متههای مغزهگیری وایرلاین در سایزهای بی کیو، ان کیو، اچ کیو و پی کیو
Bq, Nq, Hq, Pq
انواع مته، طراحی تاج، ارتفاع تاج، انتخاب ماتریس، ساخت، قیمت و کنترل کیفیت
حفاری مغزهگیری وایرلاین برای گرفتن مغزه در اعماق متوسط و زیاد طراحی شده است؛ بهگونهای که در بسیاری از شرایط، نیازی به بیرون کشیدن کامل رشته حفاری (راد های حفاری و ...) پس از هر بار پر شدن لوله مغزهگیر(پوسته داخلی کربارل) وجود نداشته باشد. چهار سایز رایج بیکیو، انکیو، اچکیو و پیکیو بخش مهمی از این سامانه را تشکیل میدهند. با این حال، انتخاب سرمته فقط انتخاب قطر نیست؛ بهویژه در متههای دیابوریت، جنس و رفتار ماتریکس، کیفیت و اندازه الماس، ارتفاع تاج، شکل تاج، مسیر عبور آب و پارامترهای حفاری همگی بر سرعت نفوذ، عمر مته و هزینه هر متر حفاری اثر دارند.
۱. بی کیو، ان کیو، اچ کیو و پی کیو (Bq, Nq, Hq, Pq) چه تفاوتی دارند؟
در نامگذاری خانواده وایرلاین، سایز با قطر مغزه ( قطر داخلی مته)، قطر بیرونی مته و قطر چال حفاری ارتباط دارد، اما این سه عدد یکسان نیستند. بنابراین در خرید مته نباید فقط گفت «مته ان کیو»؛ بهتر است قطر بیرونی، قطر داخلی، شکل تاج، ارتفاع تاج و نوع رزوه نیز مشخص شود.
۲. سه فناوری اصلی مته
متههای پی دی سی (PDC) در ساختار برش خود از برشگرهای الماس چندبلوری استفاده میکنند و در سازندهای نرم تا متوسط و نسبتاً همگن میتوانند سرعت نفوذ زیادی ایجاد کنند. محدودیت اصلی آنها در سنگهای بسیار سخت، بسیار ساینده، بهشدت شکسته یا ضربهای است.
متههای دیامی دارای یک لایه فعال الماس در سطح تاج هستند. به دلیل درگیری مستقیم دانههای الماس با سنگ، در زمینهای مناسب برش مؤثری ایجاد میکنند؛ اما پس از مصرف لایه فعال، سازوکار خودتیزشوندگی مته دیابوریت را ندارند.
در متههای دیابوریت ، دانههای الماس درون یک ماتریکس فلزی توزیع شدهاند. با فرسوده شدن کنترلشده ماتریکس، دانههای تازه الماس در معرض سنگ قرار میگیرند و به همین دلیل این متهها برای سنگهای متوسط تا بسیار سخت بسیار مهم هستند.
۳. طراحیهای مختلف تاج و مسیر آب در متههای دیابوریت
انواع تاج مته های اچ کیو و ...
۱. تاج تخت
- کاربرد: سنگ سخت، یکپارچه و همگن مانند گرانیت و کوارتزیت.
- مزیت: عمر بالا و سایش یکنواخت؛ برای سنگ ساینده عالی است.
- محدودیت: سطح تماس زیاد است، پس سرعت نفوذ کمتر و نیروی لازم بیشتر میشود.
۲. نیمهگرد
- پروفیل استاندارد است و برای بیشتر شرایط زمین مناسب است.
- مزیت: بین عمر مته، سرعت نفوذ و ثبات تعادل خوبی دارد و لبههای مقاومش لبپریدگی را کم میکند.
۳. گرد
- برای سنگ سختتر و ساینده پروفیل ترجیحی است.
- مزیت: لبههای گرد تمرکز تنش کمتری دارند و عمر بالاتری میدهند.
۴. پلهای
- مزیت: سرعت نفوذ بالاتر.
- محدودیت: کمی شکنندهتر است، بهویژه در سنگ شکسته. بیشتر با سیستم وایرلاین به کار میرود.
۵. پایلوت
- ثبات خوب، سرعت نفوذ مناسب و بازیابی مغزه دارد و برای سنگ نرم تا متوسط ایدهآل است.
۶. پایلوت زاویهدار
- پروفیلی بسیار بادوام و باثبات است و برای سنگ بسیار شکسته ایدهآل است.
۷. مخروطی (نوکتیز)
- کاربرد: سازندهای نرم تا متوسط و کمساینده.
- مزیت: به دلیل سطح تماس کم، بیشترین سرعت نفوذ را با نیروی کم میدهد.
- محدودیت: در سنگ سخت و ساینده سریع فرسوده میشود.
۸. توربو
- توربو بیشتر یک سبک فیس و قطعه است تا یک پروفیل جداگانه.
- مزیت: سطح تماس تاج کمتر است، تیزشدن مته آسانتر میشود و در بعضی شرایط سرعت نفوذ بالاتر میرود.
- کاربرد: برای سنگ عادی تا شکسته و دور بالا مناسب است. نوع توربو سریعتر میبرد، اما الماس کمتری دارد.
در طراحی مته دیابوریت باید بین شکل سطح تاج و هندسه مسیر عبور آب (آبراه) تفاوت قائل شد. در بازار طراحیهای استاندارد، پاییشکل، توربو پاییشکل، سیکلون، جت و تخلیه جانبی عمیق دیده میشوند.
طراحی استاندارد
برای طیف نسبتاً وسیعی از شرایط استفاده میشود و معمولاً گزینهای عمومی برای شروع انتخاب است.
این طرح قدیمی است و روی بیشتر متههای ایمپرگنیتد استفاده میشود. آبراهها موازی و دیوارهها ضخیمترند.
- مزیت: گردش آب از قطر داخلی به بیرونی خوب است و قطر بیرونی مته در برابر سایش مقاومتر از بعضی طرحهای دیگر است.
- کاربرد: در سنگ شکسته نتیجهٔ خوبی میدهد، چون فشار را خوب تحمل میکند. قطعات ضخیمتر روی دستگاههای گیربکسی هم مته را محکمتر میکنند.
طراحی پاییشکل
مسیرهای آب برای خروج مناسب براده و خنککاری طراحی میشوند و این هندسه در زمینهای ساینده کاربرد زیادی دارد.
این محبوبترین طرح است و آبراههایش گوهای است. اغلب برای حفاری در شرایط ساینده ترجیح داده میشود.
- مزیت: دهانهٔ گوهای، کندههایی را که ممکن است آبراه را ببندند بهتر بیرون میریزد.
- کاربرد: برای دور بالاتر توصیه میشود و در سنگ شکسته هم خوب برش میدهد.
توربو پاییشکل
طراحی آزادبرتری است که در شرایط مناسب میتواند سرعت نفوذ را افزایش دهد. با این حال، آزادبرتر بودن لزوماً به معنی عمر بیشتر نیست؛ زیرا تغییر سطح تماس ماتریکس و الماس و فضای مسیر آب بر تعادل عمر و سرعت اثر میگذارد.
نسخهٔ توربوی پاییشکل است.
- مزیت: در بعضی شرایط سرعت نفوذ از نوع غیرتوربو بیشتر است. سطح تماس تاج کمتر است و تیزشدن مته آسانتر میشود.
- کاربرد: برای سنگ عادی تا شکسته و دور بالا مناسب است، مخصوصاً با دستگاه هیدرولیکی. با همان سطح تماس کم، روی دستگاههای کمقدرتتر هم جواب میدهد.
- نکته: اگر این طرح خوب برش نداد، معمولاً مشکل از سختی ماتریس است و باید آن را عوض کنید.
سیکلون
مسیرهای مایل آب به تخلیه بهتر سیال و براده کمک میکنند و در زمینهای شکسته، رسی و شیلی میتوانند مفید باشند.
- ویژگی: آبراههایش زاویهدار است. در تصویر آبراهها بزرگتر و کج کشیده شدهاند.
- مزیت: خروج سیال حفاری عالی است. در سازندهایی که رگههای رسی دارند، آبراههای بزرگ و زاویهدار گرفتگی را کم میکنند.
- کاربرد: سنگ شکسته، رس و شیل.
جت
تمرکز بیشتر بر گردش و تخلیه سیال میتواند در برخی سازندهای متراکم و غیرساینده مفید باشد.
این طرح بسیار شبیه توربو پاییشکل است و برای همان کاربردها مناسب است. برای سنگ سالم و غیرساینده انتخاب عالی است.
- مزیت: تخلیهٔ خوب آب و کنده. در این سری تاج بلندتر هم وجود دارد که در حفاری عمیق عمر مته را بیشتر میکند و دفعات بالاکشیدن لولهها را کم میکند.
تخلیه جانبی عمیق
در زمین نرم، شکسته و آبرفتی میتواند فضای بیشتری برای عبور سیال فراهم کند و به کنترل شرایط هیدرولیکی اطراف مغزه کمک کند.
در این طرح زاویهٔ جانبی و عمق بیشتر آبراه با هم ترکیب میشوند و بیشترین توان شستوشو در این خانواده ایجاد میشود.
- مزیت: فضای عبور آب و گل حفاری بیشتر است، فشار و آب کمتری روی مغزه میافتد و قطر بیرونی ماتریس بهتر خنک میشود. همین باعث میشود قطر مته زود کم نشود.
- کاربرد: برای سنگ سخت ساینده و سنگ نرم شکسته مناسب است، در سنگ آهن رایج است و انتخاب اول نمونهگیری از پوشش سطحی و متههای سهلوله است.
در تصویر بالا، نمای روبهروی تاج (دید از پایین) شش آبراه را کنار هم نشان میدهد. توضیحها بر پایهٔ راهنمای شرکت اپیروک است، اما شکل ترسیمشده طرحواره است. من تصویرهای خود راهنما را ندیدم و شکلها را از توضیح متنی آن ساختهام. جت و توربو پاییشکل را هم فقط با تفاوت جزئی کشیدهام. نام و شکل دقیق مدلها بین سازندهها فرق میکند، پس برای انتخاب نهایی کاتالوگ سازنده را ببینید.
قواعد کلی انتخاب
- عرض آبراه: در زمین نرم و سست آبراه عریضتر، و در سنگ سخت و سالم آبراه باریکتر انتخاب کنید.
- تعداد آبراه: آبراه بیشتر باعث میشود مته با نیروی کمتر بهتر ببرد، اما جا برای الماس در ماتریس کمتر میشود. نوع توربو سریعتر میبرد ولی الماس کمتری دارد.
- تقویتها: در سنگ ساینده، تقویت قطر داخلی و بیرونی و بلندی تاج عمر مته را بالا میبرند.
۴. ارتفاع تاج چه اثری دارد؟
ارتفاع تاج یعنی ارتفاع لایه دارای الماس در بخش برنده مته. ارتفاعهای متداول حدود ۱۰، ۱۳، ۱۶، ۲۰ و ۲۶ میلیمتر هستند. تاج بلندتر الزاماً مته بهتری نیست؛ فقط حجم بیشتری از ماتریکس و الماس در اختیار قرار میدهد و میتواند در حفاری عمیق فاصله بین تعویض متهها را افزایش دهد.
برای حفاری عمیق، تاجهای ۱۶، ۲۰ و ۲۶ میلیمتری میتوانند از نظر کاهش دفعات تعویض و بیرون کشیدن رشته حفاری مفید باشند. اما اگر زمین تغییر کند و ماتریس جدید با سازند تطابق نداشته باشد، تاج بلندتر لزوماً مزیت نخواهد بود.
۵. سختی ماتریکس و انتخاب آن بر اساس سنگ
مهمترین اصل در انتخاب ماتریکس این است که رفتار فرسایش ماتریکس باید با سنگ هماهنگ باشد. بهطور کلی، در سنگ نرمتر از ماتریکس سختتر استفاده میشود تا ماتریکس بیش از حد سریع از بین نرود. در سنگ سختتر، ماتریس نرمتر و آزادبرتر میتواند لازم باشد تا سطح تازه الماس سریعتر نمایان شود.
