Peamised puuraukude tööriistad: rullkoonus- ja teemantpuuride klassifitseerimise ja kasutamise põhjalik juhend

01 Rullkoonuse freesid: Mitmekülgsed tööriistad formatsioonidega kohanemiseks

Alates rullkoonuspuuriterade tulekust 1909. aastal on neist saanud pöördpuurimisel kõige enamkasutatav puuritüüp. Nende ainulaadne mitmekoonuseline konstruktsioon võimaldab neil kohaneda erinevate formatsioonitingimustega, alates pehmetest kuni äärmiselt kõvadeni.

Struktuurne koostis ja põhitehnoloogiad

Rullkoonuse puur koosneb viiest põhikomponendist:

• Biti korpus: Kolm kokku keevitatud koonusekujulist jalga, ülemises osas ühenduskeermega.
• Rullkoonused: koonilised metallkehad, mille pinnal on freesitud hambad või sisestatud hambad.
• Laagrisüsteem: Koosneb neljast laagrikomplektist: suured, keskmised, väikesed ja tõukelaagrid.
• Otsikud: Tavaliselt 3-4, läbimõõduga 7-14 mm.
• Õli hoiustamise ja tihendamise süsteem: kummist või metallist tihendusrõngad koos rõhu kompenseerimise seadmetega.

Nende hulgas on laagrite tihendamise tehnoloogia rullkoonuspuuride peamine tehnoloogiline läbimurre. Kaasaegsed puurid kasutavad õlimahuti rõhu kompenseerimissüsteemi, mis säilitab dünaamilise tasakaalu laagriõõnsuse õlirõhu ja puurimisvedeliku kolonni rõhu vahel selliste komponentide abil nagu rõhuülekandeavad, rõhu kompenseerimise membraanid ja õlitopsid.

Klassifikatsioonisüsteem ja IADC kodeerimine

Rahvusvaheline Puurimistöövõtjate Assotsiatsioon (IADC) on välja töötanud rullkoonuspuuride ülemaailmselt ühtse klassifitseerimisstandardi, kasutades kolmekohalist kodeerimissüsteemi:

Esimene number: hamba tüüp ja sobiv moodustis

1: Freesitud hambad, pehmed moodustised

2: Freesitud hambad, keskmise kuni keskmise kõvadusega moodustised

3: Freesitud hambad, kõvad ja abrasiivsed moodustised

5: Hammaste sisestamine, pehmed kuni keskmised moodustised

6: Sisestushambad, keskmise kõvadusega moodustised

7: Sisestage hambad, kõvad ja abrasiivsed moodustised

8: Lõigake hambad, äärmiselt kõvad ja väga abrasiivsed moodustised

Teine number: kihistu kõvaduse alamjaotus (aste 1-4; suuremad numbrid näitavad kõvemaid kihistuid)

Kolmas number: Biti struktuurilised omadused

4: Suletud rull-laagrid

6: Suletud libisevad laagrid

7: Suletud liuglaagrid + sisestusmõõturi kaitse

8: Suundpuurimiseks mõeldud suunaga puurid

Rullkoonusbittide lihtsustatud IADC klassifitseerimissüsteem

Kivimite purustamise mehhanism ja liikumisomadused

Töötamise ajal on rullkoonuse freesil kolm tüüpi komposiitliikumist:

• Revolutsioon: Koonused pöörlevad kogu bitiga päripäeva.
• Pöörlemine: Hambad pöörlevad koonuse telje ümber vastupäeva.
• Libisemine: Sealhulgas radiaalne ja tangentsiaalne libisemine.

See liitliikumine saavutab kahekordse kivimurdva efekti:

1.Löögipurustuse efekt: Ühe- ja kahekordsete hammaste vahelduv kokkupuude alumise auguga tekitab pikisuunalist vibratsiooni, mis tekitab löögikoormusi.

2.Libiseva nihke efekt: Kivimi nihkumine saavutatakse üleulatuva, topeltkoonuse ja nihkega konstruktsioonide abil.

Valikustrateegia ja formatsiooni sobitamine 

Kivimi omaduste põhjal rullkoonuspuuriterade valimise põhiprintsiibid:

• Pehmed formatsioonid: Valige nihkega, üleulatuva ja topeltkoonuse struktuuriga bitid, mis on varustatud kõrgete, laiade ja hõredate freesitud või sisestatud hammastega.
• Keskmise kõvad formatsioonid: vähendage nihke, üleulatuva osa ja topeltkoonuse väärtusi; kasutage lühikesi, kitsaid ja tihedaid hambaid.
• Kõvad ja abrasiivsed moodustised: kasutage ühekoonuselisi rulle, millel pole üleulatuvat ega nihutatud kuju ja mis on varustatud kuulhammaste või kooniliste kuulhammastega.
• Paindele kalduvad moodustised: valige lühikeste hammastega bitid, millel puudub nihe või on väike nihe ja millel pole kaliibriga hambaid.
• Vahekihistatud pehmed ja kõvad formatsioonid: valige puuritüübid kõvema kivimi põhjal ja reguleerige parameetreid puurimise ajal dünaamiliselt.

Reaktsioon erilistele töötingimustele

• Väikesed puuraugud (<177 mm): Kasutage üherullilisi koonuspuure, millel on suuremad koonused, hambad ja laagrid suurema tugevuse tagamiseks.
• Suundpuurimine: valige spetsiaalsed suunamisbitid, mille IADC-koodi kolmas number on 8. 

02 Teemantfreesid: võimsad tööriistad kõvade vormide jaoks 

Kuna teemant on looduses kõige kõvem materjal, on selle Mohsi kõvadus 10. aste, survetugevus kuni 8800 MPa ja kulumiskindlus 9000 korda suurem kui terasel. Seda omadust ära kasutades on teemantpuurid saanud ülimaks tööriistaks kõvade moodustiste töötlemisel.

Klassifikatsioonisüsteem ja tehnoloogiline areng

Kaasaegsed teemantkühvlid jagunevad peamiselt kolme tüüpi:

1.Pinnale kinnitatavad teemantfreesid

• Teemantiosakesed paljastuvad maatriksi pinnal.
• Sobib keskmise kõvaduse ja kõvade moodustiste jaoks.
• Teemanti osakeste suuruse klassifikatsioon:
• Pehmed moodustised: 2 tera karaadi kohta (gpc) (osakeste suurus u. 4 mm)
• Keskmise kõvadusega moodustised: 3-4 gpc (osakeste suurus u. 3,6 mm)
• Kõvad moodustised: 10–15 gpc (osakeste suurus umbes 2,0 mm)

2.Immutatud teemantterad

• Teemandid on immutatud maatriksi sisse (60–400 gpc).
• Sobib kõvade ja abrasiivsete moodustiste (nt tulekivi, ränidioksiidist dolomiit) jaoks.
• Teemantide iseteritumine saavutatakse maatriksi kulumise teel.

3.PDC-bitid (polükristallilised teemantkompaktsed bitid)

• Esmakordselt tutvustas seda Ameerika Ühendriikide ettevõte General Electric (GE) 1973. aastal.
• Kompaktne struktuur: teemantkiht + tsementeeritud karbiidist aluspind.
• Sobib pehmete kuni keskmise kõvadusega homogeensete moodustiste jaoks.

Konstruktsiooniprojekt ja põhiparameetrid

Teemantfreesid on integreeritud konstruktsiooniga, millel pole liikuvaid osi, sealhulgas peamiselt:

• Terasest korpus: Valmistatud keskmise süsinikusisaldusega terasest, ühenduskeermetega ülemisel osal.
• Maatriks: volframkarbiidipulber + vasepõhine sidemetall, kõvadusega HRC 30–45.
• Lõikeelemendid: looduslikud/sünteetilised teemandid või PDC-tihendid.
• Hüdrauliline struktuur: veekogud ja voolukanalid (radiaalsed, spiraalsed jne).

Peamised disainiparameetrid

• Teemantide kontsentratsioon: reguleeritakse vastavalt moodustise abrasiivsusele; kõrgem kontsentratsioon abrasiivsemate moodustiste jaoks.
• Eendi kõrgus:
• Pehmed moodustised: 1/3 osakeste suurusest
• Kõvad moodustised: 1/6-1/10 osakeste suurusest
• Huule kuju:
• Lamedapõhjaline: Homogeensete moodustiste jaoks
• Kumer: kõvade moodustiste jaoks
• Sakiline: abrasiivsete moodustiste jaoks

Kivimite purunemise mehhanism ja moodustumisreaktsioon

Teemantbittide kivimite purustamise meetod varieerub sõltuvalt moodustise omadustest:

Plastilised moodustised (nt mudakivi, kips): Sarnaselt kündmisprotsessile; teemandid tungivad moodustisesse, põhjustades kivimi plastilise voolamise.

Haprad moodustised (nt kvartsliivakivi): Moodustuvad mahulised purustusaugud, mille lõikesuurused on 2–4 korda suuremad kui teemantide eend, mille tulemuseks on kõrge efektiivsus.

Kõvad kivimid (nt tulekivi, ränidioksiid): kasutatakse immutatud tükke ja kivimi purustamine saavutatakse mikrolõikamise ja kraapimise teel, sarnaselt lihvketta hõõrdumisele.

PDC-bittide tehnilised eelised ja piirangud

Teemantfreeside perekonna revolutsioonilise tootena on PDC-freesidel ainulaadsed eelised:

Struktuurilised omadused

Teraskorpusega PDC-bitid: integreeritud keskmise süsinikusisaldusega teras pinnakõvendustöötlusega.

Maatrikskehaga PDC-puurid: ülemine terasest korpus + alumine volframkarbiidist maatriks, mis pakub paremat jõudlust.

Profiili disain

Paraboolne: pehmete formatsioonide jaoks, võimaldades suurt materjali ja puurimiskiirust.

Ümmargune: Pöördlauaga puurimiseks, hõlbustab kõvade vahekihtide läbitungimist.

Kooniline: kiireks puurimiseks, hea läbitungimisvõimega.

Rakenduse piirangud

Ei sobi kruusakihtide ja pehmete-kõvade vahekihtide jaoks.

Temperatuuritaluvuspiir (kulumine intensiivistub üle 350 ℃; tugevuse purunemine toimub temperatuuril 700 ℃).

Halb löögikindlus; uute puuriterade servade mõranemine on altid.

Teemantfreeside sobilike vormide võrdlustabel

03 Teadusliku valiku juhend: formatsioonide ja operatiivsete nõuete sobitamine

Rullkoonuse biti valiku kuldreeglid

Moodustumise kõvaduse sobitamine

Pehmed formatsioonid: Valige suure nihke, üleulatuva ja topeltkoonuse struktuuriga bitid, mis on varustatud kiilukujuliste või lusikakujuliste hammastega.

Kõvad moodustised: kasutage ühekoonulisi, nihutamata konstruktsioone, mis on varustatud kuulhammaste või kooniliste kuulhammastega.

Vastus abrasiivsusele

Abrasiivsete vormide puhul kasutage mõõtehammastega lõiketerasid.

Kui välimise rea hambad on ümarad, samas kui keskmised hambad on vähe kulunud, tuleks järgmine puurvarda projekteerida täiustatud kaliibrikaitsega.

Eriliste töötingimuste vastumeetmed

Paindele kalduvad formatsioonid: valige lühikese hambaga bitid, millel puudub nihe või on see väike; formatsiooni kohanemisvõime peaks olema veidi pehmem kui tegelik formatsioon.

Vahekihistatud pehme-kõva moodustise puhul: valige puurimiskivid kõvema kivimi põhjal ja reguleerige parameetreid puurimise ajal dünaamiliselt.

Sügava puurimise sektsioonid: Kasutage suure läbimõõdu ja pikkusega puuri, et kompenseerida käivitusaja kadu.

Teemantfreeside valikustrateegia

PDC-bittide suhtes kohaldatavad tingimused

Optimaalsed stsenaariumid: pikad homogeensed pehmed kuni keskmise kõvadusega moodustised (nt põlevkivi, mudakivi, kips).

Keelatud stsenaariumid: kruusakihistused, tulekivikihid, pehmete-kõvade kihtidevahelised moodustised.

Parameetrite seadistus: madal WOB (30–60 kN), kõrge pöörete arv (100–300 p/min), suur voolukiirus.

Looduslikest/sünteetilistest teemantpuuriteradest kohaldatavad tingimused

Kõvad kuni äärmiselt kõvad moodustised (nt graniit, kvartsliivakivi).

Väga abrasiivsed moodustised (nt tulekivi, ränirikas dolomiit).

Turbiinipuurimine, sügavad/ülisügavad puuraugud ja südamiku uuristamine.

Südamikupuuride erinõuded

Rullkoonusega südamikpuurid: neljarulliline koonus (kooniline/silindriline) või kuuerulliline koonus (täissilindriline).

Teemantkroonpuurid: vajavad sümmeetriliselt jaotatud lõikeservi, millel on ühtlane kulumiskindlus.

Põhinäitaja: sisemise augu ja välimise ringi kontsentrilisus, et vältida südamiku ovaalsust.

Puuraugu anomaalia hindamine ja käsitlemine

Rullkoonuse biti töötingimuste tuvastamine

Laagri kahjustused: pöördlaua perioodiline rappumine, mis süveneb suure vootiheduse korral, vähenenud puurimiskiirus, kuid normaalne pumba rõhk.

Koonuse kadu: puuri tugev kinnikiilumine, kaaluindikaatori järsk kõikumine, puurvarda ülestõmbamisel sissesõidusügavuse muutus.

Hammaste kulumine: Pöördlaua koormuse vähenemine, rappumise puudumine, puurimiskiiruse märkimisväärne vähenemine.

Teemantfreeside kasutamise tabud

Enne puuri allavajutamist tuleb alumine auk puhastada, et sinna ei jääks metallijääke.

Alusta puurimist väikese lainepikkuse ja madalate pööretega sissetöötamiseks (0,5 m põhja augu ettevalmistamine).

Vältige freesimist; vajadusel kasutage ühtlase töö tagamiseks väikest volatiilsust (WOB) ja väikest pöörete arvu (RPM).

Kontakt:Jessie Zhou
Mobiil/WhatsApp:+0086-18109206861
Veeb:www.landrilltools.com