تشغيل مثقاب ثلاثي المخاريط: ما يفعله وزن المثقاب وسرعة دورانه فعليًا بالصخر
يقوم مثقاب ثلاثي المخاريط في قاع البئر بأحد ثلاثة أشياء للتكوين الجيولوجي. واحد منها فقط هو الحفر.
عند ضغط منخفض على المثقاب - أقل من قوة انضغاط الصخر - لا تقوم الأسنان بالقطع. بل تنزلق على القاع، وتطحن الصخر بالاحتكاك. يكون الاختراق ضئيلاً. تتآكل الأسنان بسرعة دون أي تقدم يُذكر. هذا هو السحق السطحي، وهي الطريقة الأكثر تكلفة لتشغيل المثقاب لأنك تستهلك الكربيد وتقصر عمر المحامل مقابل مسافة حفر شبه معدومة.
عند مستوى متوسط من قوة الحفر (WOB) - أي عند الاقتراب من قوة انضغاط الصخر دون تجاوزها - لا تزال أسنان المثقاب غير مخترقة بالكامل، لكنها تؤدي وظيفة مفيدة: فهي تُنشئ شبكة من الشقوق الدقيقة على سطح التكوين. كل اصطدام للأسنان يُوسّع الشقوق قليلاً. في النهاية، وبعد عدد كافٍ من الدورات، يتعب الصخر ويتفتت. إنها عملية فعالة، لكنها بطيئة. هذه هي منطقة التكسير الناتج عن الإجهاد.
عند أقصى وزن للرأس - أعلى من قوة انضغاط الصخر - تغوص أسنان المثقاب. كل اختراق يُحدث حفرةً نتيجةً للكسر الهش. تتطاير الشظايا. يتقدم المثقاب. هذه عملية تكسير حجمي، وهي المنطقة الوحيدة التي يتم فيها الحفر فعلياً.
لا تكمن الحيلة في مجرد رفع أوزان كافية للوصول إلى مرحلة سحق الحجم، بل في رفع...يمينالوزن ويمينالسرعة المناسبة للصخرة التي تعمل فيها. لأن العلاقة بين وزن المثقاب، وعدد دورات المحرك في الدقيقة، ومعدل الاختراق تتغير بشكل كبير اعتمادًا على ما يوجد أسفل المثقاب.
ما يفعله ذا روك بالمعايير
تشكيلات لينة وبلاستيكيةالطين، والصخر الزيتي الناعم، والرمل غير المتماسك. تخترق الأسنان الصخور بسهولة. العامل المحدد ليس الوصول إلى الصخر، بل تنظيف الحفرة بسرعة كافية لمنع تراكم الرواسب على المثقاب. استخدم وزنًا معتدلًا على المثقاب - يكفي لإبقاء الأسنان متشابكة ولكن ليس كثيرًا لدرجة تراكم الرواسب. ارفع سرعة الدوران إلى أقصى حد يسمح به خيط المثقاب وجهاز الحفر، لأن معدل الاختراق في هذه التكوينات يتناسب طرديًا تقريبًا مع سرعة الدوران. مضاعفة سرعة الدوران تعني مضاعفة الاختراق تقريبًا. لا تتآكل الأسنان كثيرًا في الصخور الناعمة، لذا فإن السرعة ليست ضرورية.
تكوينات متوسطة الصلابة— الحجر الجيري الصلب، والدولوميت، والحجر الرملي المتوسط. هنا يتغير الوضع. يجب أن تسحق الأسنان الصخور لتخترقها، والسحق يستغرق وقتًا. يجب أن ينتشر الاصطدام عبر الصخر، فتتشكل الشقوق، وتنفصل الشظايا. إذا دارت بسرعة كبيرة، تنزلق الأسنان قبل اكتمال الكسر، تاركةً شقوقًا جزئية في القاع بدلًا من إزالة الشظايا كاملة. النتيجة: لا تؤدي زيادة سرعة الدوران إلى زيادة سرعة الاختراق بشكل متناسب، بل تؤدي فقط إلى تآكل الأسنان بشكل أسرع لأنها تصطدم بالصخور المتشققة جزئيًا بسرعات سطحية أعلى.
رقم واقعي: في الصخور متوسطة الصلابة (حوالي 6-7 على مقياس بروتودياكونوف)، قد يؤدي مضاعفة سرعة الدوران إلى زيادة الاختراق بنسبة 50-70%، وليس 100%. ويزداد انخفاض الكفاءة مع زيادة الصلابة.
تكوينات صلبة وخشنةالجرانيت، والكوارتزيت، والصوان. الآن لديك مشكلتان: يستغرق الصخر وقتًا للتكسير، ويتسبب الصخر في تآكل أسنان المثقاب أثناء عملها. إن تجاوز سرعة الدوران المثلى يُعدّ أمرًا عكسيًا. لا تستطيع الأسنان إكمال دورة التكسير عند السرعات العالية، لذا يتوقف الاختراق أو حتى ينخفض. في الوقت نفسه، يحتك الكربيد بالصخور الصلبة الكاشطة بسرعة خطية عالية، مما يُسرّع التآكل. لكل تكوين صخري حد أقصى عملي لسرعة الدوران، يتجاوزه الأمر ليصبح مجرد ضوضاء.
تؤكد البيانات التجريبية هذا الأمر. ففي اختبار مُحكم على مختلف درجات الصخور، أدى مضاعفة سرعة الدوران إلى زيادة الاختراق بنسبة 93% في رخام الدرجة الرابعة، بينما لم تتجاوز الزيادة 28% في جرانيت بورفيري الدرجة التاسعة. ومن الدرجة الرابعة إلى التاسعة، تتناقص فائدة سرعة الدوران. أما في الصخور الأكثر صلابة وكشطًا، فإن زيادة سرعة الدوران لا تُحقق أي فائدة تُذكر، بل تُقصر عمر رأس الحفر.
نقطة WOB المثالية، صخرة تلو الأخرى
تشكيلات لزجة وبلاستيكية(الطين، الحجر الطيني، الصخر الزيتي الناعم): استخدم وزنًا خفيفًا على المثقاب. هذه التكوينات سهلة الحفر. زيادة الوزن تؤدي إلى تكتل المثقاب في الفراغات بين أسنان المثقاب. سائل الحفر منخفض اللزوجة والكثافة يساعد على منع التورم والالتصاق. الصخر الزيتي الكربوني معرض بشكل خاص للانهيار - حافظ على تدفق السوائل بسلاسة ووزنًا خفيفًا على المثقاب.
التكوينات الكاشطة(حجر رملي كوارتزي، كونغلوميرات): وزن أكبر على محور الدوران. إذا لم تضغط بقوة كافية لضغط أسنان المثقاب بالكامل، فإنها ستقضي وقتًا طويلًا في منطقة الإجهاد، تطحن ضد التكوين الصخري وتتآكل. زيادة الوزن تعني طحنًا أقل وسحقًا أكبر، مما يقلل من تآكل الأسنان بشكل غير متوقع. يزيد الكونغلوميرات من خطر انزلاق المثقاب وتلفه عند الاصطدام - حافظ على ثبات الخيط ولا تفرط في الدوران.
تكوينات متصدعة وكهفية(الحجر الجيري الكارستي، مناطق الصدوع): قلل من وزن المثقاب على محوره. عندما يصطدم المثقاب بفراغ أو منطقة صدع، ينخفض الوزن فجأة ثم يعود بقوة. يؤدي ارتفاع وزن المثقاب على محوره في هذه الظروف إلى كسر الأسنان وإتلاف المحامل. خفف الضغط، وقم بالتدوير بثبات، ودع المثقاب يخترق منطقة الصدع دون مقاومة.
التكوينات المتداخلة(طبقات متناوبة صلبة ولينة): هذا هو الجزء الأصعب في الضبط. يتعرض المثقاب لتغيرات مستمرة في صلابة الصخور. وزن المثقاب المناسب للطبقة الصلبة يكون مفرطًا بالنسبة للطبقة اللينة. الحل الوسط: ضبط المثقاب للطبقات الصلبة وتقبّل أداءً أقل من الأمثل في الطبقات اللينة. المثقاب الذي يتحمل الطبقات الصلبة يحفر أسرع بشكل عام من المثقاب الذي يُحسّن أداءه للطبقات اللينة ويتلف في الطبقات الصلبة.
القاعدة التي تربطها ببعضها
يُساعدك وزن المقود (WOB) على تثبيت السن في الصخرة. وتُحدد سرعة الدوران (عدد دورات المحرك في الدقيقة) عدد مرات تثبيت السن في الدقيقة. لكن الصخرة هي التي تُحدد سرعة تثبيت السن قبل أن ينتقل إلى مكان آخر.
إذا لم تتذكر شيئًا آخر: الصخور اللينة تحتاج إلى سرعة دوران عالية، بينما الصخور الصلبة تحتاج إلى وقت. إذا ضغطت بسرعة كبيرة على الصخور الصلبة، فلن تحفر أسرع، بل ستتلف رؤوس الحفر. وإذا ضغطت بوزن كبير على الصخور اللينة، فلن تحفر أعمق، بل ستتلف رأس الحفر. إذا حققت التوازن الصحيح، سيصبح رأس الحفر نفسه الذي كان بطيئًا جدًا في الحفرة السابقة هو الذي يتنازع عليه فريق العمل.
