TCI Tricone Drill Bit چیست: راهنمای نهایی فناوری حفاری سنگ سخت

مقدمه

در دنیای فناوری حفاری، نوآوری‌های کمی به اندازه TCI (Tungsten Carbide Insert) Tricone Drill Bit تأثیرگذار بوده‌اند. این شگفتی مهندسی، عملیات حفاری سنگ سخت را در صنایع مختلف، از اکتشاف نفت و گاز گرفته تا حفاری چاه آب و عملیات معدن، متحول کرده است.

مته‌های TCI tricone نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به مته‌های معمولی هستند که به‌طور خاص برای مقابله با سخت‌ترین سازندها با راندمان بی‌سابقه طراحی شده‌اند. در حالی که مته‌های دندانه‌دار فولادی استاندارد ممکن است با سازندهای سخت و ساینده دست و پنجه نرم کنند، مته‌های TCI tricone شامل تنگستن کاربید هستند که دوام و عملکرد حفاری را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهند.

تکامل مته‌های tricone به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد، با اولین مته دو مخروطی که در سال 1909 به ثبت رسید و به دنبال آن معرفی فناوری tricone بیست و چهار سال بعد. امروزه، این مته‌ها به استاندارد صنعت برای کاربردهای حفاری متعدد تبدیل شده‌اند، با بهبودهای مستمر که عملکرد و قابلیت اطمینان آنها را افزایش می‌دهد5.

نحوه عملکرد مته‌های TCI Tricone

طراحی و اجزای اصلی

مته‌های TCI tricone دارای طراحی پیچیده‌ای هستند که از سه مخروط چرخان تشکیل شده است که مجهز به تنگستن کاربید هستند که در الگوهای خاصی برای بهینه‌سازی راندمان برش چیده شده‌اند. هر مخروط روی یاتاقان‌های دقیق می‌چرخد و با هم کار می‌کند تا سازندهای سنگی را از طریق ترکیبی از خرد کردن، تراشیدن و برش از بین ببرد.

بدنه مته که معمولاً از فولاد آلیاژی با استحکام بالا ساخته می‌شود، سه مخروط را در خود جای داده و یکپارچگی ساختاری لازم را برای مقاومت در برابر نیروهای حفاری شدید فراهم می‌کند. قرارگیری استراتژیک تنگستن کاربید بسته به کاربرد مورد نظر و ویژگی‌های خاص سازند که مته برای مقابله با آن طراحی شده است، متفاوت است9.

نقش تنگستن کاربید

ویژگی تعیین‌کننده مته‌های TCI، تنگستن کاربید آنها است که به طور قابل توجهی سخت‌تر و مقاوم‌تر از دندانه‌های فولادی معمولی در برابر سایش هستند. این اینسرت‌ها در سوراخ‌های دقیقاً حفاری شده در سطوح مخروطی فشرده می‌شوند و یک سطح برش بسیار بادوام ایجاد می‌کنند که تیزی خود را بسیار طولانی‌تر از مواد سنتی حفظ می‌کند.

هندسه این اینسرت‌ها بر اساس کاربرد متفاوت است:

• اینسرت‌های چکش‌مانند معمولاً برای سازندهای نرم تا متوسط استفاده می‌شوند

• اینسرت‌های مخروطی یا نیمکره‌ای برای سازندهای سخت‌تر و ساینده‌تر استفاده می‌شوند

• اینسرت‌های محافظت از گیج به صورت استراتژیک در پاشنه مخروط‌ها قرار می‌گیرند تا قطر سوراخ و پایداری مته حفظ شود34

سیستم‌های یاتاقان و فناوری آب‌بندی

مته‌های TCI tricone مدرن، سیستم‌های یاتاقان پیشرفته‌ای را در خود جای داده‌اند که برای عملکرد و طول عمر آنها حیاتی هستند. اینها شامل موارد زیر هستند:

• طراحی‌های یاتاقان غلتکی با دو سطح رانش برای ظرفیت بار بالا

• سیستم‌های یاتاقان اصطکاکی که امکان بارهای بالاتر را با سرعت‌های چرخشی افزایش یافته فراهم می‌کنند

• مجموعه‌های یاتاقان آب‌بندی شده با استفاده از O-ring های HNBR، فشرده‌سازی بهینه آب‌بند و ساختارهای آب‌بند خمیده برای افزایش عملکرد آب‌بندی

• سیستم‌های جبران فشار با گریس با درجه بالا که قابلیت اطمینان روانکاری را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد34

برای کاربردهای شدید، برخی از مته‌های TCI تخصصی دارای آب‌بندهای فلزی و یاتاقان‌های ژورنال غلتکی کامپوزیت هستند که توسط غلتک‌ها و لغزنده‌های قوسی شکل که در الگوهای متناوب چیده شده‌اند، تشکیل می‌شوند. این سیستم‌های یاتاقان پیشرفته می‌توانند در برابر RPM بالا و شرایط بار بالا مقاومت کنند و در عین حال مقاومت بیشتری در برابر ضربه ارائه می‌دهند و عمر کاری طولانی‌تری را تحت پارامترهای حفاری سخت تضمین می‌کنند6.

انواع مته‌های TCI Tricone و کاربردهای آنها

مته‌های TCI tricone برای انواع سازندها و شرایط حفاری خاص مهندسی شده‌اند. تولیدکنندگان معمولاً آنها را بر اساس کاربرد مورد نظرشان طبقه‌بندی می‌کنند:

مته‌های TCI سازند نرم

این مته‌ها که برای سازندهایی با مقاومت فشاری کم طراحی شده‌اند، حداکثر آفست مخروطی را دارند و دارای اینسرت‌های کاربید با قطر بزرگ و بیرون‌زدگی بالا هستند. درهم‌تنیدگی عمیق بین ردیف‌ها از گلوله شدن مته در سازندهای چسبنده جلوگیری می‌کند9.

مته‌های TCI سازند متوسط

این مته‌ها شامل اینسرت‌های تنگستن کاربید چکش‌مانند در ردیف‌های داخلی، بیرونی و پاشنه هستند. این طراحی سرعت حفاری بالایی را فراهم می‌کند و در عین حال دوام ساختار برش را در سازندهای متوسط سخت افزایش می‌دهد9.

مته‌های TCI سازند متوسط-سخت

این مته‌ها که دارای اینسرت‌های کاربید چکش‌مانند محکم در ردیف‌های پاشنه و اینسرت‌های مخروطی در ردیف‌های داخلی هستند، سرعت حفاری افزایش یافته و دوام ساختار برش را افزایش می‌دهند9.

مته‌های TCI سازند سخت

این مته‌ها که برای حفاری سازندهای سخت و ساینده مهندسی شده‌اند، از اینسرت‌های تنگستن کاربید مقاوم در برابر سایش در ردیف‌های گیج برای جلوگیری از سایش مته استفاده می‌کنند. حداکثر تعداد اینسرت‌های نیمکره‌ای در هر ردیف، دوام و طول عمر کاتر را تضمین می‌کند9.

جدول: کاربردهای مته TCI Tricone بر اساس نوع سازند

مشخصات فنی و استانداردهای صنعت

مته‌های TCI tricone تولید شده توسط رهبران صنعت مانند ROSCHEN GROUP با استانداردهای API (مؤسسه نفت آمریکا) مطابقت دارند و با استفاده از سیستم کد IADC (انجمن بین‌المللی پیمانکاران حفاری) طبقه‌بندی می‌شوند که به حفاران کمک می‌کند تا مته مناسب را برای انواع سازندهای خاص انتخاب کنند35.

محدوده اندازه و اتصالات

مته‌های TCI tricone در طیف وسیعی از اندازه‌ها برای پاسخگویی به نیازهای مختلف حفاری موجود هستند:

• قطرهای کوچک: 3⅞" تا 6¼" برای حفاری آزمایشی و کاربردهای کاربردی

• قطرهای متوسط: 6½" تا 12¼" برای چاه‌های آب، حفاری ژئوتکنیکی و برخی از کاربردهای نفت و گاز

• قطرهای بزرگ: 12½" تا 30" برای چاه‌های آب در مقیاس بزرگ، حفاری نفت و گاز و کاربردهای خاص5

این مته‌ها بر اساس اندازه دارای انواع اتصالات مختلفی هستند:

جدول: اتصالات استاندارد مته TCI Tricone بر اساس اندازه

منبع: 5

مزایای مته‌های TCI Tricone

دوام و مقاومت در برابر سایش افزایش یافته

مزیت اصلی مته‌های TCI tricone مقاومت در برابر سایش استثنایی آنها در سازندهای ساینده است. اینسرت‌های تنگستن کاربید لبه‌های برش خود را بسیار طولانی‌تر از دندانه‌های فولادی حفظ می‌کنند و طول عمر مته را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند و زمان خرابی برای تعویض مته را کاهش می‌دهند39.

نرخ نفوذ (ROP) بهبود یافته

مته‌های TCI برای راندمان حفاری بهینه در سازندهای هدف خود مهندسی شده‌اند. قرارگیری استراتژیک اینسرت‌ها اندازه تراشه بهینه را ایجاد می‌کند که به راحتی قابل تمیز کردن و حمل و نقل برای حفاری سریع‌تر است. برخی از طرح‌های پیشرفته دارای ساختارهای برش تصادفی هستند که لرزش را کاهش می‌دهند و نرخ نفوذ را با حذف سازند بیشتر در هر دور نسبت به سایر کاترها در صنعت افزایش می‌دهند1.