Belangrijkste boorgereedschappen: een uitgebreide gids voor de classificatie en toepassing van rollenkegelboren en diamantboren.

01 Rolkegelboren: Veelzijdige gereedschappen voor aanpassing aan verschillende formaties

Sinds hun introductie in 1909 zijn rolconusboren het meest gebruikte type boor bij roterend boren. Hun unieke constructie met meerdere conussen stelt hen in staat zich aan te passen aan diverse formatieomstandigheden, van zacht tot extreem hard.

Structurele samenstelling en kerntechnologieën

Een kegelvormige boor bestaat uit vijf hoofdonderdelen:

• Boorlichaam: Drie kegelvormige poten aan elkaar gelast, met schroefdraad aan de bovenkant.
• Rolkegels: Kegelvormige metalen lichamen met gefreesde tanden of inzetstukken op het oppervlak.
• Lagersysteem: Bestaande uit vier sets lagers: grote, middelgrote, kleine en druklagers.
• Spuitmonden: Meestal 3-4 stuks, met een diameter van 7-14 mm.
• Olieopslag- en afdichtingssysteem: Rubberen of metalen afdichtingsringen in combinatie met drukcompensatie-inrichtingen.

Onder deze technologieën vormt de afdichting van lagers een belangrijke technologische doorbraak voor rollenconusboren. Moderne boren maken gebruik van een drukcompensatiesysteem voor de olieopslag, dat een dynamisch evenwicht handhaaft tussen de oliedruk in de lagerholte en de druk van de boorvloeistofkolom in het boorgat door middel van componenten zoals druktransmissiegaten, drukcompensatiemembranen en oliecups.

Classificatiesysteem en IADC-codering

De International Association of Drilling Contractors (IADC) heeft een wereldwijd uniforme classificatiestandaard ontwikkeld voor rollenconusboren, waarbij gebruik wordt gemaakt van een driecijferig coderingssysteem:

Eerste cijfer: Tandtype en toepasselijke formatie

1: Gefreesde tanden, zachte formaties

2: Gefreesde tanden, middelharde tot halfharde formaties

3: Gefreesde tanden, harde en schurende formaties

5: Plaats tanden, zachte tot middelharde vormen

6: Inbrengtanden, middelharde formaties

7: Inbrengtanden, harde en schurende vormen

8: Inzetstukken, extreem harde en zeer schurende formaties

Tweede cijfer: Onderverdeling van de hardheid van de formatie (graad 1-4; hogere cijfers duiden op hardere formaties)

Derde cijfer: Bitstructuurkenmerken

4: Afgedichte rollagers

6: Afgedichte glijlagers

7: Afgedichte glijlagers + bescherming van de inzetmeter

8: Afbuigingsboren voor gestuurd boren

Vereenvoudigd IADC-classificatiesysteem voor rollenconusboren

Mechanisme en bewegingskenmerken van gesteente

Tijdens het gebruik vertoont een kegelboor drie soorten samengestelde bewegingen:

• Omwenteling: De kegels draaien met de klok mee met de gehele boor.
• Rotatie: De tanden draaien tegen de klok in rond de as van de kegel.
• Schuifbewegingen: inclusief radiale en tangentiële schuifbewegingen.

Deze gecombineerde beweging zorgt voor een dubbel rotsbrekend effect:

1.Impactverpletterend effect: Het afwisselende contact van enkele en dubbele tanden met het bodemgat genereert longitudinale trillingen, waardoor impactbelastingen ontstaan.

2.Schuifspanningseffect: Rotsafschuiving wordt bereikt door het ontwerp van overhangende, dubbele kegelvormige en verspringende constructies.

Selectiestrategie en formatie-afstemming 

Basisprincipes voor het selecteren van rollenkegelboren op basis van gesteente-eigenschappen:

• Zachte formaties: Kies boren met offset-, overhang- en dubbele kegelstructuren, voorzien van hoge, brede en spaarzaam gefreesde of ingezette tanden.
• Middelharde formaties: Verlaag de waarden voor offset, overhang en dubbele kegel; gebruik korte, smalle en dichte tanden.
• Harde en schurende formaties: Gebruik enkelvoudige kegelrollen zonder overhang of offset, voorzien van kogelvormige tanden of conische kogelvormige tanden.
• Vormingen die gevoelig zijn voor afbuiging: Kies boren met korte tanden, zonder of met een kleine offset, en zonder meettanden.
• Afwisselende zachte en harde formaties: selecteer het type boor op basis van het hardere gesteente en pas de parameters dynamisch aan tijdens het boren.

Reactie op bijzondere arbeidsomstandigheden

• Voor kleine boorgaten (<177 mm): gebruik enkelrolige conusboren, die grotere conussen, tanden en lagers hebben voor een hogere sterkte.
• Directioneel boren: selecteer speciale afbuigingsboren waarvan het derde cijfer van de IADC-code 8 is. 

02 Diamantboren: Krachtige gereedschappen voor harde gesteenteformaties 

Diamant is het hardste materiaal in de natuur en heeft een Mohs-hardheid van graad 10, een druksterkte tot 8800 MPa en een slijtvastheid die 9000 keer hoger is dan die van staal. Dankzij deze eigenschappen zijn diamantboren het ultieme gereedschap geworden voor het bewerken van harde gesteenteformaties.

Classificatiesysteem en technologische evolutie

Moderne diamantboren worden hoofdzakelijk in drie typen verdeeld:

1.Diamantboren met oppervlakte-instelbare kop

• Diamantdeeltjes zijn zichtbaar aan het oppervlak van de matrix.
• Geschikt voor middelharde tot harde formaties.
• Classificatie van diamantdeeltjesgrootte:
• Zachte formaties: 2 korrels per karaat (gpc) (deeltjesgrootte ca. 4 mm)
• Middelharde formaties: 3-4 gpc (deeltjesgrootte ca. 3,6 mm)
• Harde formaties: 10-15 gpc (deeltjesgrootte ca. 2,0 mm)

2.Geïmpregneerde diamantboren

• Diamanten zijn ingebed in de matrix (60-400 gpc).
• Geschikt voor harde en schurende gesteenteformaties (bijv. vuursteen, kiezelhoudend dolomiet).
• Het zelfsliepende effect van diamant wordt bereikt door slijtage van de matrix.

3.PDC-boren (polykristallijne diamantcompactboren)

• Voor het eerst geïntroduceerd door General Electric (GE) uit de Verenigde Staten in 1973.
• Compacte structuur: Diamantlaag + hardmetalen substraat.
• Geschikt voor zachte tot middelharde, homogene formaties.

Structureel ontwerp en kernparameters

Diamantboren hebben een integraal ontwerp zonder bewegende onderdelen, met name:

• Stalen behuizing: Gemaakt van middelmatig koolstofstaal, met aansluitschroefdraad aan de bovenzijde.
• Matrix: wolframcarbidepoeder + koperhoudend bindmetaal, met een hardheidsgraad van HRC 30-45.
• Slijpelementen: Natuurlijke/synthetische diamanten of PDC-compacten.
• Hydraulische constructie: Waterlopen en stroomkanalen (radiaal, spiraalvormig, enz.).

Belangrijkste ontwerpparameters

• Diamantconcentratie: Aangepast op basis van de schurende eigenschappen van de formatie; hogere concentratie voor meer schurende formaties.
• Uitsteekselhoogte:
• Zachte formaties: 1/3 van de deeltjesgrootte
• Harde formaties: 1/6-1/10 van de deeltjesgrootte
• Lipvorm:
• Met platte bodem: voor homogene formaties
• Gebogen: Voor harde formaties
• Gekarteld: Voor schurende formaties

Mechanisme voor het breken van gesteente en reactie van de formatie

De manier waarop diamantboren gesteente breken, varieert afhankelijk van de eigenschappen van de formatie:

Plastische formaties (bijv. moddersteen, gips): Vergelijkbaar met een "ploegproces"; diamanten dringen door in de formatie en veroorzaken plastische vervorming van het gesteente.

Broze formaties (bijv. kwartszandsteen): Er worden volumetrische breekkuilen gevormd met een snijgrootte die 2-4 keer zo groot is als de uitsteeksels van diamanten, wat resulteert in een hoge efficiëntie.

Harde gesteenten (bijv. vuursteen, siliciumhoudend gesteente): Er worden geïmpregneerde boren gebruikt en het gesteente wordt gebroken door middel van microsnijden en krassen, vergelijkbaar met slijtage door een slijpschijf.

Technische voordelen en beperkingen van PDC-bits

Als revolutionair product binnen de familie van diamantboren hebben PDC-boren unieke voordelen:

Structurele kenmerken

PDC-boren met stalen behuizing: Geïntegreerd middelmatig koolstofstaal met oppervlaktehardingsbehandeling.

Matrix-Body PDC-boren: Bovenste stalen behuizing + onderste wolfraamcarbide matrix, voor betere prestaties.

Profielontwerp

Parabolisch: Voor zachte formaties, waardoor een groot boorbereik en een hoge boorsnelheid mogelijk zijn.

Rond: Voor boren met een draaitafel, waardoor het doordringen in harde tussenlagen wordt vergemakkelijkt.

Conisch: Voor boren met hoge snelheid, met goede penetratieprestaties.

Toepassingsbeperkingen

Niet geschikt voor grindformaties en afwisselende zachte en harde gesteentelagen.

Temperatuurbestendigheidslimiet (slijtage neemt toe boven 350℃; sterktebreuk treedt op bij 700℃).

Slechte slagvastheid; afbrokkeling van de randen van nieuwe boren is gevoelig.

Vergelijkingstabel van toepasbare formaties voor diamantboren

03 Wetenschappelijke selectiegids: Afstemming van formaties en operationele vereisten

Gouden regels voor de selectie van een rolbeitel

Vormingshardheid afstemmen

Zachte formaties: Kies boren met een grote offset, overhang en dubbele kegelstructuur, voorzien van wigvormige of lepelvormige tanden.

Harde formaties: Gebruik enkelvoudige, niet-offset constructies, voorzien van kogeltanden of conische kogeltanden.

Reactie op schurende werking

Gebruik voor schurende formaties wisselplaatboren met meettanden.

Als de tanden van de buitenste rij afgerond zijn terwijl de middelste tanden weinig slijtage vertonen, moet de volgende boor ontworpen worden met verbeterde bescherming van de geleiding.

Tegenmaatregelen voor bijzondere arbeidsomstandigheden

Vormingen die gevoelig zijn voor afbuiging: Kies boren met korte tanden zonder of met een kleine offset; de aanpasbaarheid aan de formatie moet iets minder sterk zijn dan de werkelijke formatie.

Afwisselende zachte en harde formaties: selecteer boren op basis van het hardere gesteente en pas de parameters dynamisch aan tijdens het boren.

Diepboringen: Gebruik boren met een groot totaal aantal meters om het tijdverlies tijdens het in- en uithalen te compenseren.

Selectiestrategie voor diamantboren

Toepasselijke voorwaarden voor PDC-bits

Optimale scenario's: Lange, homogene, zachte tot middelharde formaties (bijv. schalie, moddersteen, gips).

Verboden scenario's: Grindformaties, vuursteenlagen, afwisselende zachte en harde gesteentelagen.

Parameterinstellingen: Lage WOB (30-60 kN), hoog toerental (100-300 rpm), grote doorstroomsnelheid.

Voorwaarden die van toepassing zijn op natuurlijke/synthetische diamantboren

Harde tot extreem harde gesteenten (bijv. graniet, kwartszandsteen).

Sterk schurende formaties (bijv. vuursteen, kiezelhoudend dolomiet).

Turbineboringen, diepe/ultradiepe putten en kernboringen.

Speciale eisen voor kernbits

Kernboren met rollenconus: uitvoering met vier rollenconus (conisch/cilindrisch) of zes rollenconus (volledig cilindrisch).

Diamantboren: vereisen symmetrisch verdeelde snijkanten met een constante slijtvastheid.

Belangrijkste indicator: Concentriciteit tussen het binnenste gat en de buitenste cirkel om ovalisatie van de kern te voorkomen.

Beoordeling en afhandeling van anomalieën in het boorgat

Identificatie van de werkingsconditie van de rollenboor

Lagerschade: Periodieke schokken van de draaitafel, verergerend bij hoge WOB, verlaagde boorsnelheid maar normale pompdruk.

Kegelverlies: Ernstig vastlopen van de boorstang, heftige schommelingen van de gewichtsindicator, verandering in de diepte tijdens het omhoogtrekken van de boorstang.

Tandslijtage: Verminderde belasting van de draaitafel, geen schokken, aanzienlijke afname van de boorsnelheid.

Gebruiksverboden voor diamantboren

Voordat de boor in het gat wordt gestoken, moet de bodem worden schoongemaakt om ervoor te zorgen dat er geen metaalresten achterblijven.

Begin met boren met een kleine WOB (Weight on Bit) en een laag toerental voor het inboren (0,5 m bodemboring conditioneren).

Vermijd ruimbewerkingen; gebruik indien nodig een lage WOB (Weight on Bit) en een laag toerental voor een gelijkmatige werking.

Contact:Jessie Zhou
Mobiel/WhatsApp:+0086-18109206861
Web:www.landrilltools.com