi priklausomai nuo formavimosi savybių:

Plastiškos formacijos (pvz., molio uolienos, gipso): panašios į „arimo“ procesą; deimantai prasiskverbia į formaciją ir sukelia plastinį uolienų tekėjimą.

Trapūs dariniai (pvz., kvarcinis smiltainis): susidaro tūrinės smulkinimo duobės, kurių pjovimo dydžiai yra 2–4 ​​kartus didesni už deimantų išsikišimus, todėl pasiekiamas didelis efektyvumas.

Kietos uolienos (pvz., titnagas, silicio dioksidas): Naudojami impregnuoti gabalėliai, o uolienos skaldomos mikropjovimo ir braižymo būdu, panašiai kaip šlifavimo disko dilimas.

PDC bitų techniniai privalumai ir apribojimai

Kaip revoliucinis deimantinių grąžtų šeimos produktas, PDC grąžtai turi unikalių privalumų:

Struktūrinės savybės

Plieninio korpuso PDC antgaliai: vientisas vidutinio anglies kietumo plienas su paviršiaus grūdinimo apdorojimu.

Matricos korpuso PDC antgaliai: viršutinis plieninis korpusas + apatinis volframo karbido matrica, užtikrinanti geresnį našumą.

Profilio dizainas

Parabolinis: minkštoms formacijoms, leidžiantis pasiekti didelį gręžimo gylį ir greitį.

Apvalus: skirtas gręžti sukamuoju stalu, palengvina kietų tarpinių sluoksnių įsiskverbimą.

Kūginis: skirtas greitam gręžimui, pasižymi geru įsiskverbimo našumu.

Taikymo apribojimai

Netinka žvyro dariniams ir minkštų-kietų darinių tarpsluoksniams.

Atsparumo temperatūrai riba (dilimas suintensyvėja virš 350 ℃; stiprumo pažeidimas įvyksta esant 700 ℃ temperatūrai).

Prastas atsparumas smūgiams; naujų antgalių kraštai gali nuskilinėti.

Deimantinių grąžtų taikomų formacijų palyginimo lentelė

03 Mokslinės atrankos vadovas: Formacijų ir operacinių reikalavimų derinimas

Auksinės ritininio kūgio antgalio pasirinkimo taisyklės

Formavimo kietumo atitikimas

Minkštos formacijos: rinkitės antgalius su dideliu poslinkiu, išsikišimu ir dvigubo kūgio struktūra, pleišto arba šaukšto formos dantimis.

Kietos formacijos: Priimkite vieno kūgio, nekompensuotas konstrukcijas, aprūpintas rutuliniais arba kūginiais rutuliniais dantimis.

Reakcija į abrazyvumą

Abrazyviniams formavimams naudokite įdėklus su kalibravimo dantimis.

Jei išorinės eilės dantys yra suapvalėję, o viduriniai dantys mažai nudilę, kitas antgalis turėtų būti suprojektuotas su sustiprinta kalibravimo apsauga.

Atsargumo priemonės ypatingoms darbo sąlygoms

Įlinkimui linkusios formacijos: rinkitės trumpų dantų grąžtus be poslinkio arba be mažo poslinkio; formacijos prisitaikymas turėtų būti šiek tiek minkštesnis nei tikroji formacija.

Įterpti minkšti-kieti dariniai: pasirinkite grąžtus pagal kietesnę uolieną ir dinamiškai reguliuokite parametrus gręžimo metu.

Giliųjų gręžinių gręžimas: naudokite grąžtus su didele bendra medžiagos talpa, kad kompensuotumėte išjungimo laiko nuostolius.

Deimantinių antgalių pasirinkimo strategija

PDC bitams taikomos sąlygos

Optimalūs scenarijai: ilgos homogeninės minkštos arba vidutinio kietumo formacijos (pvz., skalūnai, mugžos akmuo, gipsas).

Draudžiami scenarijai: žvyro dariniai, titnago tarpsluoksniai, minkštų-kietų darinių tarpsluoksniai.

Parametrų nustatymas: mažas WOB (30–60 kN), didelis RPM (100–300 aps./min.), didelis srautas.

Natūralių / sintetinių deimantų grąžtams taikomos sąlygos

Kietos ir itin kietos formacijos (pvz., granitas, kvarcinis smiltainis).

Labai abrazyvinės formacijos (pvz., titnagas, silicio dioksidas dolomitas).

Turbininis gręžimas, gilūs / labai gilūs gręžiniai ir kernų gręžimas.

Specialūs reikalavimai gręžimo pagrindams

Ritininio kūgio formos gręžimo šerdys: keturių ritinėlių kūgio (kūginės/cilindrinės) arba šešių ritinėlių kūgio (pilnai cilindrinės) konstrukcijos.

Deimantiniai karūniniai grąžtai: Reikalingi simetriškai paskirstyti pjovimo briaunos, užtikrinančios pastovų atsparumą dilimui.

Pagrindinis rodiklis: vidinės skylės ir išorinio apskritimo koncentriškumas, siekiant išvengti šerdies ovalizacijos.

Gręžinių anomalijų vertinimas ir tvarkymas

Ritininio kūgio antgalio darbinės būklės identifikavimas

Guolio pažeidimas: periodiškas sukamojo stalo kratymas, kuris sustiprėja esant dideliam WOB, sumažėjęs gręžimo greitis, bet normalus siurblio slėgis.

Kūgio praradimas: stiprus gręžimo užstrigimas, staigūs svorio indikatoriaus svyravimai, įsukimo gylio pokytis traukiant grąžto virvę.

Dantų susidėvėjimas: Sumažėjusi sukamojo stalo apkrova, nėra kratymų, žymiai sumažėja gręžimo greitis.

Deimantinių antgalių naudojimo tabu

Prieš įleidžiant grąžtą į gręžinį, apatinė skylė turi būti išvalyta, kad joje neliktų metalo laužo.

Pradėkite gręžti su mažu WOB ir mažu apsukų skaičiumi „įsibėgėjimui“ (0,5 m dugno kondicionavimas).

Venkite gręžimo operacijų; jei reikia, naudokite mažą WOB ir mažus apsukų skaičius, kad veikimas būtų tolygus.

Kontaktas:Jessie Zhou
Mobilusis/„WhatsApp“:+0086-18109206861
Žiniatinklis:www.landrilltools.com