ŚWIDRY SKRZYDŁOWE I GRYZOWE

Transkrypt

1 ŚWIDRY SKRZYDŁOWE I GRYZOWE

2 PODZIAŁ NARZĘDZI WIERCĄCYCH Narzędzia wiercące stosowane przy wierceniu otworów metodą obrotową można podzielić według przeznaczenia na: 1. świdry o pełnym przekroju zwiercania dna otworu; 2. koronki rdzeniowe, zwiercające pierścień skały w celu uzyskania rdzenia; 3. poszerzacze zwiercające pierścień skały w celu powiększenia średnicy otworu; 4. świdry specjalnego przeznaczenia: - do prostowania skrzywionych otworów, - do krzywienia otworów kierunkowych, - do zwiększenia średnicy na pewnych odcinkach, - do prac ratunkowych, - do zwiercania korka cementowego.

3 PODZIAŁ NARZĘDZI WIERCĄCYCH c.d. Świdry i koronki ze względów konstrukcyjnych można podzielić na: - skrzydłowe; - gryzowe; - diamentowe.

4 PODZIAŁ NARZĘDZI WIERCĄCYCH c.d. Ze względu na sposób urabiania skały narzędzia wiercące dzielimy na: - skrawające; - ścinające; - frezujące; - kruszące; - o działaniu pośrednim.

5 ŚWIDRY SKRZYDŁOWE

6 ŚWIDRY SKRZYDŁOWE Do grupy tej zaliczane są świdry płaskie: rybi ogon o długich i krótkich ostrzach, świdry dwuskrzydłowe, trójskrzydłowe, czteroskrzydłowe (krzyżaki) oraz różne ich modyfikacje.

7 Świder prosty Świder czteroskrzydłowy

8 Świdry trójskrzydłowe: odmiana a oraz odmiana b

9 Świder skrzydłowy paraboliczny Świder skrzydłowy spiczasty

10 Świder skrzydłowy pilotujący Świder skrzydłowy zacinający Świder skrzydłowy centrujący długi

11 PARAMETRY TECHNOLOGICZNE ŚWIDRÓW SKRZYDŁOWYCH 1. Kąt skrawania a kąt pomiędzy przednią płaszczyzną ostrza świdra a płaszczyzną dna otworu. 2. Kąt zaostrzenia b kąt pomiędzy przednią i tylną płaszczyzną ostrza świdra. Kąty skrawania a i zaostrzania b świdrów skrzydłowych prostych: 1 dla skał miękkich, 2 dla skał spoistych, 3 dla skał o średniej spoistości.

12 3. Prędkość obrotowa świdrów skrzydłowych n < 100 obr/min. PARAMETRY TECHNOLOGICZNE ŚWIDRÓW SKRZYDŁOWYCH c.d. 4. Połączenie świdrów: - czopowe, - mufowe (lepsze). 5. Świdry skrzydłowe wykonuje się z: - stali węglowej wyższej jakości do ulepszania, - stali chromowej do ulepszania. Świdry skrzydłowe: a prosty, b trójskrzydłowe, c paraboliczny.

13 Świdry dwuskrzydłowe wyposażone są w krótkie ostrza. We wnętrzu kadłuba posiadają nasadki dyszowe. Stosowane są przy wierceniu otworów o małych średnicach. Świdry trój- i czteroskrzydłowe posiadają wymienne ostrza. Nasadki dyszowe umieszczone są w taki sposób, że oczyszczają stycznie ostrza i nie rozmywają ściany otworu.

14 ŚWIDRY GRYZOWE

15 ŚWIDRY GRYZOWE Świdry gryzowe znalazły najszersze zastosowanie przy wierceniu obrotowym metodą stołową, oraz przy wykorzystaniu silników wgłębnych. Ze względu na cechy konstrukcyjne świdry gryzowe dzieli się na : jedno-, dwu-, trój- i czterogryzowe.

16 ŚWIDRY GRYZOWE Ze względu na rodzaj zębów wyróżnia się: świdry gryzowe z zębami frezowanymi oraz z zębami w postaci słupków z twardych spieków.

17 NAZEWNICTWO ELEMENTÓW ŚWIDRA

18 ŚWIDRY GRYZOWE Rozważając uszczelnienie łożysk świdrów gryzowych wyróżnia się świdry z łożyskami uszczelnionymi i nieuszczelnionymi.

19 ŚWIDRY GRYZOWE c.d. Analizując rozwiązania systemu oczyszczania narzędzia wiercącego spośród świdrów gryzowych wyróżnia się narzędzia wiercące: - z centralnym płukaniem, - z dyszami standardowymi, - z dyszami przedłużonymi, - z dyszami ekscentrycznymi oraz narzędzia przeznaczone do wiercenia z płuczką powietrzną.

20 ŚWIDRY GRYZOWE c.d. Świdry jedno i dwugryzowe produkowane są obecnie bardzo rzadko. Przeznaczone one są głównie do wiercenia w skałach miękkich. Uzyskuje się nimi stosunkowo duże uwierty jednakże ze względu na znaczne odchylanie osi otworu od założonej trajektorii sterowanie przebiegiem otworu pilotowego w horyzontalnych wierceniach kierunkowych jest bardzo utrudnione.

21 ŚWIDRY GRYZOWE c.d. Świdry trójgryzowe - pierwsze świdry trójgryzowe wyprodukowane zostały w 1933 r. i do dnia dzisiejszego są najczęściej używanymi narzędziami wiercącymi przy wykonywaniu otworów w skałach.

22 ŚWIDRY TRÓJGRYZOWE Gryzy (x3) Słupki Zęby frezowane Zbrojenie Dysze (x3) Świder słupkowy Połączenie API Świder z zębami frezowanymi

23 ŚWIDRY GRYZOWE c.d. Świdry czterogryzowe stosuje się obecnie również rzadko ze względu na problemy związane z rozwiązaniem systemu płukania dyszowego z równoczesnym skierowaniem strumienia płuczki bezpośrednio na dno otworu. Ustępują one znacznie pod względem wskaźników wiercenia świdrom trójgryzowym.

24 ŚWIDRY GRYZOWE Z ZĘBAMI FREZOWANYMI Do głównych cech konstrukcyjnych świdrów gryzowych zaliczyć należy: - geometrię gryzów (obecność i wielkość poślizgu), - wysokość i długość zębów, - kąt zaostrzenia zębów, - podziałkę, - współczynnik pokrycia dna otworu wiertniczego (stosunek rzutów długości zębów poszczególnych gryzów na płaszczyznę poziomą do długości promienia świdra) n=(l1+l2+l3)/r, - liczbę zębów na poszczególnych wieńcach, - sposób rozmieszczenia zębów wzdłuż tworzącej gryzów, - zbrojenie skrajnych wieńców.

25 ŚWIDRY GRYZOWE Z ZĘBAMI FREZOWANYMI c.d. Poszczególne typy świdrów w zależności od przeznaczenia różnią się między sobą tymi cechami. Świdry gryzowe mogą bowiem w zależności od swych parametrów konstrukcyjnych efektywnie wiercić w skałach miękkich, średnio twardych, twardych i bardzo twardych. Zmiany cech konstrukcyjnych świdrów trójgryzowych w zależności od twardości skał przedstawia Cecha konstrukcyjna Wysokość i długość zębów Kąt zaostrzenia zębów Podziałka Poślizg Kąt nachylenia gryzów Współczynnik pokrycia dna otworu Liczba wieńców na poszczególnych gryzach Liczba zębów na poszczególnych wieńcach Wzrost twardości skał Maleje Rośnie Maleje Maleje Maleje Rośnie Rośnie Rośnie

26 PORÓWNANIE ŚWIDRÓW PRZEZNACZONYCH DO WIERCENIA W SKAŁACH 17 1/2 MAX-GT1 17 1/2 MAX-GT3 Miękkich Średnio twardych

27 ŚWIDRY GRYZOWE Z ZĘBAMI W POSTACI SŁUPKÓW Z TWARDYCH SPIEKÓW Świdry tego typu wprowadzone zostały do wiertnictwa w 1952 r. Początkowo przeznaczone były do wiercenia w skałach bardzo twardych a obecnie ich aplikacja rozszerzona została na wszystkie rodzaje skał i nie różnią się od konstrukcji świdrów gryzowych z zębami frezowanymi.

28 ŚWIDRY GRYZOWE Z ZĘBAMI W POSTACI SŁUPKÓW Z TWARDYCH SPIEKÓW c.d. Świdry słupkowe zamiast zębów posiadają wykształcone słupki wykonane z twardych spieków. Wysokość ilość i kształt oraz rozmieszczenie słupków uwarunkowane jest twardością skał.

29 TYPY SŁUPKÓW DO SKAŁ Twardych Średniotwardych Miękkich

30 Średniotwardych PORÓWNANIE ŚWIDRÓW SŁUPKOWYCH PRZEZNACZONYCH DO WIERCENIA W SKAŁACH Miękkich Twardych

31 ŁOŻYSKA, USZCZELNIENIE I SMAROWANIE

32 TYPY ŁOŻYSK Bardzo ważnym elementem świdrów trójgryzowych (z zębami frezowanymi i słupkowymi) wpływającym na ich żywotność jest system ułożyskowania. Początkowo stosowane były 3 łożyska toczne. Obecnie konstrukcje łożysk uzależnione są od obciążeń przenoszonych przez świder. Dla dużych obciążeń (dużych średnic) w świdrach powyżej 254 mm średnicy stosuje się łożyska wałkowokulkowo-ślizgowe. W mniejszych średnicach świdrów rezygnuje się stopniowo z łożysk tocznych na rzecz łożysk ślizgowych.

33 TYPY ŁOŻYSK c.d. Łożyska ślizgowe Łożyska toczne kulkowo- wałeczkowe

34 ROZKŁAD SIŁ W ŁOŻYSKACH Łożysko ślizgowe przylega całą powierzchnią Niskie obciążenie na jednostkę powierzchni Łożysko toczne posiada kontakt punktowy Duże obciążenie na jednostkę powierzchni

35 ROZKŁAD SIŁ W ŁOŻYSKACH łożyska ślizgowe Nacisk na świder rozkłada się na obciążenia osiowe i radialne. Obciążenie radialne przenoszone jest na łożysko ślizgowe i czop pilotujący. Obciążenia osiowe przenoszone są na powierzchnię czołową łożyska i czop pilotujący. Nacisk

36 ROZKŁAD SIŁ W ŁOŻYSKACH łożyska toczne Nacisk na świder rozkłada się na obciążenia osiowe i radialne. Obciążenie radialne przenoszone jest na elementy toczne łożyska (dwa lub więcej). Obciążenia osiowe przenoszone są na powierzchnię czołową łożyska i czop pilotujący. Nacisk

37 MECHANIZM ZAMYKANIA GRYZÓW Układ zamykający elementy toczne jest podstawą bezpiecznej eksploatacji świdra: kulki są wprowadzane od strony łapy łożyska, a następnie są szczelnie zamykane sworzniem.

38 SMAROWANIE

39 SYSTEM UŁOŻYSKOWANIA ŚWIDRÓW GRYZOWYCH Łożyska narzędzi wiercących mogą być uszczelniane poprzez smarowanie wewnętrzne lub nieuszczelniane. Przekrój przez świder gryzowy z uszczelnionymi łożyskami przedstawia rysunek.

40 SYSTEM SMAROWANIA Zbiornik ze smarem pod ciśnieniem (jeden na każdy gryz) Zbiornik wypełniony jest smarem Płuczka wywierając ciśnienie na część gumową kompensatora powoduje przemieszczanie się smaru do łożysk.

41 SYSTEM SMAROWANIA Pierścień zamykający Metalowa część kompensatora Gumowa część kompensatora Zamknięcie kompensatora Uszczelnienie typu O-Ring Otwór działania ciśnienia płuczki Otwór łączący z łożyskiem

42 KALIBROWANIE ŚREDNICY OTWORU

43 KALIBROWANIE ŚREDNICY NARZĘDZI GRYZOWYCH Bardzo ważnym zadaniem jakie stawia się przy eksploatacji świdra gryzowego jest konieczność utrzymania średnicy nominalnej otworu wiertniczego. Czynnik ten jest bardzo istotny ze względu na: - żywotność narzędzia i ekonomikę jego pracy; - krzywienie otworu wiertniczego; - niebezpieczeństwo awarii i komplikacji wiertniczych.

44 KALIBROWANIE ŚREDNICY NARZĘDZI GRYZOWYCH c.d. W celu zachowania pierwotnej średnicy czopy łap napawa się płytkami z węglika wolframu lub uzbraja się naturalnymi diamentami. W celu ograniczenia zużycia świdra gryzowego na średnicy zwiększa się powierzchnię zębów umieszczonych na skrajnych wieńcach.

45 KALIBROWANIE ŚREDNICY c.d. Stosowanie diamentów na zewnętrznym wieńcu

46 STOSOWANIE DIAMENTÓW SYNTETYCZNYCH DT Diamenty syntetyczne na zewnętrznym wieńcu Diamenty syntetyczne na DX zewnętrznej powierzchni gryza

47 PROFILOWANIE POWIERZCHNI TYLNIEJ GRYZÓW Konwencjonalny Kalibrowana średnica

48 UTWARDZANIE ZĘBÓW NA SKRAJNYCH WIEŃCACH Powierzchnia czołowa Powierzchnia boczna Powierzchnia wieńcowa

49 NAPAWANIE ŁAP ŚWIDRA Napawanie na łapach świdra w celu zabezpieczenia ich przez zużyciem.

50 WZMACNIANIE ŁAP ŚWIDRA Wzmacnianie łap służy zabezpieczeniu przed zużyciem oraz stabilizacji ruchu obrotowego narzędzia.

51 ZBROJENIE ŁAP ŚWIDRA Dodatkowe zbrojenie łap świdra w postaci punktowych elementów z twardych spieków.

52 ZABEZPIECZENIE KOMPENSATORÓW CIŚNIENIA Twarde spieki

53 SYSTEMY OCZYSZCZANIA ŚWIDRÓW ZE ZWIERCIN

54 SYSTEMY OCZYSZCZANIA NARZĘDZI GRYZOWYCH Świdry gryzowe posiadają różne rozwiązania systemu płukania. Wydostający się z przewodu wiertniczego strumień płuczki powinien spełniać następujące funkcje w celu zapewnienia efektywnej pracy narzędzia wiercącego : - ochładzać i niekiedy smarować narzędzie; - oczyszczać zęby świdra; - dostarczać energię na dno otworu wiertniczego.

55 SYSTEMY OCZYSZCZANIA NARZĘDZI GRYZOWYCH c.d. Do obecnie stosowanych rozwiązań systemu płukania narzędzi gryzowych zaliczyć należy zaliczyć: a) świdry z centralnym płukaniem; b) świdry z dyszami standardowymi; c) świdry z przedłużonymi dyszami; d) świdry do wiercenia z płuczką powietrzną.

56 W PEŁNI WYDŁUŻONE DYSZE Dysze w pełni wydłużone zwiększają siłę udaru hydraulicznego płuczki o dno otworu wiertniczego

57 DYSZE NIEZNACZNIE WYDŁUŻONE Nieznacznie wydłużone dysze montowane są do świdrów 8 1/2 lub większych. Zadaniem ich jest ukierunkowanie strugi płuczki wypływającej z dysz narzędzia wiercącego.

58 MIĘDZYNARODOWA KLASYFIKACJA ŚWIDRÓW GRYZOWYCH wg AIDC Międzynarodowe Stowarzyszenie Kontraktorów Wiertniczych IADC (International Associacion of Drilling Contraktors) stworzyło klasyfikację świdrów gryzowych. Klasyfikacja ta obejmuje zarówno właściwości skał jak i osobliwości konstrukcyjne. Uwzględnia również niektóre szczególne przypadki aplikacji narzędzi wiercących. Oznaczenie każdego świdra składa się z 3 cyfr i ewentualnie litery. Pierwsza cyfra od 1 do 8 charakteryzuje typ świdra i jego przeznaczenie. Druga cyfra od 1 do 4 określa typ skał (im większa cyfra tym świder do twardszych skał) Trzecia cyfra od 1 do 9 opisuje właściwości konstrukcyjne świdra.

59 INTERPRETACJA KLASYFIKACJI ŚWIDRÓW GRYZOWYCH wg KODU IADC

60 Oznakowanie świdrów trójgryzowych GLINIK

61 BM1 IADC 111 Rodzaje skał: niezwiązane, bardzo miękkie, sypkie skały, luźne piaski, piaski z zawartością drobnego żwiru, węgle brunatne, sole. Łożysko: standard. M1T IADC 133 Rodzaje skał: uwarstwione miękkie skały jak: iłowce wapniste, łupki piaszczyste, piaskowce o lepiszczu wapnistym, zlepieńce, gipsy porowate, miękkie anhydryty. Łożysko: standard.

62

63 Podklasa twardości Świdry ze standardowymi łożyskami tłocznymi Łożyska nieuszczelnione świder przeznaczony do wiercenia z płuczką powietrzną Łożyska nieuszczelnio ne zbrojenie skrajnych wieńców i powierzchni bocznej gryzów Łożyska toczne uszczelni one Zbrojenie skrajnych wieńców i powierzch ni bocznej gryzów Łożyska ślizgowe uszczelni one Łożyska ślizgowe uszczelnione zbrojenie skrajnych wieńców i powierzchni bocznej gryzów Świdry z zębami frezowanymi Skały miękkie Skały średnio twarde Skały twarde

64 Rys historyczny

65 1909 PIERWSZY ŚWIDER GRYZOWY Zrewolucjonizował wiercenie obrotowe gdyż umożliwił wiercenie w twardych formacjach skalnych

66 1925 ŚWIDER Z SAMOOCZYSZCZAJĄCYMI SIĘ ZĘBAMI Uzyskano ponad dwukrotne zwiększenie prędkości wiercenia oraz zwiększenie uwiertu o 79%.

67 1932 ZASTOSOWANIE ŁOŻYSK TOCZNYCH Zastosowanie łożysk tocznych umożliwił zwiększenie czasu pracy świdrów gryzowych.

68 1933 PIERWSZY ŚWIDER TRÓJGRYZOWY Bardziej wytrzymały niż świdry dwugryzowe. Stanowi standard dzisiejszych narzędzi wiercących.

69 1948 DYSZE W ŚWIDRZE GRYZOWYM Zastosowanie ciśnienia hydraulicznego wywieranego przez płuczkę wypływającą z dysz świdra zwiększyło prędkość wiercenia o 30%.

70 1951 ZASTOSOWANIE SŁUPKÓW Z WĘGLIKÓW SPIEKANYCH Pierwszy słupkowy świder gryzowy Uzyskano zwiększenie uwiertu w twardych formacjach skalnych

71 1959 USZCZELNIENIE ŁOŻYSK Odizolowanie płuczki od łożysk smarowanych wewnętrznie. Zwiększenie czasu pracy łożysk o 30% i uwiertu świdrem o 50%.

72 1969 USZCZELNIENIE TYPU O-RING Zwiększenie żywotności narzędzia wiercącego

73 1979 ŚWIDRY SŁUPKOWE DO SKAŁ MIĘKKICH Pierwszy świder słupkowy umożliwiający efektywne wiercenie w skałach miękkich.

74 1981 POFILOWANIE SŁUPKÓW Zwiększenie żywotności struktury tnącej

75 1986 USZCZELNIENIE METAL METAL (Łożyska ślizgowe) USZCZELNIENIE METAL METAL (łożyska toczne) Dzięki wypolerowanym powierzchniom styku obniżono wartość współczynnika tarcia przez co zwiększono żywotność łożysk.

76 ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WZMACNIANIA ZĘBÓW NA SKRAJNYCH WIEŃCACH Dodatkowe słupki SŁUPKI ZĘBY FREZOWANE Słupki na powierzchni zewnętrznej Dodatkowe utwardzenie Dodatkowe wzmocnienie stalowe powierzchni zewnętrznej Bimetaliczna powierzchnia Słupki Dodatkowe wzmocnienie

77 1996- PIERWSZE POJEDYNCZE SPRĘŻYNUJĄCE USZCZELNIENIE Sprężynujący elastomer Czoło uszczelnienia Gryz

78 1997- OPTYMALIZACJA KIERUNKU PŁUCZKI WYPŁYWAJĄCEJ Z DYSZ ŚWIDRA Kombinacja wielu czynników: - hydrauliki - ułożyskowania, - struktury tnącej.

79 KIERUNKI MODERNIZACJI DIAMENTOWYCH NARZĘDZI WIERCĄCYCH

80 Obecnie stosowane świdry i koronki diamentowe dzieli się na: - świdry typu PDC (Policrystaline Diamond Compact), z ostrzami z polikrystalicznych substancji diamentowych; - świdry z ostrzami z naturalnych diamentów; - świdry impregnowane; - świdry hybrydowe.

81 ŚWIDRY Z OSTRZAMI Z NATURALNYCH DIAMENTÓW Świdry tego typu przeznaczone są do wiercenia w skałach twardych zwięzłych o dużej ścierności. O efektywności pracy świdra diamentowego decyduje: - kształt, rodzaj i liczba diamentów; - stopień odsłonięcia diamentów; - typ i rodzaj matrycy; - kształt i profil świdra; - sposób rozmieszczenia diamentów; - rozmieszczenie kanałów płuczkowych.

82 Diamenty typu borts pochodzą z Afryki, mają kulisty kształt i są najbardziej rozpowszechnine ze względu na niska cenę. Wyparły one diamenty typu carbonado. Diamenty Carbonado pochodzą z Brazyli, są drobnoziarniste, porowate o kolorze brunatnoczarnym lub czarnym. Diamentami tymi zbroi się najbardziej narażone na zużycie powierzchnie boczne świdrów i koronek rdzeniowych. Do wiercenia w skałach średniotwardych używa się również tańszych diamentów typu Kongo.

83 KORELACJA PRĘDKOŚCI WIERCENIA ŚWIDRAMI Z OSTRZAMI WYKONANYMI Z NATURALNYCH DIAMENTÓW OD WIELKOŚCI KAMIENI DIAMENTOWYCH Ilość kamieni przypadających na 1 karat [sztuk] Uzyskiwana prędkość wiercenia [m/godz] 1 2 2,4 3, ,2 2, ,2 1, ,9 1, ,3 1,2 > 12 < 0,3

84 Naturalne diamenty osadzane są w matrycy wykonanej z węglika wolframu, przy czym kamienie o najmniejszej wielkości stosowane są w narzędziach wiercących przeznaczonych do skał najtwardszych. Wynika to z faktu, iż najmniejsze kamienie przenoszą największą wartość siły przypadającej na jednostkę powierzchni styku kamienia ze skałą.

85 W wyniku wieloletniej praktyki opracowano różne systemy rozmieszczania naturalnych diamentów na korpusie świdra. Obecnie stosowane rozkłady naturalnych diamentów można określić jako: wachlarzowy; promieniowy; kołowy; grzbietowy; spiralny.

86 WACHLARZOWY W układzie wachlarzowym, w celu zwiercenia pierścienia skały, diamenty rozmieszczone są w różnej odległości od osi narzędzia wiercącego w obrębie jednego segmentu świdra.

87 PROMIENIOWY W układzie promieniowym diamenty osadzone są na korpusie świdra liniowo wzdłuż radialnie rozchodzących się prostych.

88 KOŁOWY Układ kołowy tworzą diamenty, które umieszczone są na koncentrycznych okręgach.

89 GRZBIETOWY W układzie grzbietowym diamenty zgrupowane są w bloki, zewnętrznie stanowiące jedną całość.

90 SPIRALNY Rozmieszczenia diamentów wzdłuż spirali.

91 Naturalne diamenty posiadają ograniczoną odporność termiczną. W temperaturach od 500 o C do 800 o C diamenty utleniają się nie tracąc swych właściwości mechanicznych. Na podstawie badań laboratoryjnych i terenowych stwierdzono, że za granicę odporności termicznej należy przyjąć temperaturę1200 o C. Po przekroczeniu jej na skutek grafityzacji (1450 o C) diamenty zaczynają pękać i tracić swe właściwości wytrzymałościowe. W związku z tym konieczne jest stosowanie odpowiednio wydajnego płukania, w celu chłodzenia powierzchni roboczych świdra.

92 Ogólną zasadą jest stosowanie bezdyszowego oczyszczania i chłodzenia narzędzia wiercącego w układzie: - promieniowym; - poprzecznym (krzyżowo - szczelinowym), - w postaci otwartych otworów o różnym kształcie.

93 SYSTEMY OCZYSZCZANIA ŚWIDRÓW Z OSTRZAMI Z NATURALNYCH DIAMENTÓW a) promieniowy b) poprzeczny c) otwarte otwory o różnym kształcie

94 TYPY PROFILI ŚWIDRÓW Z NATURALNYMI DIAMENTAMI a) stożkowy pojedynczy b) stożkowy podwójny c) paraboliczny d) stopniowy

95 ŚWIDRY TYPU PDC Obecne stosowane rozwiązania konstrukcyjne narzędzi wiercących typu PDC charakteryzują się: - stalowym lub matrycowym kadłubem z węglika wolframu; - segmentowym lub skrzydłowo - żebrowym rozmieszczeniem ostrzy; - obecnością bocznych kanałów płuczkowych lub nasadek dyszowych.

96 Obecnie stosowane ostrza PDC składają się z 0,5 mm warstwy polikrystalicznych diamentów połączonej z 2,7 mm warstwą węglika wolframu. Cała płytka osadzona jest na podporze z węglika wolframu w stalowym korpusie świdra. Polikrystaliczna warstwa diamentowa Płytka z węglika wolframu Konwencjonalne ostrze PDC

97 Płytki PDC są wrażliwe na udary mechaniczne, powodujące odspojenie w trakcie wiercenia warstwy polikrystalicznej substancji diamentowej od warstwy węglika wolframu. Prowadzone obecnie prace modernizacyjne mają na celu zwiększenie odporności mechanicznej ostrzy PDC. Jednym z nowych rozwiązań technologicznych zastosowanych przez Firmę Smith Diamond jest wprowadzenie dodatkowej warstwy tworzącej kompaktowe ostrze PDC.

98 Polikrystaliczna warstwa diamentów Warstwa przejściowa Osobliwością konstrukcyjną jest trzecia warstwa pochłaniająca udary mechaniczne ostrza, usytuowana pomiędzy warstwą polikrystaliczną a węglika wolframu. Warstwa węglika wolframu

99 Innym rozwiązaniem konstrukcyjnym mającym na celu zwiększenie trwałości ostrza PDC jest powiększenie powierzchni styku pomiędzy warstwą polikrystaliczną, a warstwą węglika wolframu.

100 ŚWIDRY Z IMPREGNOWANYMI DIAMENTAMI W świdrach tego typu korpus narzędzia wiercącego wykonany jest z matrycy z węglika wolframu, z impregnowanymi wewnątrz syntetycznymi diamentami

101 Struktura ścierna jest odporna na działanie wysokich ciśnień i temperatur i dlatego świdry impregnowane znalazły zastosowanie przy przewiercaniu skał bardzo twardych o niskiej zwiercalności i dużej ścierności. Ze względu na mały rozmiar impregnowanych syntetycznych diamentów uzyskiwane prędkości wiercenia narzędziami tego typu są bardzo niskie. Przy selekcji świdra impregnowanego należy szczególną uwagę zwrócić na właściwy dobór twardości matrycy, by zapewnić jej równoległe zużywanie wraz z ostrzami diamentowymi. Im twardsza skała tym miększą należy stosować matrycę. Wynika to faktu, że w trakcie wiercenia w bardzo ściernych i twardych skałach należy umożliwić wypadanie stępionych na krawędziach syntetycznych ostrzy diamentowych i odsłanianie nowych nie zużytych jeszcze kamieni.

102 ŚWIDRY HYBRYDOWE Narzędzia tego typu mają konstrukcję mieszaną. Oznacza to, że oprócz ostrzy danego typu występują w takim świdrze również inne ostrza. Do narzędzi hybrydowych zaliczyć należy świdry mozaikowe Firmy Hughes Christensen, w których elementami urabiającymi skałę są klasyczne ostrza PDC oraz ostrza mozaikowe składające się z 13 elementów ostrzy termiczne odpornych TSP.

103 MECHANIZM URABIANIA SKAŁY PDC (Ścinanie) Naturalne Diamenty (Zgniatanie/Ścieranie) Gryzowy (Kruszenie) Ballaset (Ścinanie/Skrawanie)

104 MIĘDZYNARODOWA KLASYFIKACJA ŚWIDRÓW DIAMENTOWYCH Międzynarodowe Stowarzyszenie Kontraktorów Wiertniczych IADC (International Associacion of Drilling Contraktors) stworzyło klasyfikację świdrów diamentowych. Klasyfikacja ta obejmuje zarówno właściwości skał jak i osobliwości konstrukcyjne. Uwzględnia również niektóre szczególne przypadki aplikacji narzędzi wiercących. Oznaczenie każdego świdra składa się z 4 znaków. Pierwszy oznacza rodzaj struktury tnącej i materiał matrycy. Drugi określa profil świdra. Trzeci znak charakteryzuje rozwiązania hydrauliczne. Czwarty opisuje rozmiar i gęstość rozmieszczenia ostrzy.

105 KLASYFIKACJA KODOWA ŚWIDRÓW DIAMENTOWYCH ZNAK: Pierwszy Drugi Trzeci Czwarty Rodzaj ostrzy i matrycy Profil świdra Oznaczenie hydrauliki świdra Rozmiar i gęstość ostrzy , R, X, O 1-9, O

106 KLASYFIKACJA KODOWA ŚWIDRÓW DIAMENTOWYCH Znak Pierwszy Rodzaj ostrzy i matrycy D - świdry z naturalnymi diamentami M - ostrza diamentowe osadzane w matrycy z węglików wolframu S - ostrza diamentowe osadzane w matrycy stalowej T - termicznie odporne ostrza O - inne

107 Znak Drugi Profil świdra 1-9 Wysokość stożka kalibrującego ścianę otworu G Wysokość stożka głównego Duża: C>1/4 D Średnia: 1/8 D<C<1/4 D Mała: C<1/8 D Duża: G >3/8 D Średnia: 1/8 D<G<3/8 D Mała: G <1/8 D 7 8 9

108 Znak Trzeci Oznaczenie hydrauliki świdra 1-9, R, X, O R promieniowo usytuowane kanały płuczkowe X poprzecznie usytuowane kanały płuczkowe O inne Wymienne nasadki dyszowe Płukanie strumieniowe Płukanie środkowe Otwory płuczące na powierzchni bocznej w odległości powyżej 25,4 mm od dna Otwory płuczące na powierzchni bocznej w odległości poniżej 25,4 mm od dna Otwory płuczące na powierzchni przylegającej do dna otworu 7 8 9

109 Znak Czwarty Rozmiar i gęstość ostrzy 1-9, O Wielkoś ć ostrzy Rozmiar i gęstość rozmieszczenia ostrzy Mała Średnia Duża Duża Średnia Mała Wielkość ostrzy Duża Średnia Mała Diamenty naturalne Ilość kamieni na karat SPC < > 7 Diamenty syntetyczne Wysokość wystawienia elementów skrawających > 15,8 mm 9,5mm 15,8 mm < 9,5 mm Wielkość diamentów i wysokość wystawienia elementów skrawających świdrów diamentowych

110 PRZYKŁAD OZNACZENIA ŚWIDRÓW D2R5 D ostrza z naturalnych diamentów 2 profil świdra typu dwa R promieniowo usytuowane kanały płuczkowe 5 średnia wielkość ostrzy (SPC) i średnia gęstość ich rozmieszczenia T2X8 T ostrza termicznie odporne 2 profil świdra typu dwa R poprzecznie usytuowane kanały płuczkowe 5 mały rozmiar ostrzy i średnia gęstość ich rozmieszczenia

111 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ