كيفية استخدام رؤوس الحفر ثلاثية المخاريط بشكل صحيح: قم بمطابقة رأس الحفر مع التكوين الصخري.
يمكن أن يؤدي مثقاب الحفر ثلاثي المخاريط أداءً مختلفًا تمامًا من تكوين إلى آخر.
قد يتآكل المثقاب نفسه الذي يحفر بسرعة في الطين اللين بسرعة في الحجر الرملي الغني بالكوارتز. وقد يتعرض المثقاب الذي يؤدي أداءً جيدًا في الحجر الجيري لأضرار ناتجة عن الصدمات في الصخور المتشققة. وعندما يتغير أداء الحفر، لا يكون السبب دائمًا هو المثقاب نفسه، بل يؤثر نوع التكوين وضغط الحفر وسرعة الدوران والتنظيف وظروف البئر على النتيجة.
يبدأ الاستخدام الصحيح لقمة المخروط الثلاثي بفهم الأرضية.
تتحكم ظروف التكوين في فشل البت
تُسبب التكوينات الجيولوجية المختلفة مشاكل حفر مختلفة.
الطين، والحجر الطيني، والصخر الزيتييمكن أن تمتص هذه الطبقة الماء الحر من سائل الحفر وتتمدد. قد يضيق البئر، مما يُصعّب عملية سحب أنابيب الحفر ويزيد من خطر الالتصاق. ومع طول فترة التعرض، قد تتساقط أجزاء من التكوين، مما يُوسّع البئر ويُسبب عدم استقراره.
غالباً ما يكون للصخر الزيتي الكربوني روابط ضعيفة وقد ينهار بسهولة. يمكن حفر الحجر الطيني الناعم بسرعة، ولكنه قد يتسبب أيضاً في تراكم نواتج الحفر على رأس المثقاب.
في هذه التكوينات، يُعد برنامج سائل الحفر بالغ الأهمية. قد يكون الماء أو سائل منخفض الكثافة واللزوجة مناسبًا في بعض الظروف، ولكن يجب أن يراعي الاختيار النهائي خطة البئر والمتطلبات الهندسية المحلية.
الحجر الرملييختلف اختلافاً كبيراً تبعاً لحجم الحبيبات والمحتوى المعدني والتماسك.
تُنتج الحبيبات الدقيقة، ووفرة الكوارتز، والأسمنت السيليسي أو الحديدي، عادةً حجرًا رمليًا أكثر صلابةً وخشونةً. ولذلك، يُمكن أن يُسرّع الحجر الرملي الكوارتزي من تآكل أسنان المثقاب والمحامل.
غالباً ما يؤدي ارتفاع نسبة الأسمنت الطيني أو الميكا أو الفلسبار إلى تكوين طبقة أكثر ليونة وأسهل في الحفر. أما الحجر الرملي الخشن ضعيف التماسك فقد يكون أكثر نفاذية، مما يزيد من فقدان السوائل ويؤدي إلى تكوين طبقة سميكة على جدار البئر. وهذا بدوره قد يُسهم في تفاوت التصاق المثقاب وتشغيله بشكل غير طبيعي.
تكتلقد يتسبب ذلك في اهتزازات، وتقلبات في عزم الدوران، وانهيار البئر. إذا كان تدفق المضخة منخفضًا جدًا أو كانت لزوجة سائل الحفر غير مناسبة، فقد لا يعود الحصى إلى السطح بكفاءة. وقد يؤدي التلامس المتكرر مع جسم المثقاب وأسنانه إلى تلف شديد.
الحجر الجيريغالباً ما تكون هذه المادة صلبة، مما يؤدي إلى معدل اختراق منخفض نسبياً. وتُشكل الشقوق والتجاويف مخاطر إضافية، منها فقدان الدورة الدموية المفاجئ، والحفر في فراغ، وعدم استقرار عزم الدوران، وتوسع الثقب. كما يزداد احتمال الانحراف عند تناوب الطبقات الصلبة واللينة.
قد تؤدي التكوينات القابلة للذوبان مثل الجبس أو ملح الصخور إلى تغيير خصائص سائل الحفر والتداخل مع الأداء الطبيعي للريشة.
يجب أن تتناسب معايير الحفر مع رأس الحفر والصخور
أهم معايير الحفر التي يمكن التحكم بها هي:
الوزن على اللجام
روتاري
معدل تدفق سائل الحفر
ينبغي اختيار هذه القيم وفقًا لتكوين الصخور، وتصميم المثقاب، وقدرة جهاز الحفر، وحجم البئر، وخبرة المشغل. قد يؤدي عاملٌ يُحسّن الأداء في نوعٍ من الصخور إلى تقصير عمر المثقاب في نوعٍ آخر.
لا يوجد ضغط حفر "أقصى" عالمي أو سرعة دوران تعمل في كل مكان.
الوزن على رأس القطع: كافٍ لجعل القواطع تعمل
يُعدّ الضغط على اللجام ضرورياً لكي تخترق الأسنان التكوين وتكسره.
مع زيادة الوزن، قد يرتفع معدل الاختراق في البداية. ومع ذلك، فإن الوزن الزائد يُسرّع أيضًا من تآكل المحامل، وتلف الأسنان، والاهتزاز، والحمل الهيكلي.
يمكن فهم العلاقة بين الوزن وتكسير الصخور في ثلاث مراحل.
مرحلة التكسير السطحي:عندما يكون الوزن المُطبَّق أقل من مقاومة التكوين للانضغاط، لا تستطيع الأسنان اختراق السطح بفعالية، بل تقوم في الغالب بكشطه وفركه. ويبقى الحفر بطيئًا، بينما قد يكون تآكل الأسنان مرتفعًا بشكلٍ ملحوظ.
مرحلة الكسر الناتج عن الإجهاد:مع اقتراب الوزن من المستوى المطلوب، يتسبب الاحتكاك المتكرر للأسنان في حدوث تشققات في الصخر. ويبدأ التكوين الصخري بالانكسار نتيجة التحميل المتكرر، لكن هذه العملية لا تزال أقل كفاءة من الاختراق الكامل.
مرحلة تكسير الحجم:بمجرد أن تخترق الأسنان بشكل كافٍ، تنفصل الرقائق الأكبر حجماً ويدخل المثقاب في حالة حفر أكثر إنتاجية.
الهدف هو تحقيق اختراق فعال دون تحميل زائد على رأس الحفر.
قد تتطلب التكوينات اللينة واللزجة وزنًا أقل للحد من التكتل والانسداد. أما الصخور الكاشطة فقد تحتاج إلى وزن كافٍ لمنع احتكاك الأسنان دون إحداث جروح. وغالبًا ما تتطلب التكوينات المتشققة وزنًا أقل للحد من القفز ومنع تكسر الأسنان.
أفضل إعداد هو الذي يسمح لهيكل القطع بالعمل مع الحد من التآكل غير الضروري.
السرعة الدورانية: السرعة الأكبر ليست دائماً أفضل
تحدد سرعة الدوران مدى سرعة دوران رأس الحفرة على الصخر.
في التكوينات اللينة والبلاستيكية ذات الاحتكاك المنخفض، يمكن أن تؤدي السرعة الدورانية العالية إلى زيادة سرعة الحفر الميكانيكي عندما يظل الوزن مناسبًا. تخترق أسنان القطع بسهولة نسبية، وقد يظل التآكل محدودًا.
تختلف التكوينات الصخرية الصلبة والكاشطة في سلوكها. فمع تآكل الأسنان وزيادة مساحة التلامس، يتطلب تشوه الصخور وتكوّن الشقوق وقتًا أطول. وإذا دارت المثقاب بسرعة كبيرة، فقد تخرج الأسنان من منطقة التلامس قبل أن تتشقق الصخور بالكامل.
يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل عمق القطع الفعال، وزيادة الحرارة والتآكل، وفي النهاية انخفاض معدل الاختراق.
أظهرت الاختبارات الميدانية أن الزيادة في السرعة لا تتساوى بين التكوينات الصخرية المختلفة. ففي إحدى المقارنات، أدى مضاعفة سرعة الدوران إلى زيادة سرعة الحفر بنسبة 93% تقريبًا في الرخام الأقل صلابة، بينما لم تتجاوز الزيادة 28% في الجرانيت البورفيري شديد الصلابة.
الدرس بسيط: السرعة العالية قد تساعد التكوينات الأكثر ليونة، بينما الصخور الصلبة والكاشطة غالباً ما تستفيد أكثر من السرعة المتحكم بها والوزن الكافي.
يحمي التنظيف البت
لا يقتصر تدفق سائل الحفر على التبريد فقط، بل يشمل أيضاً إزالة نواتج الحفر، وتثبيت البئر، والحفاظ على سطح المثقاب نظيفاً.
قد يتسبب ضعف تدفق الماء في حدوث ما يلي:
سحق متكرر للقصاصات القديمة
التكتل
زيادة تآكل الأسنان
عزم دوران أعلى
الالتصاق أو التعطل
انحراف الثقب
تلف في المحامل وجسم المثقاب
يجب أن يتناسب معدل التدفق مع قطر البئر، ونفاذية التكوين، وقدرة المضخة، وحجم نواتج الحفر. ولا يُعدّ الرقم المنسوخ من جهاز حفر آخر صحيحًا بالضرورة.
افحص نظام الحفر بالكامل
ينبغي تقييم مثقاب الحفر ثلاثي المخاريط مع سلسلة الحفر وجهاز الحفر.
قبل الحفر، تحقق مما يلي:
نوع اللجام وبنية الأسنان
صلابة التكوين وقابلية التآكل
الوزن المخطط له وسرعة الدوران
سعة المضخة وجودة التنظيف
قوة وطول قضيب الحفر
عزم الدوران وقدرة التغذية للمعدات
خطر انحراف الثقب
وضع الفشل المتوقع
يمكن تصنيع رأس الحفر بشكل صحيح ومع ذلك قد يفشل مبكراً إذا كان نظام الحفر غير متوافق بشكل جيد.
وبالمثل، فإن الانخفاض المفاجئ في معدل الاختراق لا يعني بالضرورة ضرورة استبدال المثقاب فوراً. فقد يشير إلى ضعف عملية التنظيف، أو تغير في التكوين الجيولوجي، أو سرعة زائدة، أو وزن غير كافٍ، أو عدم استقرار البئر، أو مشاكل في سلسلة الحفر.
اختر الأداء، وليس السعر فقط.
ينبغي أن يراعي اختيار لقمة ثلاثية المخاريط التكلفة لكل متر، وليس سعر الشراء فقط.
قد تُكلّف لقمة حفر رخيصة الثمن، بطيئة الحفر، أو تتطلب استبدالاً متكرراً، أو تُسبّب توقفاً في العمل، أكثر على مدار عمر المشروع. لذا، يُفضّل إجراء مقارنة تشمل معدل الاختراق، والمسافة المقطوعة، وعمر المحمل، وتآكل الأسنان، وكمية سائل الحفر المطلوبة، وعواقب الأعطال.
تُوفر شركة جايا روك رؤوس حفر ثلاثية المخاريط، ورؤوس حفر DTH، ورؤوس حفر زرية، وقضبان حفر، ومحولات ساق، وأدوات حفر صخرية أخرى. يُعدّ اختيار تصميم رأس الحفر ومعايير الحفر المناسبة للتكوين الصخري الطريقة الأمثل لتحسين طول الحفر، وحماية سلسلة الحفر، والتحكم في التكلفة الإجمالية للحفر.
