در حفاری سنگ سخت، دمای بالا یکی از بزرگترین چالش‌هاست و به طور اصلی در استرس خوردگی نوک حفار نقش بازی می‌کند. اگر موج‌های گرمایی شدیدی وجود داشته باشد، نوک‌های حفار ممکن است به علت گرما نرم شوند و در نتیجه، سبب خرج شدن سریع‌تر آنها شوند. این موضوع مهم است زیرا هنگامی که نوک‌ها نرم می‌شوند، کارآمدی آنها در قطع مواد سخت کاهش می‌یابد و حفاری کارآمد تر می‌شود. علاوه بر این، تغییرات ناگهانی در دما ممکن است منجر به خستگی حرارتی شود که باعث کاهش مقاومت نوک‌های حفار می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که دمای بالا می‌تواند عمر نوک حفار را تا ۳۰٪ کاهش دهد، یا حتی کمتر. این کاهش در عمر نوک حفار نه تنها هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد بلکه منجر به اتلاف زمان برای تغییر نوک می‌شود. بنابراین، برای حفظ بهره‌وری حفاری، نظارت و کنترل شرایط حرارتی طی فرآیند حفاری ضروری است.
گسترش گرمایی مسئله‌ای دیگر است که اثرات آن بر کارایی و طول عمر مفید بور حفاری سنگ سخت تأثیر می‌گذارد. وقتی مواد گرم می‌شوند، گسترش پیدا می‌کنند که تنش ایجاد می‌کند و ممکن است منجر به شکستگی‌های میکروسکوپی و شکست عناصر حفاری شود. دانستن ضرایب گسترش گرمایی موادی که با آنها بورهای حفاری ساخته می‌شوند، امری ضروری است. این اطلاعات به مهندسان کمک می‌کند تا بورهایی طراحی کنند که بتوانند تنش‌های گرمایی را که در حین حفاری مواجه می‌شوند تحمل کنند، همراه با نیازهای دیگر. متخصصان توصیه می‌کنند که تعادلی بین پایداری گرمایی و قدرت مکانیکی مواد انتخاب شود. به این ترتیب طراحان می‌توانند اطمینان حاصل کنند که بور حفاری در محیط‌های گرمایی شدید قوی بماند و به اندازه کافی طول عمر داشته باشد تا وظیفه خود را انجام دهد. این یافته‌ها برای بهینه‌سازی بورهای DTH در حفاری سنگ سخت با دمای بالا بسیار مهم هستند و نیاز به ابتکاراتی که بتوانند به طور همزمان با مسائل گرمایی و مکانیکی سروکار کنند، نشان می‌دهد.
کربید تونگستن دارای نقطه ذوب بسیار بالا است و گزینه مناسبی برای مقابله با کاربردهای حفاری در دمای بالا می‌باشد. فرمولاسیون‌های جدید کربید تونگستن حتی مقاومت حرارتی را نیز ادعای می‌کنند، که به یک ماده ای منجر می‌شود که قوی بماند در شرایط شدیدترین. گزارش شده است، با این حال، که کربید تونگستن تولید شده در قالب خاصی مقاومت حرارتی بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد دارد و سطحی از محک بودن دارد که بسیار بیشتر از ماده استاندارد است. این توسعه برای تمدید طول عمر ابزار و کارایی حفاری در توده‌های زمین‌شناسی سخت ضروری است.
توسعه ترکیبات آلیاژ جدید اهمیت زیادی دارد تا به دست آوردن سوزن‌های حفاری سخت‌تر و مقاوم‌تر به گرما ممکن شود. گزارش‌های موردی نشان می‌دهند که استفاده از برخی آلیاژهای پیشرفته می‌تواند عمر سوزن حفاری را در محیط‌های شدید تا ۵۰٪ افزایش دهد. این قابلیت تحمل نتیجه رابطه هم‌زیستی بین متالوژیست‌ها و سازندگان سوزن حفاری است، که در حال کار برای ایجاد یک ماده با تعادل بین پایداری حرارتی و قدرت مکانیکی هستند. استفاده از این آلیاژهای پیشرفته علاوه بر افزایش عمر سوزن، کارایی نفوذ را نیز در شرایط محیطی بسیار شدید بهبود می‌بخشد.
طراحی دقیق طرح‌های کانال شستشو نقش مهمی در افزایش اثر سردکننده با جریان بهتر مایع حول سرپیچ دارد. گرما تولید شده توسط حفاری در دمای بالا می‌تواند از طریق شکل بهینه این کانال‌ها به خوبی کنترل شود. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای انجام شده و نشان می‌دهند که طراحی مناسب کانال‌های شستشو می‌تواند کارایی سردکننده را به طور قابل توجهی افزایش دهد. این تنظیمات توزیع مایع را بهبود می‌بخشد، بنابراین کمک می‌کند تا تولید گرما در داخل سرپیچ جلوگیری شود. این نتایج توسط آزمایش‌های میدانی پشتیبانی می‌شوند که نشان می‌دهند کاهش قابل توجهی در دما و استحکام بسیار بیشتری با طراحی شستشوی مدرن سرپیچ‌ها مشاهده می‌شود. این تکنیک‌ها عمر و عملکرد بلندتری برای سرپیچ‌ها فراهم می‌کنند.
دانش از اثر جریان برای کنترل دفع گرما طی حفاری در محیط‌های سخت حیاتی است. بهینه‌سازی طراحی بیت برای تولید الگوهای بهبود یافته جریان هوا باید عاملی ضروری باشد زمانی که به بهترین راه حل‌های حرارتی نیاز داریم. این تغییرات به دفع گرما کارآمدتر می‌انجامند - چیزی که در طول عمر بیت‌های حفاری نقش مهمی دارد. آزمایش‌های میدانی نشان داده است که طراحی موفق جریان هوا می‌تواند تنش حرارتی روی بیت‌ها را به شدت کاهش دهد و طول عمر بیت را افزایش دهد. این گونه بهینه‌سازی‌ها سازگاری بیت حفاری را حفظ می‌کنند و عملیات حفاری قابل اعتماد و کارآمد در عمق چاه را در دمای بالا تسهیل می‌کنند. مشخص است که استفاده از دینامیک جریان هوا برای بهینه‌سازی هندسه بیت حفاری و تضمین کارایی آن در شرایط سخت حفاری حیاتی است.
هندسه دکمه‌ها به طور قوی بر کارایی مدیریت گرما در حین حفاری تأثیر می‌گذارد. فرماسیون‌های دکمه‌ای کروی عملکرد تنظیم حرارتی بهتری نسبت به اشکال‌های بالستیک معمولی نشان داده‌اند. نتایج تحقیقات ثابت کرده‌اند که دکمه‌های گرد می‌توانند بار متمرکز را کاهش دهند که این باعث کاهش منابع گرما در حفاری می‌شود. این موضوع برای حفاری سنگ سخت در دمای بالا حیاتی است، زیرا حذف گرما الزامی است تا عملیات به صورت کارآمد ادامه یابد. شاخص‌های عملکرد برای طراحی‌های مختلف روند افزایشی برای پیکربندی‌های کروی در بیت‌های فعلی نشان می‌دهد، هدف از این کار کنترل حرارت بهتر و افزایش استحکام است.
مکان دکمه‌ها در بیت‌های حفاری نقش کلیدی در کاهش گرمای موضعی طی عملیات حفاری دارد. با بهترین جایگذاری دکمه‌ها، عملکرد و کارایی بیت افزایش می‌یابد و احتمال سپری شدن خستگی در دکمه‌ها نیز کاهش می‌یابد که عمر بیت را افزایش می‌دهد. تحقیقات مهندسی نشان داده است که جایگذاری مناسب دکمه‌ها می‌تواند بهبود قابل توجهی در مدیریت حرارت ایجاد کند، احتمال شکست حرارتی را کاهش دهد و فشار یکنواخت را روی بیت حفاری توزیع کند. این استراتژی جمع‌آوری حرارت را کاهش می‌دهد و مقاومت و ثبات ابزارهای حفاری را افزایش می‌دهد که آن را به یک عامل مهم برای در نظر گرفتن در طراحی و استفاده از بیت‌های حفاری DTH تبدیل می‌کند.
عملکرد بیت‌های DTH طراحی شده در برخی مطالعات تاریخچه مورد نظر نشان داده شده است و این مطالعات ثابت می‌کند که بیت‌های DTH بهینه‌سازی شده در شرایط حفاری سخت عملکرد بهتری دارند. تمام این مطالعات تاکید می‌کنند که بیت‌های اصلاح‌شده نسبت به بیت‌های بدون تغییر، به‌ویژه در شرایط حدی، که در آنها بیت‌های معمولی معمولاً کار نمی‌کنند، برتری دارند. به عنوان مثال، آزمایش شده و ثابت شده است که در حالی که بیت‌های مناسب شرایط می‌توانند طول عمر بیشتری داشته باشند و ROP بهبود یابد تا حفاری موفق در پروژه‌هایی که دیگران در آنها شکست خورده‌اند را تضمین کنند. گزارش‌های صنعتی نیز این نتایج را تأیید می‌کنند و مستنداتی از این توسعه‌ها ارائه می‌دهند که نشان می‌دهد این پیشرفت‌ها روش حفاری را تغییر داده و فرماسیون‌های جدیدی را که قبلاً به عنوان بیش از حد سخت برای حفاری با تجهیزات معمولی شناخته می‌شدند، قابل دسترس کرده است. معیارهای عملکرد بین این دو سناریو می‌توان مقایسه کرد، سپس نسبت موفقیت پروژه و کارایی ساخت به‌دلیل بهینه‌سازی بیت‌های DTH به طور قابل مشاهده ای بهبود یافته است.
دانش عوامل بهبود نرخ نفوذ برای ارزیابی قابلیت اجرای بیت‌های DTH در شرایط دمای بالا مهم است. برخی از KPIها مانند ROP زمانی که از بیت‌های بهینه استفاده می‌شود، به طور قابل توجهی بهبود یافته است (حداکثر ۲۰٪ بهبود در برخی کاربردهای خاص). این بهبود به صورت تصادفی رخ نداده است - ما این کار را از طریق تحلیل جزئی داده‌ها و تحقیقات مستمر درباره ابزارها برای بهبود بیشتر آنها مدیریت می‌کنیم. به طوری که هرگاه به عملکرد شاخص‌ها توجه کنیم، طبیعتاً بیت‌های حفاری DTH می‌توانند به طور تدریجی و از زمان به زمان از دیدگاه رشد مداوم و طراحی‌های دقیق‌تر، کارایی و مؤثر بودن توانایی‌های شکست سنگ و حفر بیت حفاری DHT بهینه‌سازی شود. این روش با هدف نهایی بهینه‌سازی طراحی بیت حفاری DTH برای حفاری در سنگ‌های سخت و در شرایط دمای بالا هماهنگ است، به طوری که در بلندمدت سودمندی‌های کاربردی و تجاری پایداری به دست آید.
دماهای بالا می‌توانند مواد سرپوش‌های فورات را نرم کنند، که منجر به سرشار شدن سریع‌تر، کاهش توانایی برش و تضعیف ساختاری می‌شود. علاوه بر این، خستگی حرارتی می‌تواند باعث زیرساخت بیشتر فورات شود.
گسترش حرارتی می‌تواند باعث شود مواد تحت گرما گسترش یابند، که این موضوع استرس ایجاد می‌کند و منجر به شکستگی‌های میکروسکوپی و آسیب نهایی به قطعات فورات می‌شود.
کربید تونگستن و آلیاژهای پیشرفته به دلیل ثبات حرارتی، قدرت مکانیکی و مقاومت در برابر سرخوردگی، مناسب برای حفاری در دماهای بالا هستند.
دینامیک جریان هوا برای مدیریت گرم شدن، تسهیل کننده حذف بهتر گرما و افزایش طول عمر سرپیکه‌ها در شرایط دمای بالا بسیار حیاتی است.
EN
