Viktige verktøy for nedihullsboring: En omfattende veiledning for klassifisering og bruk av rullekonusbor og diamantbor

01 Rullekonusbor: Allsidige verktøy for tilpasning til formasjoner

Siden de ble lansert i 1909, har rullekonusbor blitt den mest brukte boretypen i rotasjonsboring. Deres unike flerkonusstruktur gjør at de kan tilpasse seg ulike formasjonsforhold, fra myke til ekstremt harde.

Strukturell sammensetning og kjerneteknologier

En rullekonusborekrone består av fem kjernekomponenter:

• Borkropp: Tre koniske bein sveiset sammen, med tilkoblingsgjenger på den øvre delen.
• Rullekjegler: Koniske metalllegemer med freste tenner eller innsatstenner på overflaten.
• Lagersystem: Består av fire sett med lagre: store, mellomstore, små og aksiallager.
• Dyser: Vanligvis 3–4 i antall, med en diameter på 7–14 mm.
• Oljelagrings- og tetningssystem: Tetningsringer av gummi eller metall kombinert med trykkkompensasjonsenheter.

Blant disse representerer lagertetningsteknologi et viktig teknologisk gjennombrudd for rullekonusborkroner. Moderne borkroner bruker et system for oljelagringstrykkkompensasjon, som opprettholder dynamisk balanse mellom oljetrykket i lagerhulrommet og trykket i borevæskekolonnen nede i hullet gjennom komponenter som trykkoverføringshull, trykkkompensasjonsmembraner og oljekopper.

Klassifiseringssystem og IADC-koding

Den internasjonale foreningen for borekontraktører (IADC) har utviklet en globalt enhetlig klassifiseringsstandard for rullekonusbor, ved hjelp av et tresifret kodesystem:

Første siffer: Tanntype og gjeldende formasjon

1: Freste tenner, myke formasjoner

2: Freste tenner, medium til medium harde formasjoner

3: Freste tenner, harde og slipende formasjoner

5: Innsatte tenner, myke til middels formasjoner

6: Innsettingstenner, middels harde formasjoner

7: Sett inn tenner, harde og slipende formasjoner

8: Innsatstenner, ekstremt harde og svært slipende formasjoner

Andre siffer: Underinndeling av formasjonshardhet (grad 1-4; høyere tall indikerer hardere formasjoner)

Tredje siffer: Strukturelle egenskaper ved bit

4: Forseglede rullelager

6: Forseglede glidelagre

7: Forseglede glidelagre + beskyttelse mot innsatsmål

8: Avbøyningsbor for retningsboring

Forenklet IADC-klassifiseringssystem for rullekoniske borer

Mekanisme for steinbryting og bevegelsesegenskaper

Under drift viser en rullekonusbor tre typer sammensatt bevegelse:

• Omdreining: Konene roterer med klokken med hele boret.
• Rotasjon: Tennene roterer mot klokken rundt kjegleaksen.
• Gliding: Inkludert radial og tangensiell glidning.

Denne sammensatte bevegelsen oppnår en dobbel steinbrytende effekt:

1.Slagknusende effekt: Vekslende kontakt mellom enkle og doble tenner og det nederste hullet genererer langsgående vibrasjoner, noe som skaper støtbelastninger.

2.Glideeffekt: Bergskjæring oppnås gjennom utforming av overheng, dobbel kjegle og forskjøvede konstruksjoner.

Utvalgsstrategi og formasjonsmatching 

Grunnleggende prinsipper for valg av rullekonusbor basert på bergegenskaper:

• Myke formasjoner: Velg bor med forskjøvet, overhengende og dobbeltkjegleformede strukturer, utstyrt med høye, brede og spredte freste eller innsatte tenner.
• Middels harde formasjoner: Reduser verdiene for forskyvning, overheng og dobbel kjegle; bruk korte, smale og tette tenner.
• Harde og slipende formasjoner: Bruk enkeltkoniske ruller uten overheng eller forskyvning, utstyrt med kuletenner eller koniske kuletenner.
• Formasjoner som er utsatt for nedbøyning: Velg korte tannbor uten eller med liten forskyvning, og uten gage-tenner.
• Innlemmede myke og harde formasjoner: Velg borekronetyper basert på den hardere bergarten, og juster parameterne dynamisk under boring.

Respons på spesielle arbeidsforhold

• Små borehull (<177 mm): Bruk koniske borekroner med én rulle, som har større kjegler, tenner og lagre for høyere styrke.
• Retningsboring: Velg spesielle avbøyningsbor der det tredje sifferet i IADC-koden er 8. 

02 Diamantbor: Kraftige verktøy for harde formasjoner 

Som det hardeste materialet i naturen har diamant en Mohs-hardhet på grad 10, en trykkfasthet på opptil 8800 MPa og en slitestyrke som er 9000 ganger høyere enn stål. Ved å utnytte denne egenskapen har diamantbor blitt det ultimate verktøyet for å takle harde formasjoner.

Klassifiseringssystem og teknologisk utvikling

Moderne diamantbor er hovedsakelig delt inn i tre typer:

1.Overflatebelagte diamantbor

• Diamantpartikler blir eksponert på matriksoverflaten.
• Egnet for middels harde til harde formasjoner.
• Klassifisering av diamantpartikkelstørrelse:
• Myke formasjoner: 2 grain per carat (gpc) (partikkelstørrelse ca. 4 mm)
• Middels harde formasjoner: 3–4 gpc (partikkelstørrelse ca. 3,6 mm)
• Harde formasjoner: 10–15 gpc (partikkelstørrelse ca. 2,0 mm)

2.Impregnerte diamantbiter

• Diamanter impregneres inne i matrisen (60–400 gpc).
• Egnet for harde og slipende formasjoner (f.eks. flint, kiselholdig dolomitt).
• Selvsliping av diamanter oppnås gjennom matriseslitasje.

3.PDC-biter (polykrystallinske diamantkompaktbiter)

• Først introdusert av General Electric (GE) i USA i 1973.
• Kompakt struktur: Diamantlag + sementert karbidsubstrat.
• Egnet for myke til middels harde homogene formasjoner.

Strukturell design og kjerneparametere

Diamantbor har en integrert design uten bevegelige deler, hovedsakelig inkludert:

• Stålhus: Laget av medium karbonstål, med tilkoblingsgjenger på den øvre delen.
• Matrise: Wolframkarbidpulver + kobberbasert bindemetall, med en hardhetsgrad på HRC 30–45.
• Skjæreelementer: Naturlige/syntetiske diamanter eller PDC-kompakter.
• Hydraulisk struktur: Vannløp og strømningskanaler (radielle, spiralformede osv.).

Viktige designparametere

• Diamantkonsentrasjon: Justert basert på formasjonens slipeevne; høyere konsentrasjon for mer slipende formasjoner.
• Utstikkshøyde:
• Myke formasjoner: 1/3 av partikkelstørrelsen
• Harde formasjoner: 1/6–1/10 av partikkelstørrelsen
• Leppeform:
• Flatbunnet: For homogene formasjoner
• Buet: For harde formasjoner
• Tagget: For slipende formasjoner

Fjellbrytningsmekanisme og formasjonsrespons

Bergbrytningsmetoden for diamantbor varierer med formasjonsegenskapene:

Plastiske formasjoner (f.eks. leirstein, gips): Ligner på en «pløyingsprosess»; diamanter trenger inn i formasjonen og forårsaker plastisk flyt av stein.

Sprø formasjoner (f.eks. kvartsandstein): Volumetriske knusegroper dannes, med skjærestørrelser 2–4 ganger større enn diamanter, noe som resulterer i høy effektivitet.

Harde bergarter (f.eks. flint, kiselholdig bergart): Impregnerte bor brukes, og steinbrudd oppnås gjennom mikroskjæring og riping, på samme måte som slipeskiveslitage.

Tekniske fordeler og begrensninger med PDC-biter

Som et revolusjonerende produkt i diamantborefamilien har PDC-bor unike fordeler:

Strukturelle egenskaper

PDC-bor med stålkropp: Integrert medium karbonstål med overflateherdingsbehandling.

Matrix-Body PDC-bor: Øvre stålkropp + nedre wolframkarbidmatrise, gir bedre ytelse.

Profildesign

Parabolsk: For myke formasjoner, muliggjør høy opptakt og borehastighet.

Rund: For boring med rotasjonsbord, som letter penetrering av harde mellomlag.

Konisk: For høyhastighetsboring, med god penetrasjonsytelse.

Applikasjonsbegrensninger

Ikke egnet for grusformasjoner og mellomliggende myk-harde formasjoner.

Temperaturbestandighetsgrense (slitasjen intensiveres over 350 ℃; styrkebrudd oppstår ved 700 ℃).

Dårlig slagfasthet; kantflisning på nye bor er utsatt for.

Sammenligningstabell over aktuelle formasjoner for diamantbor

03 Vitenskapelig utvalgsveiledning: Matchende formasjoner og driftskrav

Gyldne regler for valg av rullekonusbit

Formasjonshardhetsmatching

Myke formasjoner: Velg bor med høy forskyvning, overheng og dobbeltkjeglestrukturer, utstyrt med kileformede eller skjeformede tenner.

Harde formasjoner: Bruk enkeltkjegleformede, ikke-forskjøvede strukturer, utstyrt med kuletenner eller koniske kuletenner.

Reaksjon på slitasje

For slipende formasjoner, bruk innsatsbor med gage-tenner.

Hvis tennene i den ytre raden er avrundede mens de midterste tennene viser lite slitasje, bør neste bor utformes med forbedret beskyttelse mot målehull.

Mottiltak for spesielle arbeidsforhold

Formasjoner som er utsatt for nedbøyning: Velg korte tannbor uten eller med liten forskyvning; formasjonens tilpasningsevne bør være litt mykere enn den faktiske formasjonen.

Innlemmede myk-harde formasjoner: Velg borekroner basert på den hardere bergarten, og juster parameterne dynamisk under boring.

Dypbrønnboring: Bruk bor med høy total lengde for å kompensere for tap av trippeltid.

Utvalgsstrategi for diamantbor

Gjeldende betingelser for PDC-biter

Optimale scenarier: Lange homogene myke til middels harde formasjoner (f.eks. skifer, leirstein, gips).

Forbudte scenarier: Grusformasjoner, flintlag, mellomliggende bløt-harde formasjoner.

Parameterinnstilling: Lav WOB (30–60 kN), høyt turtall (100–300 o/min), stor strømningshastighet.

Gjeldende betingelser for naturlige/syntetiske diamantbor

Harde til ekstremt harde formasjoner (f.eks. granitt, kvartssandstein).

Sterkt slipende formasjoner (f.eks. flint, kiselholdig dolomitt).

Turbinboring, dype/ultradype brønner og kjerneboringsoperasjoner.

Spesielle krav til kjernebor

Rullekjernebor: Konisk design med fire ruller (konisk/sylindrisk) eller konisk design med seks ruller (helsylindrisk).

Diamantkjernebor: Krever symmetrisk fordelte skjærekanter med jevn slitestyrke.

Nøkkelindikator: Konsentrisitet mellom det indre hullet og den ytre sirkelen for å unngå kjerneovalisering.

Vurdering og håndtering av nedihullsanomali

Identifisering av arbeidstilstand for rullekonusbit

Lagerskade: Periodiske rystelser i rotasjonsbordet, forverring ved høy WOB, redusert borehastighet, men normalt pumpetrykk.

Konusfall: Alvorlig fastsetting av boringen, voldsomme svingninger i vektindikatoren, endring i innkjøringsdybde når borestrengen trekkes opp.

Tannslitasje: Redusert belastning på rotasjonsbordet, ingen rykk, betydelig reduksjon i borehastighet.

Brukstabuer for diamantbor

Det nederste hullet må rengjøres før borekronen kjøres ned i hullet for å sikre at det ikke er metallrester igjen.

Start boringen med liten volumvekt og lavt turtall for «innkjøring» (0,5 m kondisjonering i bunnhullet).

Unngå opprømming; bruk om nødvendig lav WOB og lavt turtall for jevn drift.

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