Көмір өндіру үшін PDC биттерін оңтайлы таңдау

Ұңғыманы салу – көмір өндірудің қауіпсіздігі мен тиімділігін қамтамасыз етуде шешуші рөл атқаратын көмір шахталарында газды бақылау, судың зақымдануын болдырмау және геологиялық барлау үшін кеңінен қолданылатын техникалық әдіс. Қытайда көмір шахталарында жыл сайын ондаған миллион метр бұрғылау тесіктері жасалады. Құрылыс процесі бұрғылау, бұрғылау құбырлары және бұрғылау қашаулары сияқты бұрғылау жабдықтарын қолдауды талап етеді. Олардың ішінде бұрғылар тікелей тесіктерді қалыптастыруға және тау жыныстарын бұзуға арналған маңызды құрал болып табылады.

Поликристалды гауһар композитті парақ (PDC) тозуға төзімділігі мен мақтауға тұрарлық қаттылығының арқасында тау-кен бұрғылауларында кеңінен қолданылады.PDC биттеріқаттылығы орташа және төменгі тау жыныстары түзілімдерінде пайдаланылған кезде бұрғылаудың ұзартылған қызмет ету мерзімін және жоғары ену тиімділігін көрсетеді, осылайша көмір шахтасының бұрғылау операцияларында айтарлықтай экономикалық пайда әкеледі. Мұнай бұрғылаумен салыстырғанда, көмір өндіру бұрғылауының техникалық сипаттамалары бар. PDC биттері аса қажет емес.

Тау-кен өнеркәсібіндегі қазіргі кездегі қиындықтарPDC биттерімыналарды қамтиды: ①PDC биттерін өндіруге арналған кіру шегі салыстырмалы түрде төмен, көптеген өндірушілер әртүрлі сапа деңгейлерін ұсынады. ②Көмір шахталарында жерасты бұрғылауды қолдану мен талаптары айқын айырмашылықтарды көрсетеді, ал тау-кен PDC қашауларының жіктелуі күрделі және әртүрлі. Бұдан басқа, кейінгі кәдеге жарату процесінде жүйелі және ұтымды іріктеу спецификацияларының жетіспеушілігі бар.③Көмір шахталарында күрделі қатты қабаттардың таралуының артуымен, кәдімгі тау-кен PDC қашаулары учаскеде тиімді бұрғылау үшін құрылыс талаптарына сәйкес келмейді, бұл шахтаның баяу ілгерілеу жағдайларына немесе тіпті ④ кеніш құрылысының толық жеткіліксіздігіне әкеледі. құрылыс қызметкерлерінің бұрғылау процедураларын қатаң сақтауы кейде қиын болуы мүмкін.

Тау-кен өндірудің операциялық тиімділігін арттыру мақсатындаPDC биттері, бұл құжат негізгі сәтсіздік режимдерінің жан-жақты талдауын қамтамасыз етеді және сәтсіздіктің әрбір түрі үшін негізгі себептерді зерттейді. Сонымен қатар, осы биттерді мұқият таңдау және мұқият пайдалану бойынша практикалық ұсыныстар ұсынылады.

1. Тау-кен өндірісіндегі PDC битінің істен шығуының нысаны мен себептерін талдау

Қазіргі уақытта тау-кен PDC биттерінің құрамдас бөліктері, ең алдымен, 1-суретте көрсетілгендей қашау корпусынан, PDC кескіштерден, калибрлі қорытпалардан және басқа бөліктерден тұрады. PDC кескіштер мен калибрлі қорытпалар олардың қауіпсіз бекітілуін қамтамасыз ету үшін қашау корпусына дәнекерленген. Тұрақты бұрғылау операциялары кезінде бұрғы штангасы бұрғылау моментін және беріліс қысымын бұрғымен түйісетін тесік түбіне жібереді. Тау жыныстарын кесу процесі бұрғы битіндегі PDC кескіштерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, калибрлі қорытпалар қашау корпусының айналмалы тұтастығын қорғау арқылы шамадан тыс тозудан қорғайды. Дегенмен, PDC қашуымен тау жыныстарын кесу кезінде саңылау түбіндегі кескішке әсер ететін күрделі күштер, қабат сипаттамаларының өзгеруі, құрылыс техникасы мен жабдықтарын таңдау, құрылыс жұмыстарына қатысатын персоналдың операциялық біліктілігі және қашаулардың сапасын бақылау шаралары сияқты әртүрлі факторлар қолдану тиімділігіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін екенін атап өткен жөн. Көмір шахтасының бұрғылау учаскелерінде жүргізілген тергеу арқылы біз әртүрлі бұзылу режимдері мен байланысты негізгі себептерді қорытындылап, талдадық.PDC биттері.

1.1 PDC кескіш ақаулығы PDC жоғары температура мен жоғары қысым жағдайында агломерленген кезде орын алады. Композиттік парақ екі негізгі компоненттен тұрады: 2-суретте көрсетілгендей алмаз қабаты және карбидті матрица.

PDC кескіштерінің негізгі істен шығу режимдері қалыпты тозуды, қабыршақтануды, пышақтардың құлауын және қабаттасуды қамтиды.

(1) Тұрақты тозу

Қалыпты тозу құбылысы – тас кесу процесінде ПДК кескіштерде пайда болатын типтік зақымдану түрі, ең алдымен кескіштердің алмас қабатында да, цементтелген карбидті матрицасында да ұнтақтау бетінде ешқандай айқын ізі жоқ, ұнтақтаудың айтарлықтай макроскопиялық жоғалуымен сипатталады.

(2) Чиптің түсуі

Чиптің құлау құбылысы PDC кескіштері бит корпусынан ажырап, биттің істен шығуына әкелгенде пайда болады. Ең көрнекті сипаттама - қашау корпусы мен PDC кескіштер арасында дәнекерлеу жүргізілетін шұңқырда қорытпа қалдығы табылмай, PDC кескіштердің қашу корпусынан толық бөлінуі.

Қабықшаның түсуінің төмендеуіне ықпал ететін негізгі факторлар:

① Ұңғыманың түбіндегі жоғары температура құрғақ бұрғылау құрылысының технологиясында немесе бұрғылау процесі кезінде су тығынының пайда болуына әкеліп соқтырады, сонымен қатар жоғары жылдамдықпен айналмалы жыныстарды кесу кезінде бұрғыдағы PDC кескіштерді уақтылы салқындатуға кедергі келтіреді. Демек, тесік түбінде температураның айтарлықтай көтерілуі байқалады, ол дәнекерлеудің сыни температурасынан асып кетуі мүмкін және дәнекерлеудің балқуына және кейіннен PDC кескіштерінің ажыратылуына әкеледі.

② Бұрғылау дәнекерлеу процесін бақылау жеткілікті түрде қатаң емес. Дәнекерлеу процедурасында дәнекерлеу алдында дұрыс тазалаудың болмауы, ақаулы дәнекерлеу орындары немесе пайдаланылған газдарды дұрыс басқару және негізсіз жылуды сақтау температурасы немесе дәнекерлеуден кейінгі жеткіліксіз уақыт бар, мұның бәрі биттің ажырауына әкелуі мүмкін. Толық және қатты дәнекерлеуді қамтамасыз ету үшін өндірушілерден өндіріс процесін (әсіресе PDC кескіш дәнекерлеу процесін) қатаң реттеуді талап етуден басқа, мүмкіндігінше су бұрғылауды таңдау және құрғақ бұрғылау құрылысын болдырмау арқылы бұрғылау құрылысының процедурасын нақтылау қажет. Терең саңылауларды бұрғылау үшін штангаларды бұрғылауды қоспас бұрын судың қайтарылуын қамтамасыз ету керек. Бұған қоса, бұрғыны тесік түбіне кіргізбес бұрын, бітелудің алдын алу үшін қандай да бір кедергілердің бар-жоғын тексеру қажет.

(3) Пышақтың сынуы

PDC кескіштеріндегі алмас қабатының сынуы кең таралған ақаулық режимін білдіредіPDC биттері. Бұл бұзылу режимінің тән ерекшелігі алмаз қабатының локализацияланған жыртылуы болып табылады, кейбір жағдайларда карбид матрицасымен қатар бір уақытта үзілуіне әкеледі.

PDC биттерінің бұзылуының негізгі себептері:

① PDC кескіштің тән сипаттамалары негізінде таңдалған кескіш төмен соққыға төзімділігін көрсетеді. Вольфрам карбидінің (ВК) және алмаз микроұнтағының біріктірілген беріктігі жеткіліксіз, бұл тау жыныстарының бөлшектену кернеуі кезінде бұзылуға бейім;

② Құрылыс процесіне қатысты факторлар алаңдағы құрылыс қысымының тым жоғары екенін көрсетеді. PDC кескіштің қашаудағы қысымы кескіштің қысым шегінен айтарлықтай асып түседі, бұл алмас қабатының шөгуіне және кейіннен кесу жиегінің құлауына әкеледі.

③ Күрделі түзілімдерге қатысты факторлар қатты, сынған қабаттарды салу кезінде ПДК кескіштерге соғу жүктемесі олардың соққы беріктігінен асып түсетінін көрсетеді, бұл кескіш жиектің құлауына әкелуі мүмкін.

④ Қашықтықты кесу бұрышының дизайны жеткіліксіз, өйткені ол қатты қабат үлкенірек кесу бұрышын қажет етеді деген қағиданы ұстанбайды. Қатты түзілімдердің құрылысында кішірек кесу бұрышы PDC кескішіне шамадан тыс күш түсіріп, ақырында кесу жиегінің құлауына әкелуі мүмкін.

⑤ Басқа факторлар жер асты жолдарындағы тірек болттары мен анкерлік кабельдердің орналасуы оны осы элементтермен кездескен кезде бұрғылау қашауының құлауына өте сезімтал ететінін көрсетеді. Қашақтың істен шығуына жол бермеу үшін бұрғылау жөніндегі нұсқаулықта көрсетілген технологиялық параметрлерді қатаң сақтау ғана емес, сонымен қатар бұрғыны қалыптастыру шарттарына қарай жобалау және таңдау маңызды. Атап айтқанда, қатты қабаттарды бұрғылау кезінде қашудың кесу бұрышын сәйкесінше ұлғайту, оның агрессивтілігін азайту және қашау үшін қорғанысты күшейту ұсынылады. Бұған қоса, қатты сынған қабаттарды бұрғылау кезінде немесе соққы беріктігін жақсарту үшін кескіш алмас қабатының сыртқы пішінін өзгерту кезінде соққы беріктігі жоғары PDC кескіштерді таңдау ұсынылады; мысалы, қисық PDC кескіштер жалпақ түрлерге қарағанда әдетте жақсы соққыға төзімділік көрсетеді. Сонымен қатар, болттарды және анкерлік кабельдерді бұрғылауды болдырмау үшін құрылыс кезінде саңылаулардың ақылға қонымды орналасуын жүзеге асыру керек.

(4) Деламинация

Деламинация 3-суретте көрсетілгендей PDC композиттік парақтарындағы цементтелген карбидті матрицадан алмас қабатын ажыратуды білдіреді.

PDC кескіштерінің алмас қабатындағы қабаттасудың негізгі себебі алмаз қабаты мен цементтелген карбид матрицасы арасындағы айтарлықтай қалдық кернеу және олардың жылу кеңею коэффициенттеріндегі айтарлықтай айырмашылық болып табылады. Тау жыныстарын кесу кезінде алмас қабаты мен цементтелген карбид матрицасы үйкеліс жылуы мен жуу сұйықтарынан салқындату нәтижесінде пайда болатын термиялық кернеулерге байланысты асинхронды жиырылуын бастан кешіреді. Соққы жүктемесі мен қалдық кернеу гауһар қабатының карбидті матрицадан аршылуына әкеледі, нәтижесінде бұрғы битінің істен шығуына әкеледі. Деламинацияны азайту үшін өндіріс кезінде осы екі құрамдас арасындағы қалдық кернеуді қарастыратын сәйкес байланыстыратын материалдарды және өңдеу технологияларын таңдау маңызды. Сонымен қатар, матрица үшін жаңа интерфейс пішінін жобалау алмас қабаты мен цементтелген карбид матрицасы арасындағы байланыстыру қасиеттерін жақсарта алады.

1.2 Бұрғы корпусының істен шығуы, ең алдымен, 4-суретте көрсетілгендей, бұрғы корпусындағы қалақтардың сынуымен сипатталады.

 

Қашау корпусының пышақ сынуы көбінесе корпустың қашалында болады, ал болат корпусының қашуы сирек кездеседі. Қашау корпусының қалақшасының сыну себептері келесідей: ① қашау корпусының тәжі бір уақытта ұнтақ металлургия процесі арқылы агломерацияланатындықтан, қашау корпусын бұрап алу кезінде қашау корпусының жүзін соғу. кәдімгі болат корпустың қашауымен салыстырғанда. бит корпусының биті тозуға төзімділігі жоғары. бірақ корпус материалының қаттылығы сәйкесінше төмендейді және қашау корпусын бұрап алған кезде қашау корпусының қалақшасын бұзу оңай; ② Битті агломерациялау процесін бақылау қатаң емес. және агломерацияланған бит корпусы тартылады және металл ұнтағы қорытпа түзе алмайды. Пышақтың сынуын болдырмау үшін. пайдаланушы бұрғыны бұрап шығарған кезде ілмекке көмектесу үшін тіс тістері сияқты құралдарды жақсырақ пайдаланған. пышақты соғып алмас үшін; Екіншіден. өндірушілер агломерацияланған корпустың сапасын қатаң бақылауы керек. агломерация процесін қатаң бақылауға ғана емес. сонымен қатар ұнтақтың технологиялық талаптарға сай болуын қамтамасыз ету үшін мезгіл-мезгіл металл ұнтағын бақылау.

2. Оңтайландырылған дизайн және тау-кен PDC битінің орынды таңдауы

2.1 Бұрғы қашауын оңтайландыру конструкциясы

(1) Қашақтың істен шығуы үшін оның құрылымын бұрғы конструкциясынан оңтайландыру қажет. PDC разрядының негізгі конструктивтік параметрлері α кесу бұрышын қамтиды. бүйірлік бұрыш β. азимут бұрышы γ. т.б. γ PDC тістерінің бағдар анықтамалық сызығы мен биттің орталық сызығы арасындағы бұрышты білдіреді. α PDC тісінің бағдар сызығы мен кескіштің жұмыс жазықтығы арасындағы бұрышты білдіреді. 5-суретте көрсетілгендей. β орталық нүкте арқылы өтетін жазықтық пен қашудың ортаңғы сызығы мен кескіштің жұмыс жазықтығы арасындағы бұрышты білдіреді. 6-суретте көрсетілгендей. Алдын ала зерттеулер мен кешенді қолдану талдауы PDC кескіштердің кесу бұрышы мен бүйірлік бұрышы қашудың қызмет ету мерзіміне және бұрғылау тиімділігіне тікелей әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді. және әртүрлі бұрғылау формацияларына сәйкес қашау конструкциясын оңтайландыру қажет. Кесу бұрышының дизайны бұрғылау тиімділігіне айтарлықтай әсер етеді. немесе тіпті мүлде жоқ; Кесу бұрышы тым кішкентай болса. PDC кескіш жиегі сынуға және басқа құбылыстарға бейім. Сондықтан. Параметр схемасын таңдау кезінде бұрғы дизайнын жан-жақты қарастыру керек, кездейсоқ дизайнды емес, қалыпты кесу Бұрыш пен бүйірлік бұрышты таңдау.

(2) Биттің кесу бұрышын оңтайландырумен қатар, PDC кескіштерін де оңтайландыру маңызды. PDC кескіштердің сапасы тау-кен PDC биттеріне айтарлықтай әсер етеді, өйткені ол олардың кесу өнімділігі мен қызмет ету мерзімін тікелей анықтайды. PDC сапасын арттырудың маңызды факторы алмаз қабаты мен цементтелген карбид матрицасы арасындағы байланыс интерфейсіндегі қалдық кернеуді жою болып табылады. Зерттеулер көрсеткендей, жазық интерфейс құрылымы бар PDC кескіштеріндегі максималды кернеу осы интерфейстің екі жағында шоғырланған, ал ең жоғары созылу және ығысу кернеулері алмас қабатының шетінде пайда болады. Созылу кернеуінің болуы PDC-де қалыптан тыс сынықтарға әкелуі мүмкін, ал ығысу кернеуі PDC кескіштерінде қабаттасудың негізгі себебі ретінде қызмет етеді.

(3) PDC кескіштеріндегі қалдық кернеуді жоюмен қатар, қайталама өңдеулер олардың сапасын одан әрі жақсарта алады. Қазіргі уақытта бетті өңдеудің бастапқы әдістеріне алмас бетін тегістеу, жиектерді кесу және пішінді өңдеу жатады. PDC кескіштерін таңдауды нақты жұмыс жағдайларына қарай оңтайландыруға болады.

2.2 Бұрғыларды орынды таңдау

Қазіргі уақытта көптеген тау-кен аймақтарында ұңғымаларды бұрғылау операцияларында қолданылатын PDC биттері негізінен үш қанатты ойыс конструкцияға ие. Дегенмен, бұл биттерді таңдау жиі шектеулі және жіктелуі жоқ, нәтижесінде әртүрлі қабаттардың нақты талаптарын сәйкес келмейтін бір өлшемді тәсіл пайда болады. Бұл, әсіресе, кәдімгі ойыс қашаулар қанағаттанарлық өнімділікті қамтамасыз ету үшін күресетін күрделі қалыптасу жағдайында қиын, бұл қашудың қызмет ету мерзімінің қысқаруына және бұрғылау тиімділігінің төмендеуіне әкеледі. Мұндай тиімсіздік өндіріс шығындарын арттырып қана қоймайды, сонымен қатар құрылыс кестелерін бұзуы және айтарлықтай экономикалық шығындарға әкелуі мүмкін. Сондықтан әртүрлі қалыптасу жағдайларына бейімделген сәйкес бұрғылау қашауларын таңдау өте маңызды.

Майнинг PDC биттерін бит корпусының материалына байланысты екі негізгі түрге бөлуге болады: болат түрі және шина түрі. Болат типті қашау корпустары ең алдымен механикалық әдістер арқылы өңделеді, бұл оларды әдеттегі қабат бұрғылау операцияларына қолайлы етеді. Керісінше, шина түріндегі қашау корпустары қатты жыныстарды бұрғылау немесе ұзартылған бұрғылау тапсырмалары үшін өте қолайлы жоғары тозуға төзімділікті ұнтақ металлургиялық процестер арқылы агломерациялайды. Бұған қоса, бұрғылау қашауларын 7-суретте көрсетілгендей ішкі ойыс, доғалық бұрыш, тегіс түбі, қырғыш және т.б. қоса алғанда, әртүрлі құрылымдарға жіктеуге болады. ①Шоңыс қашау құрылымының конструкциясы кәдімгі қабат құрылысы кезінде түзету әсерін күшейтеді; ②Доға битінің дисперсті тісті орналасуы орташа қаттылықтағы және одан жоғары қабаттармен жұмыс істегенде жоғарырақ тіс тығыздығына және бұрғылау тиімділігін арттырады; ③Тегіс түбі бар биттің ерін пішіні тегіс дерлік, ол қисаюды жеңілдету үшін оның бүйір жиектерін қайрайды — бұл дизайн негізінен бағытталған бұрғылау қолданбалары үшін қолданылады; ④Қырғыш бит әдетте үлкен агрессивтілікті қамтамасыз ететін конустық құрылымға ие және негізінен жұмсақ қабаттарда немесе көмір қабаттарының конструкцияларында қолданылады.

Ағымдағы тау-кен PDC биттері анықтама үшін 1-кестеде көрсетілгендей әртүрлі жұмыс және қалыптасу жағдайларында PDC биттерін таңдау критерийлерімен бірге жинақталған және ұйымдастырылған.

3. Mining PDC бит сақтық шараларын қолдану

Бұрғыларды мұқият таңдаумен қатар, бұл құралдарды дұрыс пайдалану да бірдей маңызды. Көмір шахталарындағы күрделі құрылыс жағдайларын ескере отырып, жұмысшылар жиі PDC бит пайдалану нұсқауларын қатаң сақтауға тырысады, бұл дұрыс емес өңдеуге байланысты биттердің жиі істен шығуына әкеледі. Бұрғылау тиімділігін арттыру мақсатында кейбір тау-кен аймақтары операциялар кезінде қашау салмағын ретсіз арттыруы мүмкін, бұл қашудың мерзімінен бұрын істен шығуына әкеледі. PDC биттерін дұрыс пайдалану олардың өнімділігін оңтайландыруға және өндіріс шығындарын азайтуға мүмкіндік береді. PDC биттерін пайдалану кезінде келесі ойларға назар аудару керек:

(1) Үлкен диаметрлі бұрғылау құбыры тым кішкентай диаметрлі бұрғылау құбырымен, ал кіші диаметрлі бұрғылау құбыры үлкен диаметрлі бұрғылаумен сәйкес келмеуін қамтамасыз ету үшін PDC қашау мен бұрғылау құралы арасындағы бағалау қатынасына назар аударыңыз.

(2) Оңтайлы тәсіл ұя салу үшін арнайы саңылау бұрғысын немесе ескірген бұрғыны пайдалану болып табылады, сонымен бірге бұрғылау процесі жолақты бүйірлік болттардың, анкерлік кабельдердің және ұқсас кедергілердің маңайында болмауын қамтамасыз етеді.

(3) Бұрғылау жұмыстарын жүргізген кезде ұңғыма ішіндегі шамадан тыс қысымнан болатын апаттардың алдын алу үшін беру қысымын реттеу өте маңызды.

(4) Құрғақ бұрғылаудан немесе қысымды ауамен бұрғылаудан бас тартып, таза су бұрғылау әдісін қолданыңыз. Қысыммен бұрғылау жұмыстарын бастамас бұрын оның түбінде ықтимал жану оқиғаларын болдырмау үшін тесік ішінде судың дұрыс айналымын қамтамасыз етіңіз.

(5) Битті алып тастаған кезде, PDC кескіштің қысылуын немесе соғылуын болдырмаңыз. Бұған қоса, биттің дене жүзіне соғылмау үшін абай болыңыз.

4. Қорытынды

Көмірді қауіпсіз және тиімді жасыл өндіру үнемі көмір өнеркәсібінің негізгі тақырыбы болды. Көмір шахталарында жерасты бұрғылау операциялары үшін PDC қашауларын тиімді пайдалану маңызды рөл атқарады. Бұл мақалада PDC биттерін өндірудің сәтсіздік режимдері талданады, әртүрлі сәтсіздік формаларының негізгі себептерін түсіндіреді. Ол әртүрлі жұмыс жағдайлары мен геологиялық құрылымдардағы биттерді жобалау және таңдаудың оңтайлы стратегияларын ұсынады, сонымен бірге оларды пайдалану бойынша сақтық шараларын қорытындылайды, осылайша тау-кен PDC биттерін таңдау мен қолдануды жақсарту үшін анықтама береді. Тау-кен өндіру PDC биттерін саналы түрде таңдау және дұрыс пайдалану олардың тиімділігін арттыруға, ресурстарды ысырап етуді азайтуға және көмір өндіруде қауіпсіздікті, тиімділікті және экологиялық таза тәжірибені арттыруға мүмкіндік береді.