متههای خنککننده هوای فشرده: راهکار حفاری خشک که معادن زغالسنگ منتظر آن بودهاند
اگر تا به حال در محل حفاری معدن زغال سنگ کار کرده باشید، با این صدا آشنا هستید. دکل در حال چرخش است، میلهها تغذیه میشوند - و سپس همه چیز متوقف میشود. یک سیم گیر کرده. یک برشدهنده PDC سوخته. نیمی از شیفت کاری گذشته است. مته را بیرون میکشید و چه میبینید؟ سطح برش سوخته است، شیارها پر از خردههای خیس تبدیل به سیمان شدهاند و میله مته طوری به نظر میرسد که انگار از یک جنگ عبور کرده است.
این اتفاق نادری نیست. در سازندهای زغالسنگ نرم، ترکخورده یا حساس به آب، حفاری سنتی با فشار آب به همان اندازه که مشکلات را حل میکند، مشکلات زیادی نیز ایجاد میکند. آب باعث تورم سازند میشود. تورم، سوراخ را تنگ میکند. سوراخ، میله را تنگ میکند. و ناگهان با یک رشته حفاری گیر کرده، یک مته خراب شده و خدمهای که منتظر آزاد شدن دکل هستند، مواجه میشوید.
متههای خنککننده هوای فشرده، سناریو را کاملاً برعکس میکنند. بدون آب. بدون تورم. بدون قفل شدن میله. فقط هوای پرسرعت سه کار را همزمان انجام میدهد: خنک کردن مته، پاکسازی قلمهها و خشک نگه داشتن سوراخ.
چرا آب به مشکل تبدیل شد، نه راه حل
برای دههها، شستشوی آب روش استاندارد برای خنک کردن متهها و انتقال خردههای حفاری در حفاریهای زیرزمینی بوده است. این روش به خوبی کار میکند - تا زمانی که دیگر کار نکند. مشکل در زمینشناسی خاص خود را نشان میدهد و متأسفانه، سازندهای اندازهگیری زغالسنگ دقیقاً همان نوعی هستند که سیستمهای مبتنی بر آب را به شدت تحت تأثیر قرار میدهند.
گل سنگ نرم در تماس با آب متورم میشود. شیل به خمیر تبدیل میشود. و وقتی گردش خون را از دست میدهید یا حفاری را متوقف میکنید، آن خردههای مرطوب تهنشین میشوند و مانند بتن کمعیار در اطراف میله حفاری سفت میشوند. شیفت صبح از راه میرسد، دکل را روشن میکند و میله حفاری تکان نمیخورد. حالا شما در حال ماهیگیری هستید - یا بدتر از آن، در حال حفاری مجدد سوراخ هستید.
سپس نوبت به خود مته میرسد. تیغههای PDC گرمای اصطکاکی شدیدی را در سطح سنگ ایجاد میکنند. بدون خنکسازی مداوم، دما در لبه برش از ۳۵۰ درجه سانتیگراد فراتر میرود. صفحه الماس اکسید میشود. زیرلایه کاربیدی نرم میشود. لبه برش لبپر میشود. متهای که باید ۳۰۰ متر دوام بیاورد، ممکن است در عمق ۸۰ متری کار کند و هیچکس در سطح زمین تا زمانی که نرخ نفوذ از صخره کاهش نیابد، از این موضوع مطلع نیست.
نحوه کار قطعات خنککننده هوای فشرده: سه چیز به طور همزمان
مفهوم طراحی ساده است، اما اجرا چیزی است که متههای مؤثر را از ترفندهای بازاریابی متمایز میکند. بدنه مته دارای کانالهای هوای داخلی است که هوای فشرده - معمولاً با فشار 0.7 تا 1.2 مگاپاسکال - را از طریق نازلهای ماشینکاری شده دقیق در سطح مته، که هر نازل قطر 2 میلیمتر یا کمتر دارد، منتقل میکند. هنگامی که این هوای فشرده از طریق چنین روزنه کوچکی خارج میشود، به یک جت با سرعت بالا تبدیل میشود که مستقیماً به سمت ناحیه برش هدایت میشود.
یعنی سه کار را همزمان انجام میدهد.
اول، خنکسازی هدفمندجت هوا، گرما را از سطح برش PDC به صورت بلادرنگ جدا میکند و میز الماس را بسیار پایینتر از آستانه تخریب آن نگه میدارد. نبود آب به معنای عدم شوک حرارتی ناشی از گرمایش و سرمایش متناوب است - الگویی که برشها را در چرخههای مکرر دچار شکستگیهای ریز میکند. قطعهای که با خنککننده هوای فشرده کار میکند، میتواند در سازندهای مشابه، دو تا سه برابر بیشتر از قطعهای که با آب شسته شده است، دوام بیاورد.
دوم، حذف قلمهها با راندمان بالامته هوای فشرده فقط خردههای سنگ را هل نمیدهد - بلکه آنها را به بیرون پرتاب میکند. سرعت هوای رو به بالا در فضای حلقوی بین میله مته و دیواره چاه، نیروی بالابر کافی برای حمل خردهها حتی از سوراخهای عمیق افقی یا زاویهدار ایجاد میکند. در عمل، اپراتورها گزارش میدهند که میزان تخلیه خردهها در متههای هوای فشرده چهار تا پنج برابر متههای استاندارد است و این تفاوت در برابر سیستمهای آبی در سازندهای چسبنده حتی آشکارتر است.
سوم، حفاری خشک واقعیدر هیچ مرحلهای آب وجود ندارد. این بدان معناست که سازندهایی که در تماس با رطوبت متورم میشوند، پایدار میمانند. وقتی حفاری را متوقف میکنید، هیچ دوغابی در اطراف میله تهنشین نمیشود. وقتی دوباره شروع میکنید، نیازی به شکستن پیوند سیمانی نیست. برای سوراخهای تخلیه گاز، یک مزیت اضافی وجود دارد: هیچ آلودگی آبی در مسیر جریان متان وجود ندارد، که باعث میشود نرخ استخراج در طول عمر گمانه بالاتر بماند.
جایی که این بیتها واقعاً میدرخشند
هر سوراخی به خنککننده هوای فشرده نیاز ندارد. اگر در حال حفاری سنگ سخت، خشک و مناسب با بلند کردن خوب قلمهها هستید، متههای سنتی با جریان هوا یا حتی جریان آب به خوبی کار میکنند. اما شرایط خاصی عملاً این طرح را میطلبد:
سازندهای نرم و حساس به آب — گل سنگ، سنگ رس، شیل متورم. آب اینها را به چسب تبدیل میکند.
سوراخهای زهکشی گاز لایههای عمیق زغالسنگ — سوراخهای طولانی که در آنها ترکیبات حاصل از برشها در مسافتی تجمع مییابند، و جایی که آب موجود در سوراخ، نفوذپذیری متان را کاهش میدهد.
حفاری زاویه دار و رو به بالا — چالههای با زاویه منفی که در آنها آب و خردههای سنگ به جای بیرون ریختن، در سطح زمین جمع میشوند. جتهای هوای فشرده به جاذبه زمین اهمیتی نمیدهند.
حفاری اکتشافی در زمینهای شکافدار - جایی که گردش خون از دست رفته، شستشوی مداوم آب را غیرممکن میکند.
این متهها معمولاً روی دکلهای زیرزمینی هیدرولیکی سری ZYWL و ZDY کار میکنند و با اتصالات استاندارد میله حفاری سازگار هستند - هیچ تغییر ابزار خاصی فراتر از خود مته لازم نیست.
هنگام مشخص کردن یکی از آنها چه چیزی را باید جستجو کنید
همه دستگاههای خنککننده هوای فشرده به یک شکل ساخته نشدهاند. در اینجا مواردی وجود دارد که قبل از خرید باید بررسی کنید:
پیکربندی نازل. یک نازل مرکزی واحد، خنککنندگی یکنواختی را در تمام برشدهندهها فراهم نمیکند. به دنبال متههایی با چندین نازل توزیعشده در سراسر سطح، به سمت مناطق برش اولیه باشید. قطر نازل نیز مهم است - قطر نازل کمتر از 2 میلیمتر سرعت جت مورد نیاز شما را فراهم میکند، اما اگر خیلی کوچک باشد، خطر انسداد ناشی از گرد و غبار ریز وجود دارد.
جنس بدنه و سخت شدن آن. بدنه مته ای که از داخل تحت جریان هوای پرسرعت فرسایش پیدا کند، مته ای است که خیلی زود خراب خواهد شد. مته های باکیفیت از بدنه های فولادی سخت شده با مجاری داخلی استفاده می کنند که یا از جنس توپر (ریخته گری نشده) ساخته شده اند یا با درج های مقاوم در برابر سایش پوشانده شده اند.
درجه و طرح برش. کیفیت تیغه حفاری PDC در حفاری خشک حتی بیشتر اهمیت دارد زیرا آبی برای کاهش سرعت چرخه حرارتی وجود ندارد. به دنبال تیغههایی باشید که حداقل ۵۰۰ درجه سانتیگراد پایداری حرارتی داشته باشند و به زاویه براده توجه کنید - یک براده کمی منفی، بارگذاری ضربهای را در زمینهای ترکخورده بهتر از یک حالت خنثی یا مثبت کنترل میکند.
کیفیت اتصال رزوه. ضربه ناشی از عبور هوا از مته میتواند باعث شل شدن اتصالات در طول عملیات طولانی شود. رزوههای مطابق با استاندارد API با عملیات حرارتی مناسب در انتهای جعبه، شما را از جدا شدن اتصال در وسط سوراخ نجات میدهد.
