Eines clau per a fons de pou: una guia completa per a la classificació i l'aplicació de broques de con de rodet i broques de diamant

01 Broques de con de rodet: eines versàtils per adaptar-se a les formacions

Des de la seva aparició el 1909, les broques de con de corró s'han convertit en el tipus de broca més utilitzat en la perforació rotativa. El seu disseny estructural multicon únic les permet adaptar-se a diverses condicions de formació, des de toves fins a extremadament dures.

Composició Estructural i Tecnologies Bàsiques

Una broca de con de rodet consta de cinc components principals:

• Cos de la broca: Tres potes còniques soldades entre si, amb rosques de connexió a la part superior.
• Cons de rodets: Cossos metàl·lics cònics amb dents fresades o dents d'inserció a la superfície.
• Sistema de rodaments: Comprèn quatre conjunts de rodaments: gran, mitjà, petit i rodaments axials.
• Broquets: Normalment de 3 a 4, amb un diàmetre de 7 a 14 mm.
• Sistema d'emmagatzematge i segellat d'oli: anells de segellat de goma o metall combinats amb dispositius de compensació de pressió.

Entre aquestes, la tecnologia de segellat de coixinets representa un avenç tecnològic clau per a les broques de con de corró. Les broques modernes adopten un sistema de compensació de pressió d'emmagatzematge d'oli, que manté l'equilibri dinàmic entre la pressió de l'oli a la cavitat del coixinet i la pressió de la columna de fluid de perforació del fons del pou a través de components com ara forats de transmissió de pressió, diafragmes de compensació de pressió i tasses d'oli.

Sistema de classificació i codificació IADC

L'Associació Internacional de Contractistes de Perforació (IADC) ha desenvolupat un estàndard de classificació unificat a nivell mundial per a les broques de con de rodet, utilitzant un sistema de codificació de tres dígits:

Primer dígit: tipus de dent i formació aplicable

1: Dents fresades, formacions toves

2: Dents fresades, formacions de duresa mitjana a mitjana

3: Dents fresades, formacions dures i abrasives

5: Inserció de dents, formacions toves a mitjanes

6: Dents d'inserció, formacions de duresa mitjana

7: Dents d'inserció, formacions dures i abrasives

8: Dents d'inserció, formacions extremadament dures i altament abrasives

Segon dígit: Subdivisió de la duresa de la formació (Grau 1-4; els números més alts indiquen formacions més dures)

Tercer dígit: Característiques estructurals del bit

4: Rodaments de rodets segellats

6: Coixinets lliscants segellats

7: Coixinets lliscants segellats + protecció del calibre d'inserció

8: Broques deflectores per a perforació direccional

Sistema de classificació IADC simplificat per a broques de con de rodet

Mecanisme de trencament de roques i característiques del moviment

Durant el funcionament, una broca de con de rodet presenta tres tipus de moviment compost:

• Revolució: Els cons giren en sentit horari amb tota la broca.
• Rotació: Les dents giren en sentit antihorari al voltant de l'eix del con.
• Lliscament: Inclou lliscament radial i tangencial.

Aquest moviment compost aconsegueix un doble efecte de trencament de roques:

1.Efecte d'aixafament per impacte: El contacte altern de les dents simples i dobles amb el forat inferior genera vibracions longitudinals, creant càrregues d'impacte.

2.Efecte de cisallament per lliscament: El cisallament de la roca s'aconsegueix mitjançant el disseny d'estructures en voladís, doble con i desplaçament.

Estratègia de selecció i coincidència de formacions 

Principis bàsics per a la selecció de broques de con de corró en funció de les propietats de la roca:

• Formacions toves: Seleccioneu broques amb estructures desplaçades, en voladís i de doble con, equipades amb dents fresades o d'inserció altes, amples i disperses.
• Formacions de duresa mitjana: Reduïu els valors de desplaçament, voladís i doble con; utilitzeu dents curtes, estretes i denses.
• Formacions dures i abrasives: Adopta rodets d'un sol con sense voladís ni desplaçament, equipats amb dents de bola o dents de bola cònica.
• Formacions propenses a la deflexió: Seleccioneu broques de dents curtes sense desplaçament o amb un desplaçament petit, i sense dents de calibre.
• Formacions toves i dures intercalades: seleccioneu els tipus de broca en funció de la roca més dura i ajusteu dinàmicament els paràmetres durant la perforació.

Resposta a condicions laborals especials

• Perforacions petites (<177 mm): utilitzeu broques còniques d'un sol corró, que tenen cons, dents i coixinets més grans per a una major resistència.
• Perforació direccional: seleccioneu broques deflectores especials amb el tercer dígit del codi IADC sent 8. 

02 Broques de diamant: eines potents per a formacions dures 

Com a material més dur de la natura, el diamant té una duresa Mohs de grau 10, una resistència a la compressió de fins a 8800 MPa i una resistència al desgast 9000 vegades superior a la de l'acer. Aprofitant aquesta propietat, les broques de diamant s'han convertit en l'eina definitiva per abordar formacions dures.

Sistema de classificació i evolució tecnològica

Les broques de diamant modernes es divideixen principalment en tres tipus:

1.Broques de diamant encastades en superfície

• Les partícules de diamant estan exposades a la superfície de la matriu.
• Apte per a formacions de duresa mitjana a dura.
• Classificació de la mida de les partícules de diamant:
• Formacions toves: 2 grans per quirat (gpc) (mida de partícula aprox. 4 mm)
• Formacions de duresa mitjana: 3-4 gpc (mida de partícula aprox. 3,6 mm)
• Formacions dures: 10-15 gpc (mida de partícula aprox. 2,0 mm)

2.Broques de diamant impregnades

• Els diamants estan impregnats dins de la matriu (60-400 gpc).
• Apte per a formacions dures i abrasives (per exemple, sílex, dolomita silícica).
• L'autoafilament del diamant s'aconsegueix mitjançant el desgast de la matriu.

3.Broques PDC (broques compactes de diamant policristal·lí)

• Introduït per primera vegada per General Electric (GE) dels Estats Units el 1973.
• Estructura compacta: capa de diamant + substrat de carbur cimentat.
• Apte per a formacions homogènies de toves a mitjanes-dures.

Disseny estructural i paràmetres bàsics

Les broques de diamant adopten un disseny integral sense peces mòbils, incloent principalment:

• Cos d'acer: Fabricat en acer de carboni mitjà, amb rosques de connexió a la part superior.
• Matriu: pols de carbur de tungstè + metall d'unió a base de coure, amb un grau de duresa de HRC 30-45.
• Elements de tall: Diamants naturals/sintètics o compactes PDC.
• Estructura hidràulica: cursos d'aigua i canals de flux (radials, espirals, etc.).

Paràmetres clau de disseny

• Concentració de diamants: s'ajusta en funció de l'abrasivitat de la formació; una concentració més alta per a formacions més abrasives.
• Alçada de la protuberància:
• Formacions toves: 1/3 de la mida de les partícules
• Formacions dures: 1/6-1/10 de la mida de les partícules
• Forma del llavi:
• Fons pla: Per a formacions homogènies
• Corbat: Per a formacions dures
• Serrat: Per a formacions abrasives

Mecanisme de trencament de roques i resposta de formació

El mètode de trencament de roca amb broques de diamant varia segons les propietats de la formació:

Formacions plàstiques (per exemple, lutita, guix): Similar a un procés de "llaurada"; els diamants penetren a la formació per provocar un flux plàstic de roca.

Formacions fràgils (per exemple, gres de quars): es formen pous de trituració volumètrics, amb mides de tall de 2 a 4 vegades superiors a les dels diamants, cosa que resulta en una alta eficiència.

Roques dures (per exemple, sílex, roca silícica): S'utilitzen broques impregnades i la ruptura de la roca s'aconsegueix mitjançant microtalls i ratllades, de manera similar a l'abrasió de la mola.

Avantatges tècnics i limitacions dels bits PDC

Com a producte revolucionari de la família de broques de diamant, les broques PDC tenen avantatges únics:

Característiques estructurals

Broques PDC amb cos d'acer: acer integral al carboni mitjà amb tractament d'enduriment superficial.

Broques PDC de cos matricial: cos superior d'acer + matriu inferior de carbur de tungstè, que ofereixen un millor rendiment.

Disseny de perfils

Parabòlica: Per a formacions suaus, que permeten un alt metratge i una alta velocitat de perforació.

Rodó: Per a la perforació amb taula rotatòria, facilitant la penetració en intercalacions dures.

Cònica: Per a perforació d'alta velocitat, amb un bon rendiment de penetració.

Limitacions de l'aplicació

No és adequat per a formacions de grava i formacions interestratificades de tipus tou i dur.

Límit de resistència a la temperatura (el desgast s'intensifica per sobre dels 350 ℃; la fallada de resistència es produeix a 700 ℃).

Mala resistència a l'impacte; és probable que les vores de les broques noves s'esquerdin.

Taula comparativa de formacions aplicables per a broques de diamant

03 Guia de selecció científica: Formacions coincidents i requisits operatius

Regles d'or per a la selecció de broques de con de rodet

Coincidència de la duresa de la formació

Formacions toves: seleccioneu broques amb estructures de doble con, voladís i desplaçament elevats, equipades amb dents en forma de falca o cullera.

Formacions dures: Adopta estructures de con únic, sense desplaçament, equipades amb dents de bola o dents de bola cònica.

Resposta a l'abrasivitat

Per a formacions abrasives, utilitzeu broques d'inserció amb dents de calibre.

Si les dents de la filera exterior són arrodonides mentre que les dents del mig mostren poc desgast, la següent peça s'ha de dissenyar amb una protecció de calibre millorada.

Contramesures per a condicions de treball especials

Formacions propenses a la deflexió: seleccioneu broques de dents curtes sense desplaçament o amb un desplaçament petit; l'adaptabilitat de la formació hauria de ser lleugerament més suau que la formació real.

Formacions interestratificades de roca tova i dura: seleccioneu broques en funció de la roca més dura i ajusteu dinàmicament els paràmetres durant la perforació.

Perforació de seccions de pous profunds: utilitzeu broques amb un metratge total elevat per compensar la pèrdua de temps de dispar.

Estratègia de selecció de broques de diamant

Condicions aplicables per als bits PDC

Escenaris òptims: Formacions llargues i homogènies, de toves a mitjanes (per exemple, esquist, lutita, guix).

Escenaris prohibits: Formacions de grava, interstrats de sílex, formacions interstratificades de tipus tou-dur.

Configuració de paràmetres: WOB baix (30-60 kN), RPM elevades (100-300 rpm), cabal elevat.

Condicions aplicables per a broques de diamant naturals/sintètics

Formacions dures a extremadament dures (per exemple, granit, gres de quars).

Formacions altament abrasives (per exemple, sílex, dolomita silícica).

Perforació amb turbines, pous profunds/ultraprofunds i operacions de carotatge.

Requisits especials per a les broques de nucli

Broques de con de corró: Disseny de con de quatre corrons (cònic/cilíndric) o de con de sis corrons (completament cilíndric).

Broques de diamant: requereixen talls distribuïts simètricament amb una resistència al desgast consistent.

Indicador clau: Concentricitat entre el forat interior i el cercle exterior per evitar l'ovalització del nucli.

Judici i gestió d'anomalies de fons de pou

Identificació de les condicions de treball de la broca de con de rodet

Danys en els coixinets: sacsejades periòdiques de la taula rotatòria, que empitjoren amb un WOB elevat, velocitat de perforació reduïda però pressió de bomba normal.

Pèrdua de con: Enganxament sever de la perforació, fluctuació violenta de l'indicador de pes, canvi en la profunditat d'entrada en estirar la columna de perforació.

Desgast de les dents: Càrrega reduïda de la taula rotatòria, sense sacsejades, disminució significativa de la velocitat de perforació.

Tabús d'ús per a les broques de diamant

Cal netejar el forat inferior abans de passar la broca pel forat per assegurar-se que no quedin restes metàl·liques.

Comenceu a perforar amb un WOB petit i baixes RPM per al "rodatge" (condicionament de fons de pou de 0,5 m).

Eviteu les operacions de fresat; si cal, utilitzeu un WOB baix i baixes RPM per a un funcionament uniforme.

Contacte:Jessie Zhou
Mòbil/Whatsapp:+0086-18109206861
Web:www.landrilltools.com