الفرق ومبدأ عمل الأسنان المستديرة والأسنان المدببة في رؤوس المثقاب
1. المظهر والبنية
الأسنان الدائرية:
يشبه شكل الأسنان الدائرية جزءًا من الكرة، وسطحها مستدير نسبيًا. هذا الشكل يجعل مساحة تماس الأسنان الدائرية كبيرة نسبيًا عند ملامستها للصخور. لا تحتوي حواف الأسنان الدائرية على حواف وزوايا حادة، ولكنها عبارة عن انتقالات على شكل قوس. على سبيل المثال، في بعض رؤوس الحفر أسفل الحفرة المستخدمة لحفر الصخور اللينة، قد يتراوح قطر الأسنان الدائرية من بضعة ملليمترات إلى أكثر من عشرة ملليمترات، وسيتم أيضًا تعديل حجمها وفقًا للحجم الإجمالي لرأس الحفر وسيناريو التطبيق المحدد.
أسنان مدببة:
تتميز الأسنان المدببة بأطراف واضحة، وشكلها يشبه جزءًا من المخروط. وتكون زاوية طرف الأسنان المدببة أكثر حدة، مما يمكن أن يركز ضغطًا أكبر على مساحة أصغر. كما يختلف طول وسمك الأسنان المدببة حسب الغرض من تصميم لقمة الحفر. على سبيل المثال، في لقم الحفر المستخدمة في حفر الصخور الصلبة، قد يتم تصميم الأسنان المدببة لتكون أطول وأكثر سمكًا لتعزيز قدرتها على سحق الصخور الصلبة.
2. مبدأ سحق الصخور
الأسنان الدائرية:
الأسنان الدائرية تسحق الصخور بشكل أساسي عن طريق البثق والطحن. نظرًا لمساحة التلامس الكبيرة، عند دق الصخور، ستمارس الأسنان المستديرة ضغطًا أكبر على سطح الصخور، مما يتسبب في تشوه الصخور وكسرها تحت الضغط. تعمل طريقة التكسير هذه بشكل أفضل في الصخور اللينة لأن قوة الضغط للصخور اللينة منخفضة نسبيًا. على سبيل المثال، عند حفر الصخور اللينة مثل الصخر الزيتي، يمكن للأسنان المستديرة سحق الصخور اللينة تدريجيًا مثل مدحلة الطرق. في الوقت نفسه، أثناء عملية الدوران، ستطحن الأسنان المستديرة أيضًا جزيئات الصخور المكسورة لمزيد من تحسين قصاصات الصخور، مما يساعد على إزالة الخبث لاحقًا.
أسنان حادة:
تعتمد الأسنان الحادة بشكل أساسي على مبادئ الثقب والانقسام لكسر الصخور. عند دق الصخور، يمكن لطرف الأسنان الحادة تركيز قوتها لاختراق الصخور وتكوين شقوق في الصخور. مع دوران لقمة الحفر واستمرار الدق، ستستمر هذه الشقوق في التوسع، مما يؤدي في النهاية إلى سحق الصخور. في حفر الصخور الصلبة مثل الجرانيت والبازلت، تكون طريقة السحق هذه للأسنان الحادة فعالة للغاية. تشبه الأسنان الحادة الأوتاد، وتقسم الصخور الصلبة، وكفاءتها في السحق أعلى من كفاءة الأسنان المستديرة في الصخور الصلبة.
3. أنواع الصخور القابلة للتطبيق
الأسنان الدائرية:
الأسنان الدائرية أكثر ملاءمة للصخور اللينة، مثل الصخر الزيتي، والصخور الطينية، والمارل، وما إلى ذلك. تتمتع هذه الصخور بصلابة منخفضة وقوة ضغط منخفضة، ويمكن أن تتكيف طرق البثق والطحن للأسنان الدائرية بشكل جيد مع خصائصها. في حفر الصخور اللينة، يمكن للأسنان الدائرية تجنب سحق الصخور المفرط، وتقليل استهلاك الطاقة، والتحكم بشكل فعال في شكل وحجم البئر لأن عملية السحق لطيفة نسبيًا.
أسنان حادة:
تُستخدم الأسنان الحادة بشكل أساسي للصخور الصلبة، مثل الجرانيت والكوارتزيت والبازلت وما إلى ذلك. تتمتع هذه الصخور بصلابة عالية وقوة ضغط عالية. يمكن أن يؤدي عمل الثقب والانقسام للأسنان الحادة إلى اختراق القشرة الصلبة للصخور بشكل فعال والتغلغل عميقًا في الصخور للسحق. يمكن تحقيق سرعات حفر أعلى في الصخور الصلبة باستخدام مثاقب ذات أسنان حادة، ولكن نظرًا لأن الصخور الصلبة أيضًا تتآكل الأسنان الحادة بشكل أكثر شدة، فقد تتأثر مدة خدمة مثاقب الأسنان الحادة إلى حد ما.
4. التآكل وعمر الخدمة
الأسنان الدائرية:
في عملية حفر الصخور اللينة، بسبب انخفاض صلابة الصخور، فإن تآكل الأسنان الدائرية هو في الأساس تآكل تدريجي للسطح. نظرًا لأن الأسنان الدائرية تعمل عن طريق البثق والطحن، فإن التآكل يكون موحدًا نسبيًا. في ظل الاستخدام العادي، قد تكون مدة خدمة الأسنان المستديرة طويلة نسبيًا، خاصة في حالة حفر الصخور اللينة. على سبيل المثال، في مشروع الحفر المستمر للصخر الزيتي، يمكن استخدام مثقاب الأسنان المستديرة لفترة طويلة، ولكن يتم تقليل نصف قطر الأسنان المستديرة قليلاً فقط، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على كفاءة عمل معينة.
أسنان حادة:
عند حفر الصخور الصلبة، يتآكل طرف الأسنان الحادة بسهولة بسبب الطريقة العنيفة لكسر الصخور. يتركز تآكل الأسنان الحادة بشكل أساسي على الطرف والجانب. ومع تقدم الحفر، سيصبح طرف الأسنان الحادة غير حاد تدريجيًا. بمجرد أن تصبح الأسنان الحادة غير حادة، ستقل قدرتها على ثقب الصخور وتقسيمها، وستنخفض أيضًا كفاءة الحفر. لذلك، تكون مدة خدمة مثقب الأسنان الحادة في حفر الصخور الصلبة أقصر عادةً من مثقب الأسنان المستديرة في حفر الصخور اللينة، ويجب استبداله أو إصلاحه بشكل متكرر.
5. خصائص إزالة الخبث
الأسنان الكروية:
أثناء عملية العمل، ستنتج الأسنان المستديرة شظايا صخرية أكثر دقة نسبيًا بسبب الطريقة التي تكسر بها الصخور. من حيث إزالة الخبث، يتم إخراج شظايا الصخور الدقيقة هذه بسهولة أكبر من حفرة البئر تحت تأثير وسائط التنظيف (مثل الهواء المضغوط أو الطين). يمكن أيضًا أن يكون تصميم قناة تصريف الخبث لقمة الحفر ذات الأسنان المستديرة صغيرًا نسبيًا، لأن قطع الصخور صغيرة وليس من السهل سد القناة.
أسنان حادة:
إن قطع الصخور الناتجة عن الأسنان الحادة بعد كسر الصخور تكون كبيرة نسبيًا. عند التفريغ، يلزم وجود تدفق وسرعة كافية لوسط التنظيف لتصريف قطع الصخور الكبيرة هذه خارج البئر. عادةً ما يتم تصميم قناة تصريف الخبث في لقمة الحفر ذات الأسنان الحادة لتكون واسعة نسبيًا لمنع قطع الصخور من الانسداد والتأثير على كفاءة الحفر.
