Burghie cu răcire cu aer comprimat: Soluția de foraj uscat pe care minele de cărbune o așteptau

Dacă ați lucrat vreodată pe un șantier de foraj într-o mină de cărbune, cunoașteți sunetul. Instalația de foraj se rotește, prăjinile se alimentează - și apoi totul se oprește. O garnitură blocată. Un freză PDC ars. Jumătate de tură trecută. Tragi de burghiu și ce găsești? Fața de tăiere este arsă, canelurile sunt pline de deșeuri ude transformate în ciment, iar prăjina de foraj arată de parcă ar fi trecut printr-un război.

Acesta nu este un fenomen rar. În formațiunile de cărbune moi, fracturate sau sensibile la apă, forajul tradițional cu spălare cu apă creează tot atâtea probleme câte rezolvă. Apa face ca formațiunea să se umfle. Umflarea strânge gaura. Gaura strânge prăjina. Și dintr-o dată te afli cu o garnitură de foraj blocată, o sapă distrusă și o echipă care stă în jur și așteaptă ca instalația să fie eliberată.

Burghiele cu răcire cu aer comprimat inversează complet scenariul. Fără apă. Fără umflare. Fără blocarea tijei. Doar aer de mare viteză care face trei sarcini simultan: răcirea burghiului, curățarea deșeurilor și menținerea găurii uscate.

De ce apa a devenit problema, nu soluția

Timp de decenii, spălarea cu apă a fost metoda standard pentru răcirea burselor și transportul detritusurilor în forajele subterane. Funcționează bine - până când nu mai funcționează. Problemele apar în geologie specifică și, din păcate, formațiunile de cărbune sunt exact tipul care afectează cel mai mult sistemele pe bază de apă.

Argila moale se umflă la contactul cu apa. Șistul se dezintegrează în pastă. Și când pierdeți circulația sau opriți forajul, acele deșeuri umede se așează și se întăresc în jurul prăjinii de foraj ca betonul de calitate inferioară. Apare tura de dimineață, pornește instalația, iar prăjina nu se clintește. Acum pescuiești - sau, mai rău, forezi din nou gaura.

Apoi, există burghiul în sine. Frezele PDC generează o căldură intensă prin frecare la fața rocii. Fără o răcire constantă, temperaturile depășesc 350°C la muchia așchietoare. Masa diamantată se oxidează. Substratul de carbură se înmoaie. Muchia frezei se așchiază. Un burghiu care ar trebui să reziste 300 de metri ar putea fi prelucrat la 80, iar nimeni de la suprafață nu știe până când rata de penetrare nu scade de pe o stâncă.

Cum funcționează biții de răcire cu aer comprimat: Trei lucruri simultan

Conceptul de design este simplu, dar execuția este ceea ce diferențiază burghiele eficiente de trucurile de marketing. Corpul burghiului are canale interne de aer care furnizează aer comprimat - de obicei la o presiune de 0,7 până la 1,2 MPa - prin duze prelucrate cu precizie pe fața burghiului, fiecare duză având un diametru de 2 mm sau mai puțin. Când aerul comprimat iese printr-un orificiu atât de mic, acesta accelerează într-un jet de mare viteză îndreptat direct către zona de tăiere.

Asta face trei lucruri simultan.

Primul, răcire țintităBenzile cu jet de aer se încălzesc de pe fața frezei PDC în timp real, menținând masa diamantată mult sub pragul de degradare. Fără apă înseamnă fără șoc termic cauzat de încălzirea și călirea alternantă - un model care microfractură frezele în cicluri repetate. Un burghiu care funcționează cu răcire cu aer comprimat poate rezista mai mult decât un echivalent curățat cu apă cu un factor de două până la trei în formațiuni comparabile.

Doilea, îndepărtarea de înaltă eficiență a deșeurilorUn burghiu cu aer comprimat nu doar împinge așchiile - ci le aruncă afară. Viteza ascendentă a aerului în spațiul inelar dintre tija de foraj și peretele găurii creează suficientă forță de ridicare pentru a transporta așchii chiar și din găuri orizontale adânci sau înclinate. În practică, operatorii raportează o rată de curățare a așchiilor de patru până la cinci ori mai mare în comparație cu burghiele standard cu aer comprimat, iar diferența este și mai mare în cazul sistemelor cu apă din formațiuni lipicioase.

Treilea, foraj uscat adevăratFără apă în nicio etapă. Asta înseamnă că formațiunile care se umflă la contactul cu umezeala rămân stabile. Când opriți forajul, nu se depune nămol în jurul prăjinii. Când reporniți, nu este nevoie să rupeți o legătură cimentată. Pentru găurile de drenaj al gazelor, există un avantaj suplimentar: nicio contaminare cu apă în calea de curgere a metanului, ceea ce menține ratele de extracție mai mari pe durata de viață a găurii de sondă.

Unde aceste părți strălucesc cu adevărat

Nu orice gaură necesită răcire cu aer comprimat. Dacă forați rocă dură, uscată, competentă, cu o bună ridicare a deșeurilor, burghiele tradiționale cu spălare cu aer sau chiar cu apă funcționează bine. Dar anumite condiții impun practic acest design:

• Formațiuni moi, sensibile la apă — argilă, argilă argiloasă, șisturi argiloase. Apa le transformă în lipici.

• Găuri adânci de drenaj al gazelor din stratul de cărbune — găuri lungi unde deșeurile acumulează compuși pe distanță și unde apa din gaură reduce permeabilitatea la metan.

• Găurire în unghi și în gaură — găuri cu unghi negativ unde apa și deșeurile se adună la suprafață în loc să curgă afară. Jeturile de aer comprimat nu țin cont de gravitație.

• Foraj de explorare în teren fracturat — unde pierderea circulației apei face imposibilă menținerea curățării acesteia.

Sapa este utilizată în mod obișnuit pe platformele hidraulice subterane din seriile ZYWL și ZDY și este compatibilă cu conexiunile standard ale prăjinilor de foraj — nu sunt necesare modificări speciale ale sculelor, în afară de sapa în sine.

La ce să fii atent atunci când specifici unul

Nu toate piesele de răcire cu aer comprimat sunt construite la fel. Iată câteva lucruri pe care merită să le verificați înainte de a le cumpăra:

Configurația duzei. O singură duză centrală nu asigură o răcire uniformă pentru toate frezele. Căutați freze cu duze multiple distribuite pe față, direcționate către zonele principale de tăiere. Diametrul duzei contează și el - sub 2 mm vă oferă viteza jetului de care aveți nevoie, dar dacă este prea mic, riscați blocaje din cauza prafului fin.

Materialul corpului și întărirea. Un corp de burghiu care se erodează din interior sub presiunea unui flux de aer de mare viteză este un burghiu care se va deteriora devreme. Burghiele de calitate utilizează corpuri din oțel călit cu pasaje interne care sunt fie prelucrate din oțel solid (nu turnate), fie căptușite cu inserții rezistente la uzură.

Calitatea și aspectul frezei. Calitatea frezei PDC contează și mai mult în forajul uscat, deoarece nu există apă care să amortizeze ciclul termic. Căutați freze cu o stabilitate termică de cel puțin 500°C și acordați atenție unghiului de degajare - o degajare ușor negativă gestionează mai bine impactul încărcării în teren fracturat decât o configurație neutră sau pozitivă.

Calitatea conexiunii filetate. Șocul provocat de pulsațiile aerului prin burghiu poate slăbi conexiunile pe secțiuni lungi. Filetele conform specificațiilor API cu tratament termic adecvat la capătul carcasei vă vor scuti de decuplarea la mijlocul găurii.