Fitur Desain Mata Bor PDC

Mata bor PDC telah digunakan secara luas dan berhasil di berbagai jenis formasi. Tidak adanya bagian yang bergerak menghasilkan umur pakai yang lebih panjang, sehingga pencapaian pengeboran yang panjang dapat dilakukan dengan penghematan waktu dan biaya. Karena biayanya yang lebih tinggi, insinyur pengeboran harus meninjau secara menyeluruh ekonomi penggunaan mata bor PDC sebelum pemilihan mata bor.

Keunggulan Desain

• Tidak adanya bagian bergerak internal mengurangi potensi kegagalan mata bor.
• Karena memecahkan batuan dengan cara menggeser, dibutuhkan usaha pengeboran yang lebih sedikit dibandingkan prinsip retak dan gerinda pada mata bor roller cone.
• Tidak memerlukan beban mata bor yang tinggi (lebih berlaku dalam kontrol penyimpangan).
• Persyaratan beban rendah dan tidak ada bagian bergerak internal membuatnya cocok untuk pengeboran turbin.

Mendapatkan lebih banyak pengalaman dengan mata bor akan meningkatkan fitur desain.

Produsen mata bor mengintegrasikan blanko PDC ke dalam desain mata bor masing-masing. Variasi desain mencakup jumlah dan penempatan blanko, struktur jet, dan pengembangan saluran air. Dalam beberapa aplikasi, mata bor PDC akan mengebor 3-4 kali lipat dari meteran mata bor roller konvensional dengan kecepatan pengeboran 2-3 kali lipat jika formasi lengket tidak menimbulkan masalah. Misalnya, sumur 18.000-20.000 kaki di Texas Selatan biasanya selesai dalam 70-80 hari menggunakan mata bor PDC dibandingkan dengan 120-130 hari dengan mata bor roller konvensional.

Pembuatan mata bor PDC dilakukan dengan proses baja mesin atau badan matriks. Proses matriks mirip dengan pembuatan mata bor intan. Pemotong dipasang ke mata bor dengan teknik proprietary. Badan matriks tampak lebih tahan terhadap erosi.

Bentuk pemotong PDC menjadi pertimbangan penting. Sebagian besar produsen menggunakan desain melingkar asli. Namun, ada banyak upaya penelitian dan pengembangan untuk meningkatkan desain dan meningkatkan kinerja pengeboran.

Aplikasi Utama Mata Bor PDC

1. Mata bor PDC biasanya berguna untuk mengebor sekuens serpih lunak hingga sedang yang panjang dengan abrasivitas rendah. Formasi seperti ini biasanya menunjukkan ROP tinggi dan umur panjang, memungkinkan seluruh bagian pengeboran dalam satu kali putaran.
2. Mata bor PDC biasanya tidak sesuai untuk sumur yang sangat abrasif atau sekuens pasir yang tersemen. Pengeboran formasi silika yang rapat dapat menyebabkan keripik dan patah pada PDC. Selain itu, dapat menghasilkan ROP dan umur mata bor yang lebih rendah dari yang diharapkan.
3. Pengeboran formasi heterogen yang mengandung serpih bergantian dan/atau sekuens batu kapur serpih mendorong penerapan mata bor PDC Hibrida. Mata bor ini menggabungkan penggunaan stud intan cadangan di belakang pemotong PDC.
4. Saat mengebor untai abrasif yang lebih keras, stud intan menyerap peningkatan berat yang diperlukan untuk mengebor untai, mencegah kerusakan dini dan keausan pada pemotong PDC.
5. Pengeboran formasi keras mungkin memerlukan penggunaan mata bor PDC hibrida berbilah. Saluran air yang dalam pada mata bor ini memungkinkan aliran fluida yang optimal melintasi pemotong untuk mengurangi suhu gesekan yang diinduksi secara efisien. Pendinginan yang efisien ini akan membantu meminimalkan patahnya pemotong PDC.
6. Merupakan praktik yang baik untuk mempertimbangkan mata bor PDC eksentrik saat mengebor formasi plastik bergerak seperti bagian garam. Mata bor ini telah berhasil mencegah pipa tersangkut di area dengan masalah aliran garam.
7. Insinyur pengeboran dapat mempertimbangkan mata bor profil tirus panjang saat merencanakan motor lumpur atau turbin. Selain itu, mata bor jet radial mengurangi potensi suhu pemotong tinggi yang diinduksi gesekan saat dijalankan pada motor atau turbin, mengurangi degradasi suhu pemotong.

Desain & Komponen Mata Bor PDC

Langkah Utama Desain Mata Bor PDC:

1. Desain Material Badan Mata Bor
2. Material Pemotong PDC
3. Geometri Pemotong PDC
4. Bentuk Pemotong
5. Geometri Profil Mata Bor

Badan Mata Bor PDC

Desain badan mata bor dapat berupa:

• Badan Baja: Badan mata bor ditempa atau digiling dari baja (mata bor badan baja). Pemotong pada mata bor badan baja diproduksi sebagai stud. Stud dapat diatur dengan rake belakang dan/atau rake samping yang tetap. Pengalaman lapangan dengan mata bor badan baja menunjukkan bahwa erosi permukaan adalah masalah, tetapi banyak yang mengatasinya dengan menerapkan senyawa pengerasan permukaan sampai batas tertentu. Mata bor badan baja juga cenderung menderita pemotong patah karena ketahanan benturan yang terbatas. Ketahanan benturan yang terbatas ini karena tidak ada dukungan pada stud pemotong. Banyak yang lebih menyukainya karena mudah diperbaiki tetapi menderita erosi.
• Badan Matriks: Mata bor PDC Badan Matriks dibangun dalam bentuk cor dari tungsten karbida (mata bor matriks). Mereka lebih tahan terhadap erosi tetapi rentan terhadap penggumpalan mata bor pada formasi tanah liat lunak karena tinggi bilah yang rendah dibandingkan dengan mata bor badan baja. Mata bor badan matriks memiliki kerugian ekonomi karena bahan baku yang digunakan dalam pembuatannya lebih mahal.

Untungnya, mata bor PDC baja dan matriks berkembang pesat, dan keterbatasannya semakin berkurang. Seiring membaiknya bahan pengerasan permukaan, mata bor baja menjadi terlindungi dengan baik dengan bahan yang sangat tahan terhadap abrasi dan erosi. Pada saat yang sama, sifat struktur dan ketahanan aus bahan matriks juga meningkat pesat, dan kisaran aplikasi ekonomi yang cocok untuk kedua jenis semakin bertambah.

Desain mata bor PDC saat ini sebagai matriks memiliki sedikit kemiripan dengan desain beberapa tahun lalu. Kekuatan tarik dan ketahanan benturan telah meningkat setidaknya 33%, dan kekuatan brazing pemotong telah meningkat sekitar 80%. Pada saat yang sama, geometri dan teknologi struktur pendukung telah meningkat, menghasilkan produk matriks yang kuat dan produktif.

Material Pemotong

Pemotong PDC terbuat dari substrat karbida dan grit intan. Panas tinggi sekitar 2800 derajat dan tekanan tinggi sekitar 1.000.000 psi membentuk kompak. Paduan kobalt juga bertindak sebagai katalis untuk proses sintering. Kobalt membantu mengikat karbida dan intan.

Jumlah Pemotong

Kami biasanya menggunakan lebih sedikit pemotong pada mata bor PDC lunak karena setiap pemotong menghilangkan kedalaman potong yang lebih besar. Untuk formasi yang lebih keras, penting untuk menggunakan lebih banyak pemotong untuk mengimbangi kedalaman potong yang lebih kecil.

Ukuran Pemotong PDC

Untuk formasi yang lebih lunak, kami biasanya memilih pemotong yang lebih besar daripada di formasi yang lebih keras. Biasanya, rentang ukuran standar adalah dari 8 mm hingga 19 mm pada satu mata bor.

Rake Pemotong

Kami umumnya menggambarkan orientasi desain rak pemotong dengan sudut rake belakang dan rake samping.

• Rake belakang pemotong adalah sudut yang disajikan oleh permukaan pemotong ke formasi dan diukur dari vertikal. Sudut rake belakang bervariasi antara, biasanya, 15° hingga 45°. Mereka tidak konstan di seluruh mata bor, atau dari mata bor ke mata bor. Besarnya sudut rake pemotong untuk mata bor PDC mempengaruhi Laju Penetrasi (ROP) dan ketahanan pemotong terhadap keausan. Saat sudut rake meningkat, ROP menurun, tetapi ketahanan terhadap keausan meningkat karena beban yang diterapkan sekarang tersebar di area yang jauh lebih besar. Pemotong PDC dengan rake belakang kecil mengambil kedalaman potong besar dan karena itu lebih agresif, menghasilkan Torsi tinggi, dan mengalami keausan yang dipercepat dan risiko kerusakan benturan yang lebih besar.
• Rake samping pemotong adalah ukuran yang setara dari orientasi pemotong dari kiri ke kanan. Sudut rake samping biasanya kecil. Sudut rake samping membantu pembersihan lubang dengan secara mekanis mengarahkan serbuk bor menuju anulus.

Bentuk Pemotong

Bentuk mata bor PDC yang paling umum adalah silinder, sebagian karena lebih mudah untuk mengatur pemotong silinder dalam batasan profil mata bor tertentu untuk mencapai kepadatan pemotong yang besar. Mesin pelepasan kawat elektron dapat memotong dan membentuk meja intan PDC dengan presisi. Antarmuka nonplanar antara meja intan dan substrat mengurangi tegangan sisa. Fitur-fitur ini meningkatkan ketahanan terhadap chipping, spalling, dan delaminasi meja intan. Desain antarmuka lainnya memaksimalkan ketahanan benturan dengan meminimalkan tingkat tegangan sisa.

Desain pemotong tertentu menggabungkan lebih dari satu meja intan. Antarmuka untuk meja intan primer direkayasa untuk mengurangi tegangan. Meja intan sekunder terletak di area abrasi tinggi pada sisi pemotong yang bersentuhan dengan tanah. Pengaturan dua tingkat ini melindungi substrat dari abrasi tanpa mengorbankan kemampuan struktural untuk mendukung meja intan.

Pemotong yang sangat khusus dirancang untuk meningkatkan penetrasi pada bahan yang sulit seperti formasi karbonat. Yang lainnya termasuk relief rekayasa dalam substrat tungsten karbida yang meningkatkan Laju Penetrasi (ROP) dan mengurangi kebutuhan Berat Pada Mata Bor (WOB) dan Torsi atau meja intan miring yang mengurangi rake belakang pemotong efektif dan menurunkan agresivitas mata bor untuk aplikasi tertentu.

Eksposur Pemotong

Eksposur pemotong adalah jumlah pemotong yang menonjol dari badan mata bor. Penting untuk memastikan bahwa eksposur cukup tinggi untuk memungkinkan pembersihan permukaan mata bor yang baik tetapi tidak terlalu tinggi sehingga mengurangi kekuatan mekanis pemotong.

Eksposur pemotong yang tinggi memberikan lebih banyak ruang antara badan mata bor dan permukaan formasi, sementara eksposur rendah memberikan cadangan dan dukungan yang baik untuk pemotong.

Jumlah Bilah Mata Bor PDC

Menggunakan analogi yang sama untuk mata bor roller cone, mata bor PDC yang dirancang untuk batuan lunak memiliki lebih sedikit bilah (dan pemotong) daripada yang dirancang untuk batuan keras.

• Mata bor PDC formasi lunak akan memiliki area slot sampah besar untuk menghilangkan volume besar batuan yang dipotong dan mengurangi penggumpalan mata bor di formasi tanah liat.
• Mata bor PDC formasi keras dengan banyak bilah membutuhkan banyak pemotong kecil, karena setiap pemotong akan menghilangkan sejumlah kecil batuan.

Tinggi Bilah

Mata bor PDC formasi lunak akan memiliki tinggi bilah yang lebih besar dalam desainnya daripada mata bor PDC keras, dengan peningkatan area slot sampah. Bilah yang lebih tinggi dapat dibuat pada mata bor badan baja daripada mata bor matriks karena kekuatan baja yang lebih besar dibandingkan dengan matriks.

Desain Geometri Bilah

Bilah mata bor berkisar dari lurus hingga bentuk kurva yang kompleks. Pengalaman telah menunjukkan bahwa bilah melengkung memberikan stabilitas yang sangat baik pada mata bor, terutama saat mata bor pertama kali bersentuhan dengan batuan.

Desain Profil Mata Bor PDC

Profil mata bor mempengaruhi pembersihan dan stabilitas mata bor PDC. Dua profil yang paling banyak digunakan adalah:

• A – Kerucut ganda: Profil kerucut ganda memungkinkan penempatan lebih banyak pemotong di dekat gauge memberikan perlindungan gauge yang lebih baik dan memungkinkan kontrol arah yang lebih baik.
• B – Kerucut dangkal: Profil kerucut dangkal memberikan Laju Penetrasi (ROP) lebih cepat tetapi memiliki area yang lebih sedikit untuk pembersihan.

Secara umum, mata bor dengan kerucut dalam akan cenderung lebih stabil daripada kerucut dangkal.

Panjang Mata Bor

Pemilihan panjang mata bor penting untuk steerability. Mata bor yang lebih pendek lebih mudah dikemudikan. Mata bor yang sangat pendek dengan profil datar adalah mata bor sidetrack. Mata bor 'Setir' dirancang untuk pekerjaan directional umum.

Seperti dibahas, sebagian besar pekerjaan dilakukan pada tumit dan gauge mata bor. Mata bor PDC yang lebih aus di area gauge akan meninggalkan Lubang Under gauge, yang memerlukan reaming dari mata bor berikutnya. Reaming memakan waktu dan mahal dan dalam beberapa kasus dapat menghancurkan seluruh mata bor tanpa mengebor satu kaki pun.

Oleh karena itu, mempertahankan gauge sangat penting. Kami dapat memposisikan satu atau lebih pemotong PDC di area gauge. Pemotong pre-flatted digunakan untuk menempatkan lebih banyak meja intan terhadap gauge. Sisipan tungsten karbida, beberapa dengan intan alami atau sintetis yang tertanam di dalamnya, dapat ditempatkan di sisi mata bor.

Keuntungan signifikan dari mata bor pemotong tetap dibandingkan mata bor roller cone adalah bahwa mungkin ada ekstensi untuk gauge pada mata bor pemotong tetap hingga panjang yang lebih besar dari mata bor.

Kesimpulan

Ketika kami menggabungkan semua fitur Desain Mata Bor PDC di atas, Anda akan menemukan:

• Desain mata bor PDC tergantung pada aplikasi RPM tinggi atau rendah, yaitu pengeboran turbin vs. rotary. Aplikasi turbin menggunakan lebih banyak blanko untuk mengkompensasi pertimbangan keausan terkait gesekan. Penirusan mata bor PDC memungkinkan penempatan pemotong. Mata bor PDC untuk aplikasi rotary memiliki lebih sedikit pemotong dan desain datar.
• Mata bor PDC yang dirancang untuk rotary sering menggunakan nosel untuk memungkinkan sirkulasi fluida untuk pembuangan serbuk bor dan pendinginan mata bor. Produsen dapat memvariasikan jumlah dan distribusi nosel. Kecenderungan untuk aplikasi dalam Lumpur Berbasis Air adalah menggunakan jet kecil untuk mencapai kecepatan fluida tinggi. Fitur ini tidak signifikan dalam aplikasi Lumpur Berbasis Minyak.
• Mata bor PDC yang paling kiri pada gambar di bawah adalah mata bor set ringan dengan beberapa bilah tinggi dan beberapa pemotong besar dengan sudut rake belakang kecil. Dengan demikian, mata bor set ringan biasanya memiliki beberapa bilah tinggi, dengan beberapa pemotong besar, mungkin dengan rake belakang rendah.
• Untuk batuan keras, mata bor PDC akan memiliki lebih banyak bilah, dengan pemotong yang lebih kecil dan lebih banyak, dan tren ini berlanjut ke mata bor set berat di paling kanan gambar di bawah.