בחירה אופטימלית של סיביות PDC לכריית פחם

בניית קידוחים היא שיטה טכנית בשימוש נרחב לבקרת גז, מניעת נזקי מים וחיפוש גיאולוגי במכרות פחם, אשר ממלאת תפקיד מכריע בהבטחת הבטיחות והיעילות של ייצור הפחם. בסין נוצרים מדי שנה עשרות מיליוני מטרים של בורות קידוח במכרות פחם. תהליך הבנייה דורש תמיכה של ציוד קידוח כגון מקדחים, צינורות מקדחים ומקדחים. ביניהם, מקדחים הם כלים חיוניים ליצירת חורים ישירה ושבירת סלעים.

יריעת היהלומים המרוכבים הפולי גבישיים (PDC) מנוצלת באופן נרחב בכריית מקדחים בשל עמידות הבלאי יוצאת הדופן וקשיחות ההשפעה הראויה לשבח.סיביות PDCמציגים תוחלת חיי קידוח ממושכת ויעילות חדירה מוגברת כאשר משתמשים בתצורות סלע בינוניות-קשות ונמוכות יותר, ובכך מניבות יתרונות כלכליים משמעותיים בפעולות קידוח מכרות פחם. בהשוואה לקידוחי נפט, קידוחי כריית פחם הם בעלי התכונות הטכניות של חסכוניות, חסכונית בזמן, ולפיכך, דרישות PDC אינן מתוכננות באופן צפוף באופן צפוף. תובעני.

האתגרים הנוכחיים העומדים בפני הכרייהסיביות PDCכוללים: ①סף הכניסה לכריית סיביות PDC נמוך יחסית, עם שפע של יצרנים המציעים רמות שונות של איכות. ②השימושים והדרישות של קידוח תת קרקעי במכרות פחם מציגים פערים ברורים, בעוד שהסיווג של סיביות כריית PDC מורכב ומגוון. יתר על כן, קיים חוסר במפרטי בחירה שיטתיים ורציונליים בתהליך הניצול העוקב.③עם השכיחות הגוברת של שכבות קשות מורכבות במכרות פחם, סיבי PDC כרייה קונבנציונליים אינם עומדים בדרישות הבנייה לקידוח יעיל באתר, מה שגורם למקרים של התקדמות איטית או אפילו היעדר מוחלט של צילומים בתנאי הבנייה המאתגרים במכרה המאתגר. הליכי קידוח על ידי אנשי בנייה יכולים לפעמים להיות קשים.

על מנת לשפר את האפקטיביות התפעולית של הכרייהסיביות PDC, מאמר זה מספק ניתוח מקיף של מצבי הכשל העיקריים וחוקר את הסיבות הבסיסיות לכל צורה של כשל. בנוסף, מוצעות המלצות מעשיות לבחירה מושכלת וניצול קשוב של סיביות אלו.

1.ניתוח הצורה והגורמים לכשל של PDC Bit בכרייה

נכון לעכשיו, הרכיבים של כריית סיביות PDC מורכבים בעיקר מגוף הסיביות, חותכי PDC, סגסוגות מד וחלקים אחרים כמתואר באיור 1. חותכי ה-PDC וסגסוגות המדיד מולחמות על גוף הסיביות כדי להבטיח את הצמדתם המאובטחת. במהלך פעולות קידוח רגילות, מוט המקדחה מעביר מומנט ולחץ הזנה לתחתית החור, שם הוא מתחבר למקדחה. תהליך חיתוך הסלע מתבצע באמצעות ניצול חותכי PDC על המקדח. בנוסף, סגסוגות מד הגנה מפני בלאי יתר על ידי הגנה על שלמות ההיקפית של גוף הסיביות. עם זאת, יש לציין כי גורמים שונים כגון כוחות מורכבים המופעלים על חותך בתחתית החור במהלך חיתוך סלע עם סיבי PDC, שינויים במאפייני היווצרות, בחירת טכניקות בנייה וציוד, מיומנות תפעולית של כוח אדם המעורב בפעילויות הבנייה יחד עם אמצעי בקרת איכות עבור ביטים עצמם יכולים להשפיע באופן משמעותי על יעילות היישום המובילה לצורות שונות של כשל עבור ביטים אלו. באמצעות חקירה שנערכה באתרי קידוח מכרות פחם, סיכמנו וניתחנו מצבי כשל שונים וגורמים עיקריים הקשוריםסיביות PDC.

1.1 תקלת חותך ה-PDC מתרחשת כאשר ה-PDC מושחת בתנאי טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. היריעה המרוכבת מורכבת משני מרכיבים עיקריים: שכבת יהלום ומטריצת קרביד, כפי שמוצג באיור 2.

מצבי הכשל העיקריים של חותכי PDC כוללים בלאי רגיל, התקלפות, התמוטטות הלהב ודלמינציה.

(1) בלאי רגיל

תופעת הבלאי הרגיל היא סוג של נזק אופייני המתרחש בחותכי PDC במהלך תהליך חיתוך הסלע, המאופיין בעיקר באובדן שחיקה מקרוסקופי משמעותי הן בשכבת היהלום והן במטריצת הקרביד המלט של החותכים, ללא עקבות נראית לעין של סדקים על משטח השחזה.

(2) נפילת שבב

התופעה של נפילת שבבים מתרחשת כאשר חותכי PDC מתנתקים מגוף הסיביות, וכתוצאה מכך כשל בסיביות. המאפיין הבולט ביותר הוא הפרדה מוחלטת של חותכי PDC מגוף הביט, ללא שאריות סגסוגת שנמצאות בבור בו מתבצעת הריתוך בין גוף הביט לחותכי PDC.

גורמים עיקריים התורמים לירידה של הסרט הנופל:

① הטמפרטורה המוגברת בתחתית הקידוח מובילה לאתגרים בטכנולוגיית בניית קידוח יבש או היווצרות סתמי מים במהלך תהליך הקידוח, תוך מניעת קירור בזמן של חותכי PDC על המקדחה במהלך חיתוך סלע סיבובי במהירות גבוהה. כתוצאה מכך, יש עלייה משמעותית בטמפרטורה בתחתית החור, אשר יכולה לעלות על הטמפרטורה הקריטית של הלחמה ולגרום להמסת הלחמה ולניתוק לאחר מכן של חותכי PDC.

② השליטה בתהליך ריתוך המקדחה אינה קפדנית מספיק. בהליך הריתוך, קיים חוסר ניקוי נכון לפני הריתוך, ריתוכים פגומים או ניהול גזי פליטה לא הולם וטמפרטורת שימור חום בלתי סבירה או זמן לא מספיק לאחר הריתוך, כל אלו עלולים לגרום לניתוק סיביות. מלבד לדרוש מהיצרנים להסדיר בקפדנות את תהליך הייצור (במיוחד תהליך ריתוך חותך PDC) כדי להבטיח ריתוכים שלמים ומוצקים, יש צורך גם להבהיר את הליך בניית הקידוח על ידי בחירה בקידוחי מים במידת האפשר והימנעות מבניית קידוח יבש. עבור קידוח חורים עמוקים, יש לוודא שהמים יחזרו לפני הוספת קידוח מוט. בנוסף, בכל פעם לפני הכנסת המקדחה לתחתית החור, חיוני לבדוק אם קיימות חסימות על מנת למנוע סתימה.

(3) שבירת להב

השבר של שכבת היהלום בחותכי PDC מייצג מצב נפוץ של כישלון עבורסיביות PDC. מאפיין אופייני של מצב כשל זה הוא קרע מקומי של שכבת היהלום, כאשר מקרים מסוימים גורמים לשבירה בו-זמנית לצד מטריצת הקרביד.

הגורמים העיקריים לשבירת סיביות PDC:

① החותך שנבחר בהתבסס על המאפיינים המובנים של חותך ה-PDC מציג עמידות נמוכה בפני פגיעה. החוזק המשולב של טונגסטן קרביד (WC) ומיקרו-אבקת יהלום אינו מספיק, מה שהופך אותו לנטייה לכישלון תחת לחץ של פיצול סלע;

② גורמים הקשורים לתהליך הבנייה מצביעים על כך שלחץ הבנייה באתר גבוה מדי. הלחץ שמפעיל חותך ה-PDC על הביט חורג משמעותית ממגבלת הלחץ של החותך, מה שמוביל להתפרקות של שכבת היהלום ולקריסת קצה החיתוך שלאחר מכן.

③ גורמים הקשורים לתצורות מורכבות מצביעים על כך שבמהלך בניית תצורות קשות ושבורות, עומס הפגיעה על חותכי PDC עולה על קשיחות הפגיעה שלהם, מה שעלול להוביל לקריסת קצה החיתוך.

④ העיצוב של זווית חיתוך הסיביות אינו הולם, מכיוון שהיא אינה עומדת בעקרון לפיו תצורה קשה יותר מחייבת זווית חיתוך גדולה יותר. בבנייה של תצורות קשות, זווית חיתוך קטנה יותר עלולה לגרום לכוח מוגזם על חותך ה-PDC, מה שבסופו של דבר יוביל לקריסת קצה החיתוך.

⑤ גורמים אחרים מצביעים על כך שהסדר של ברגים תומכים וכבלי עיגון בכבישים תת קרקעיים הופך את זה לרגיש מאוד לקריסה של המקדחה עם מפגש עם אלמנטים אלה. כדי למנוע כשל בסיביות, חיוני לא רק להקפיד על פרמטרי התהליך המתוארים במדריך ההוראות לקידוח אלא גם לתכנן ולבחור את המקדחה על סמך תנאי היווצרות. באופן ספציפי, כאשר קודחים בתצורות קשות, רצוי להגדיל את זווית החיתוך של הביט בצורה מתאימה, להפחית את האגרסיביות שלו ולשפר את ההגנה על הביט. בנוסף, בחירת חותכי PDC עם קשיחות פגיעה גבוהה יותר מומלצת בעת קידוח דרך תצורות שבר קשה או שינוי הצורה החיצונית של שכבת היהלום של החותך כדי לשפר את קשיחות הפגיעה; לדוגמה, חותכי PDC מעוקלים מציגים בדרך כלל עמידות טובה יותר בהשפעה מאשר סוגים שטוחים. יתר על כן, יש ליישם פריסה סבירה של חורים במהלך הבנייה כדי למנוע קידוח לתוך ברגים וכבלי עיגון.

(4) דה למינציה

דלמינציה מתייחסת לניתוק שכבת היהלום ממטריצת הקרביד המוצק ביריעות מרוכבות PDC, כפי שמוצג באיור 3.

הגורם העיקרי לדה למינציה בשכבת היהלום של חותכי PDC הוא המתח השיורי הקיים בין שכבת היהלום לבין מטריצת הקרביד המוצק, יחד עם הבדל משמעותי במקדמי ההתפשטות התרמית שלהם. במהלך חיתוך הסלע, שכבת היהלום ומטריצת הקרביד המלט חווים התכווצות אסינכרונית עקב מתחים תרמיים הנוצרים מחום חיכוך וקירור מנוזלי כביסה. עומס הפגיעה והמתח השיורי כתוצאה מכך מובילים לקילוף של שכבת היהלום ממטריצת הקרביד, וכתוצאה מכך בסופו של דבר לכשל במקדחה. כדי להפחית את הדלמינציה, חיוני לבחור חומרי מליטה מתאימים וטכנולוגיות עיבוד הנותנות מענה למתח שיורי בין שני המרכיבים הללו במהלך הייצור. בנוסף, עיצוב צורת ממשק חדשה עבור המטריצה ​​יכול לשפר את תכונות ההתקשרות בין שכבת היהלום למטריצת הקרביד המוצק.

1.2 כשל בגוף המקדחה מאופיין בעיקר בשברים בלהב בגוף המקדחה, כפי שמוצג באיור 4.

 

שבר הלהב של גוף הסיביות מתרחש בעיקר בסיבית הגוף וסיבית גוף הפלדה מתרחשת לעתים רחוקות. הסיבות לשבר של הלהב של גוף הסיביות הן כדלקמן: ① פגיעה בלהב של גוף הסיביות בעת שחרור גוף הסיביות מכיוון שכתר גוף הסיביות מושחת בתהליך מתכות אבקה בבת אחת. בהשוואה לגוף הפלדה הרגיל. לביט גוף הסיביות יש עמידות בפני שחיקה גבוהה יותר. אך הקשיחות של חומר הגוף מצטמצמת בהתאם וקל לשבור את הלהב של גוף הסיביות בעת שחרור גוף הסיביות; ② השליטה בתהליך סינטר הסיביות אינה קפדנית. וגוף הסיביות המוטבעות הוא סחף ואבקת המתכת לא מצליחה ליצור סגסוגת. על מנת למנוע את שבירת הלהב. למשתמש היה להשתמש טוב יותר בכלים כגון צבת שיניים כדי לסייע לאזיק בעת פתיחת המקדחה. כדי למנוע דפיקה בלהב; שֵׁנִית. היצרנים צריכים לשלוט בקפדנות על איכות הגוף הסינטר. לא רק לשלוט בקפדנות על תהליך הסינטר. אלא גם לפקח מעת לעת על אבקת המתכת כדי לוודא שהאבקה עומדת בדרישות התהליך.

2. עיצוב אופטימלי ובחירה סבירה של Biting PDC

2.1 עיצוב אופטימיזציה של מקדחה

(1) עבור צורת הכשל של הביט, יש צורך לייעל את המבנה שלו מתכנון המקדחה. פרמטרי העיצוב העיקריים של סיביות PDC כוללים חיתוך זווית α. זווית צד β. אזימוט זווית γ. וכו' γ מתייחס לזווית שבין קו הייחוס לכיוון של שיניים PDC לקו המרכז של הביט. α מתייחס לזווית בין קו הייחוס של הכיוון של שן ה-PDC למישור העבודה של החותך. כפי שמוצג באיור 5. β מתייחס לזווית בין המישור דרך נקודת המרכז לקו המרכז של הביט ומישור העבודה של החותך. כפי שמוצג באיור 6. מחקר ראשוני וניתוח יישומים מקיף מראים שזווית החיתוך והזווית הצדדית של חותכי PDC יכולים להשפיע ישירות על החיים ויעילות הקידוח של הביט. ויש צורך לייעל את העיצוב של הביט בהתאם לתצורות קידוח שונות. עיצוב זווית חיתוך ישפיע מאוד על יעילות הקידוח. או אפילו בלי קטעים בכלל; אם זווית החיתוך קטנה מדי. חוד החיתוך של PDC נוטה לשבירה ותופעות אחרות. לָכֵן. יש לשקול את עיצוב המקדחה באופן מקיף בעת בחירת ערכת הפרמטרים, בבחירת זווית חיתוך בינונית וזווית צד ולא בתכנון אקראי.

(2) בנוסף לאופטימיזציה של זווית החיתוך של הביט, חיוני לבצע אופטימיזציה של חותכי PDC. האיכות של חותכי PDC משפיעה באופן משמעותי על כריית סיביות PDC, שכן היא קובעת ישירות את ביצועי החיתוך ואת תוחלת החיים שלהם. גורם קריטי בשיפור האיכות של PDC הוא ביטול הלחץ השיורי בממשק ההתקשרות בין שכבת היהלום למטריצת הקרביד המוצק. מחקרים מצביעים על כך שהמתח המרבי בחותכי PDC עם מבנה ממשק מישורי מרוכז ליד שני הצדדים של ממשק זה, כאשר שיא המתיחה והלחצים מתרחשים בקצה שכבת היהלום. נוכחות של מתח מתיחה עלולה להוביל לשברים חריגים ב-PDC, בעוד שמתח גזירה משמש גורם ראשוני לדילמינציה בחותכי PDC.

(3) בנוסף להעלמת מתח שיורי בחותכי PDC, טיפולים משניים יכולים לשפר עוד יותר את איכותם. נכון לעכשיו, שיטות הטיפול העיקריות במשטח כוללות השחזה של משטח יהלום, שיוף קצוות ועיבוד צורני. ניתן לייעל את מבחר חותכי ה-PDC בהתבסס על תנאי העבודה בפועל.

2.2 מבחר סביר של מקדחים

נכון לעכשיו, סיבי PDC המשמשים בפעולות קידוח למטה ברוב אזורי הכרייה כוללים עיצוב קעור בעל שלוש כנפיים. עם זאת, הבחירה של סיביות אלו לעיתים קרובות מוגבלת וחסרה סיווג, וכתוצאה מכך גישה מתאימה לכולם שאינה נותנת מענה הולם לדרישות הספציפיות של שכבות שונות. זה בעייתי במיוחד בתנאי היווצרות מורכבים, שבהם סיביות קעורות קונבנציונליות נאבקות לספק ביצועים משביעי רצון, מה שמוביל לקיצור חיי סיביות ויעילות קידוח מופחתת. חוסר יעילות כזה לא רק מסלים את עלויות הייצור, אלא גם עלול לשבש את לוחות הזמנים של הבנייה ולגרום להפסדים כלכליים משמעותיים. לכן, חיוני לבחור מקדחים מתאימים המותאמים לתנאי היווצרות משתנים.

ניתן לסווג ביטים של כריית PDC לשני סוגים עיקריים בהתבסס על חומר גוף הסיביות: סוג פלדה וסוג צמיג. גופי סיביות מסוג פלדה מעובדים בעיקר באמצעות שיטות מכניות, המספקות קשיחות טובה שהופכת אותם למתאימים לפעולות קידוח תצורה קונבנציונליות. לעומת זאת, גופי סיביות מסוג צמיג מושחתים תוך שימוש בתהליכי מתכות אבקת, המציעים עמידות בפני שחיקה גבוהה, אידיאלית עבור קידוח סלע קשה או משימות קידוח ממושכות. בנוסף, מקדחים יכולים להיות מסווגים למבנים שונים, לרבות קעור פנימי, פינת קשת, תחתית שטוחה, מגרד ואחרים, כפי שמוצג באיור 7. ①עיצוב המבנה הקעור של הקצה הקעור משפר את השפעות היישור במהלך בניית תצורה קונבנציונלית; ②סידור השיניים המפוזר של קצה הקשת מביא לצפיפות שיניים גבוהה יותר ויעילות קידוח משופרת כאשר עובדים עם שכבות בינוניות-קשות ומעלה; ③צורת השפתיים של הקצה השטוח כמעט שטוחה, מה שמחדד את הקצוות הצדדיים שלו כדי להקל על הטיה - עיצוב זה משמש בעיקר ליישומי קידוח כיווני; ④ קצה המגרד כולל בדרך כלל מבנה חרוטי המספק אגרסיביות רבה יותר והוא משמש בעיקר בקונסטרוקציות של שכבות רכות או תפר פחם.

סיביות ה-PDC הכרייה הנוכחיות סוכמו ואורגנו, יחד עם קריטריוני הבחירה עבור סיביות PDC בתנאי עבודה והיווצרות שונים, כפי שהוצג בטבלה 1 לעיון.

3. השימוש באמצעי זהירות של כרייה PDC Bit

בנוסף לבחירה בקפידה של מקדחים, חשוב לא פחות להשתמש בכלים אלה כראוי. בהתחשב בתנאי הבנייה המאתגרים במכרות הפחם, עובדים לעתים קרובות נאבקים לציית בקפדנות להנחיות התפעול של PDC Bit, וכתוצאה מכך מקרים תכופים של כשל בסיביות עקב טיפול לא נכון. במאמץ לשפר את יעילות הקידוח, אזורי כרייה מסוימים עשויים להגדיל ללא הבחנה את משקל הסיביות במהלך הפעולות, מה שיוביל לכשל מוקדם של הסיביות. ניצול נכון של סיביות PDC יכול לייעל את הביצועים שלהם ולהפחית את עלויות הייצור. יש לשים לב לשיקולים הבאים בעת שימוש בסיביות PDC:

(1) שימו לב ליחסי הדירוג בין קצה PDC לכלי מקדחה, ודא שצינור מקדחה בקוטר גדול אינו מותאם לצינור מקדחה בקוטר קטן מדי, וצינור מקדחה בקוטר קטן אינו מותאם למקדחה בקוטר גדול.

(2) הגישה האופטימלית היא שימוש במקדחת חור מיוחד או במקדחה מיושן לבניית קן, תוך הבטחה שתהליך הקידוח ימנע את הסביבה של ברגי צד נתיב, כבלי עיגון ומכשולים דומים.

(3) בעת ביצוע פעולות קידוח, חיוני לווסת את לחץ ההזנה על מנת למנוע תאונות הנגרמות מלחץ מופרז בתוך הקידוח.

(4) אנא השתמש בטכניקת קידוח מים נקיים, הימנעות מקידוח יבש או קידוח אוויר בלחץ. לפני תחילת פעולות קידוח בלחץ, ודא זרימת מים תקינה בתוך החור כדי למנוע אירועי בעירה פוטנציאליים בבסיסו.

(5) בעת הסרת הביט, הקפד להימנע מהידוק או פגיעה בחותך ה-PDC. בנוסף, היזהר לא לפגוע בלהב הגוף של הביט.

4. מסקנה

כרייה ירוקה בטוחה ויעילה של פחם הייתה בעקביות נושא מרכזי בו דוגלת תעשיית הפחם. ניצול יעיל של סיבי PDC לפעולות קידוח תת-קרקעיות במכרות פחם הוא בעל חשיבות משמעותית. מאמר זה מנתח את מצבי הכשל של כריית סיביות PDC, ומבהיר את הסיבות העיקריות מאחורי צורות כשל שונות. הוא מציע אסטרטגיות עיצוב ובחירה אופטימליות עבור ביטים בתנאי עבודה שונים ותצורות גיאולוגיות, תוך סיכום אמצעי זהירות לשימוש בהם, ובכך מספק התייחסות לבחירה ויישום משופרים של ביטים של כריית PDC. בחירה נבונה וניצול נכון של סיביות PDC לכרייה יכולים למקסם את היעילות שלהם, למזער בזבוז משאבים ולשפר את הבטיחות, היעילות והפרקטיקות הידידותיות לסביבה בכריית פחם.