În perforarea rocilor dure, temperaturile ridicate reprezintă una dintre cele mai mari provocări și afectează în principal uzura burile de perforare. Dacă apar valuri de căldură intense, aceste burile de perforare pot să se molifice din cauza căldurii, ceea ce provoacă o uzură mai rapidă. Acest lucru este important, deoarece pe măsură ce burile se molifică, ele devin mai puțin eficiente în tăierea materialelor dure și perforarea devine mai nesigură. De asemenea, suferințele sude de căldură bruscă pot duce la oboseală termică, ceea ce determină fragilitatea și scăderea performanței burilor de perforare. Studiile arată că temperaturile ridicate pot să reducă durata de viață a burilor de perforare cu 30%, sau chiar mai mult. Această pierdere a duratei de viață nu doar crește cheltuielile operaționale, dar provoacă și pierderi de timp pentru schimbarea burilor. Prin urmare, pentru a menține productivitatea perforării, este important să se monitorizeze și controleze condițiile termice în timpul perforării.
Extensia termică este încă un alt problema care afectează eficiența și viața utilă a broaștei pentru piatră dură. Când se încălzește, materialele se extind, creând stres care poate duce la microfracturi și eșecul elementelor de broscă. Cunoașterea coeficienților de extensie termică ai materialelor din care sunt fabricate broaștele este esențială. Aceste informații ajută inginerii să proiecteze broaște care vor fi capabile să reziste stresurilor termice întâlnite în timpul broscării, printre alte cerințe. Este recomandat ca o stabilitate termică echilibrată și o putere mecanică a materialelor să fie alese, conform experților. În acest fel, proiectanții pot să asigure că broaștea rămâne puternică într-un mediu termic extrem și suficient de mult timp pentru a efectua sarcina sa. Aceste descoperiri sunt de o mare importanță pentru optimizarea broaștelor DTH în broscarea în piatră dură la temperaturi ridicate și arată nevoia de inovații care să poată face față simultan problemelor termice și mecanice.
Carbonul de tungsten are un punct de topire extrem de ridicat și este o alegere bună pentru a rezista aplicațiilor de perforare la temperaturi ridicate. Noile formulări ale carbonului de tungsten oferă chiar rezistență termică, rezultând un material care păstrează rezistența în cele mai severe condiții." S-a raportat totuși că carbonul de tungsten produs sub o formă specială este rezistent la căldură până la peste 800°C și are un grad de durabilitate mult mai mare decât cel al unui material standard. Această dezvoltare este esențială pentru a prelungi viața utilă a uneltelor și eficiența perfoanei în formații geologice dure.
Dezvoltarea noilor compoziții de aliaje devine din ce în ce mai importantă pentru a obține burice mai dure și mai rezistente la căldură. Istoriile de caz arată că anumite aliaje avansate pot mări durata de viață a buricilor cu până la 50% în condiții severe. Această durabilitate este rezultatul unei relații simbiotice între metalurzi și producătorii de burici, care lucrează pentru a crea un material care are un echilibru între stabilitatea termică și rezistența mecanică. Integrarea acestor aliaje avansate crește durata de viață a buricilor și îmbunătățește eficiența de penetrație în condiții extrem de severe.
Proiectarea cu grijă a schiților de canalizare este importantă pentru creșterea efectului de răcire prin o mai bună curgere a lichidului în jurul capului de perforație. Căldura generată prin perforare la temperaturi ridicate poate fi astfel controlată bine printr-o formă optimizată a acestor canale. Au fost efectuate simulări pe computer și acestea confirmă că canalele de spălare proiectate corespunzător pot îmbunătăți semnificativ eficiența răcirii. Astfel de aranjamente oferă o distribuție îmbunătățită a lichidului, ajutând astfel la prevenirea generării de căldură în interiorul măcelului de perforație. Aceste rezultate sunt ulterior susținute de teste teren care arată o scădere semnificativă a temperaturii și o durabilitate mult mai mare cu design-ul modern de spălare al măcelurilor de perforație. Aceste tehnici oferă o viață utilă prelungită și o performanță mai bună a măcelurilor de perforație.
Cunoașterea efectului de flux este crucială pentru controlul disipării de căldură în timpul perforării în medii severe. Optimizarea designului mingei pentru a produce modele de flux aerian îmbunătățite trebuie să fie un factor esențial atunci când vorbim despre o mai bună aliniere termică. Aceste schimbări permit o disipare mai eficientă a căldurii - ceva crucial atunci când vorbim despre durata de viață a mingei de perforare. Testele de teren au arătat că proiectările cu succes ale fluxului de aer pot reduce semnificativ stresul termic asupra mingii și pot crește viața utilă a acesteia. Asemenea optimizări păstrează integritatea mingii de perforare și facilitează operațiunile de perforare eficiente și de încredere în condiții de temperaturi ridicate. Se poate observa că utilizarea dinamicii fluxului de aer este crucială pentru optimizarea geometriei mingii de perforare și pentru a asigura eficacitatea acesteia în condiții grele de perforare.
Geometria butonului influențează puternic eficiența gestionării căldurii în timpul perforării. Formările sferice ale butoanelor au demonstrat o reglementare termică superioară față de formele tradiționale balistificate. Rezultatele cercetărilor au dovedit că butoanele rotunde pot reduce sarcina punctuală, ceea ce duce la o diminuare a surselor termice în timpul perforării. Acest lucru este esențial pentru perforarea în roci dure la temperaturi ridicate, deoarece eliminarea căldurii este necesară pentru a fi eficient și pentru a menține operațiunea. Indicații de performanță pentru diferite proiectări arată o tendință crescătoare pentru configurații sferice în buri actuale cu scopul unei mai bune controlare termică și a durabilității îmbunătățite.
Poziționarea butoanelor în broaște este esențială pentru reducerea acumulării localizate a căldurii în timpul perforării. Cu cei mai buni aranjiți butoane, performanța broaștei și eficiența muncii se îmbunătățesc și mai mult, iar posibilitatea de a provoca uzurare la nivelul butoanelor se minimizează, prelungind viața utilă a broaștei. Cercetările ingineristice au arătat, de asemenea, că butoanele bine poziționate pot oferi o îmbunătățire semnificativă în gestionarea termică, reducând probabilitatea crăpăturilor termice prin promovarea unei distribuții uniforme a presiunii pe broască. Această strategie va atenua acumularea de căldură și va oferi o durabilitate și o stabilitate crescută a uneltelelor de perforare, ceea ce o face un factor important de luat în considerare atunci când se proiectează și se utilizează broaște DTH.
Performanța biturilor DTH proiectate este demonstrată în unele studii de caz, iar aceste studii dovedesc că bitii DTH optimizați funcționează mult mai bine în condiții dificile de foraj. Toate aceste studii subliniază faptul că bitii modificăți sunt superioare față de cei nealterați, mai ales în condiții extreme, unde bitii convenționali nu funcționează în general. De exemplu, a fost testat și dovedit că, când bitii sunt condiționați corespunzător, aceștia pot oferi o durabilitate îmbunătățită și o ROP (rată de penetrație) mai bună pentru a asigura un foraj reușit în proiecte în care alții au eșuat. Rapoarte industriale susțin și aceste concluzii, documentând cum aceste dezvoltări au schimbat modul în care se face forajul și au deschis noi formații care odată erau considerate prea dure pentru a fi manipulate cu echipamente convenționale. Metricile performanței între cele două scenarii pot fi comparate, iar raportul de succes al proiectului și eficiența construcției sunt vizibil îmbunătățite datorită optimizării biturilor DTH.
Cunoașterea factorilor de îmbunătățire a ratai de penetrație este importantă pentru evaluarea viabilității biturilor DTH în condiții de temperaturi ridicate. Unele KPI-uri, cum ar fi ROP, au fost îmbunătățite semnificativ (cu cel mult 20% îmbunătățire în unele aplicații specifice) când sunt folosite bise optimizate. Această îmbunătățire nu a avut loc prin întâmplare - o gestionăm prin analiza foarte detaliată a datelor și cercetarea continuă a uneltelor cu scopul de a le îmbunătăți chiar mai mult. Atât timp cât ne menținem ochii pe indicatorii de performanță, natural, bisele de perforare DTH pot fi ajustate treptat și din când în când, din perspectiva unei creșteri constante și a unor proiectări tot mai refine, eficiența și efectivitatea abilităților de spargere a piatră și foraj a bisei de perforare DHT pot fi optimizate. Acestă direcție este în conformitate cu obiectivul final al optimizării proiectării bisei de perforare DTH pentru perforări în piatră dură și la temperaturi ridicate, cu realizarea profiturilor aplicative și comerciale sustenabile pe termen lung.
Temperaturi ridicate pot îmblanda materialele burilelor de perforare, ducând la uzurare accelerată, o capacitate redusă de tăiere și o compromisere a integrității structurale. În plus, obositul termic poate degrada mai mult burile.
Dilatarea termică poate determina materialele să se extindă sub efectul căldurii, rezultând în stres care duce la microfracturi și avarie finală a componentelor de perforare.
Carbura de tungsten și amestecuri de aliaje avansate sunt potrivite pentru perforarea la temperaturi ridicate din cauza stabilității lor termice, forței mecanice și rezistenței la uzurare.
Dinamica curgerii de aer este esențială pentru gestionarea acumulării de căldură, facilitarea unei mai bune eliminări a căldurii și prelungirea durabilității burghișoarelor în condiții de temperaturi ridicate.
EN