Korrekt användning av trikonborrkronor
Hur formationslitologi påverkar borrkronsbrott Formationslitologi påverkar borrprestanda på flera sätt: den påverkar penetrationshastighet och borrhålslängd, kan orsaka komplexa borrproblem som förlorad cirkulation, spark, brunnskollaps och fastklämda rör, förändrar borrvätskans beteende och påverkar borrhålskvaliteten (borrhålsavvikelse och oregelbundna diametrar), vilket i sin tur påverkar cementeringskvaliteten. Att analysera litologin och dess borrbeteende är avgörande för att välja lämplig borrkrona och bedöma om dess användning är rimlig.
Leror, lerstenar och skiffer: Dessa formationer absorberar lätt fritt vatten från borrvätska och sväller, vilket minskar borrhålets diameter och skapar motstånd mot penetration som kan leda till att röret fastnar. Långvarig blötläggning kan också orsaka avskavning och borrhålsförstoring som resulterar i kollaps. Använd sötvatten eller lågdensitets- och lågviskös lera där det är möjligt. Kolhaltiga skiffer har svag kohesion och är benägna att kollapsa. Mjuka, lerrika formationer borrar snabbt men är sårbara för borrkärnorskulor.
Sandstenar: Sandstenens egenskaper varierar kraftigt med kornstorlek, mineralsammansättning och cementtyp. Finare korn, högre kvartshalt och kiselhaltig eller järnrik cement gör berget hårdare och mer slipande, vilket ökar borrslitaget (t.ex. kvartsarenit). Mer lercement, glimmer eller fältspat gör berget mjukare och lättare att borra i. Grovare korn och dålig cementering ökar permeabiliteten och ökar risken för vätskeförlust; en tjock filterkaka kan bildas på väggen och orsaka klibbig vidhäftning och problem med fastklibbning, vilket leder till onormal borrfunktion.
Konglomerat: Borrning i konglomerat orsakar ofta borrkronans studs, vibrationer och haverier i borrhålsväggen. Om pumphastigheten är låg eller slammets viskositet är otillräcklig, återvänder grusstora partiklar inte lätt till ytan; stora borrkax kan skada borrkronans koner och tänder.
Kalksten: Vanligtvis hård med långsam penetration och begränsad genomträngning. Många kalkstenar utvecklar sprickor, håligheter och håligheter; att stöta på dessa kan orsaka borrkronans stopp, utspädning, förlorad cirkulation och ibland spark eller utblåsningar. Kalksten påverkar starkt penetration, mekanisk hastighet och borrkronans slitage. Alternerande hårda och mjuka bäddar (till exempel lersten inbäddad med hård sandsten) och starkt stupande formationer ökar sannolikheten för borrhålsavvikelse; borrkronsskador är mer sannolika vid borrning av starkt avvikande hål. Lösliga saltlager (gips, halit, etc.) kan försämra leregenskaperna och försämra borrkronans normala prestanda.
Borrparametrar och deras effekter Viktiga kontrollerbara borrparametrar i borrprocessen är vikt på borrkronan (WOB), rotationshastighet (RPM) och slammcirkulationshastighet. Dessa parametrar bör väljas baserat på formationsförhållanden, borrkrontyp, borriggens kapacitet och operatörens skicklighet. Borrparametrar klassificeras vanligtvis som:
Optimerade borrparametrar: de som uppnår bästa ekonomiska resultat under givna förhållanden.
Aggressiva (eller förbättrade) borrparametrar: värden högre än normalt för att uppnå högre penetrationshastigheter.
Speciella borrtekniker: specifika metoder eller begränsade parameteruppsättningar som används för specifika mål.
Olika parameterval kräver olika borrtyper; borrkronor går sönder av olika mekanismer under olika borrförhållanden och måste behandlas därefter.
2.1 Viktens inverkan på borrkronan (WOB) WOB är det viktigaste villkoret för att berg ska brytas vid borrkronans yta. Storleken på WOB bestämmer bergbrytningsläget och egenskaperna och påverkar direkt penetrationshastigheten och borrkronans slitage. Under axiell belastning och rotationsmoment slits skärtänderna, blir slöa eller går sönder när de trycker in i och skär berget, vilket uppenbarligen påverkar penetrationen. När WOB ökar ökar penetrationen generellt, men lager och skärtänder slits snabbare, vilket i sin tur påverkar penetrationen. Förhållandet mellan WOB och penetration förändras genom tre distinkta steg:
Ytsprickstadium: När WOB är mindre än bergets intryckningshårdhet kan skärtänderna inte penetrera utan bara nöta bergytan. Slitaget är högt och penetrationen är låg, även om penetrationen ökar proportionellt med ökande WOB.
Utmattnings-brottstadium: När WOB närmar sig bergets intryckningshårdhet genererar upprepad påverkan av tänderna många ytsprickor och progressiv fragmentering sker även utan full penetration.
Bulksprickstadium: När vätskebalansen (WOB) överstiger bergets intryckningshårdhet penetrerar tänderna och producerar bulksprickbildning; borrningen blir effektiv och detta är den normala borrregimen. Därför måste den applicerade vätskebalansen (WOB) vara tillräcklig för att tillåta tänderna att penetrera och producera bulkfragmentering.
Fördubbling av WOB i tester på triconborrkronor visade att olika bergarter reagerar olika: medelhårda bergarter (bergklasserna 6–7) uppvisar den största ökningen i penetration; mjukare (klasserna 4–5) och hårdare (klasserna 8–9) bergarter visar mindre ökningar. Borrning av vidhäftande mjuka formationer kan orsaka lerbryggor och att borrkronan fastnar, så WOB bör vara relativt låg. I mycket slipande formationer orsakar otillräcklig WOB för tidigt borrkronslitage, så WOB bör ökas på lämpligt sätt. När man stöter på sprickformationer är borrkronans studs vanligt och WOB bör minskas för att undvika tandbrott eller splittring. WOB är därför en kritisk parameter som måste balansera tillräcklig tandpenetration med minimering av tandslitage.
2.2 Effekt av rotationshastighet (RPM) Rotationshastigheten mäter hur snabbt ett borrspett med en given diameter roterar. Eftersom bergbrytningsbeteendet och inverkan av WOB varierar med bergets hårdhet, måste effekten av RPM på bergbrytning och mekanisk penetration ta hänsyn till litologi och bergbrytningstidsfaktorer.
Varvtal i mjuka formationer: I mjuka, mycket plastiska formationer med låg nötning (t.ex. lerliknande bäddar) är spåntjockleken lika med tandpenetrationsdjupet och tandslitaget är minimalt. Med WOB konstant ökar varvtal och mekanisk penetrationshastighet ungefär proportionellt.
Varvtal i medelhårda och hårda formationer: I dessa formationer är intryckningshårdheten och slipförmågan högre; tänderna blir slöa snabbare, kontaktytan ökar och sprickutbredning och deformationstiderna förlängs. Inträngningen saktar ner och högre WOB krävs. Att öka varvtalet i hårda formationer kan förlänga bergbrytningstiden per varv, så för högt varvtal kan förhindra fullständig brott innan tänderna lossnar, vilket minskar effektiv inträngning och accelererar slitage. Därför bör varvtalet inte ökas för mycket i medelhårda eller hårda formationer.
Skillnader i varvtal mellan bergarter: Varje bergart har en karakteristisk responskurva och ett begränsande varvtal. I lera ökar penetrationshastigheten proportionellt med varvtalet; i hårda, mycket slipande bergarter ökar penetrationen långsammare med varvtalet på grund av förlängd bergbrytningstid och ett lägre begränsande varvtal – att överskrida den gränsen kan faktiskt minska penetrationen.
Testresultat från fördubbling av varvtalet på trikonborrar visar att för en bergart av grad 4 (t.ex. marmor) ökade penetrationshastigheten med cirka 93 %, medan ökningen för en porfyrisk granit av grad 9 endast var cirka 28 %. Från grad 4 till grad 9 minskar penetrationsökningen med varvtalet längs en kurva. Således gynnar ökande varvtal mjuka, lågnötande formationer men ger begränsad fördel i hårda, mycket slipande formationer.
