การใช้งานดอกสว่านสามแฉกอย่างถูกต้อง
ลักษณะทางธรณีวิทยาของชั้นหินส่งผลต่อความเสียหายของดอกสว่านอย่างไร ลักษณะทางธรณีวิทยาของชั้นหินมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพการเจาะในหลายด้าน: ส่งผลต่ออัตราการเจาะและระยะทาง อาจก่อให้เกิดปัญหาการเจาะที่ซับซ้อน เช่น การสูญเสียการไหลเวียน การเกิดแรงดันสูงผิดปกติ การยุบตัวของบ่อ และท่อติด เปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของของเหลวในการเจาะ และส่งผลต่อคุณภาพของหลุมเจาะ (การเบี่ยงเบนของหลุมเจาะและเส้นผ่านศูนย์กลางที่ไม่สม่ำเสมอ) ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพการอัดซีเมนต์ การวิเคราะห์ลักษณะทางธรณีวิทยาและพฤติกรรมการเจาะจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเลือกดอกสว่านที่เหมาะสมและการพิจารณาว่าการใช้งานนั้นสมเหตุสมผลหรือไม่
ดินเหนียว หินโคลน และหินดินดาน: ชั้นหินเหล่านี้ดูดซับน้ำจากน้ำยาเจาะได้ง่ายและบวม ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะลดลง และสร้างแรงต้านต่อการเจาะ ซึ่งอาจนำไปสู่การติดขัดของท่อ การแช่น้ำเป็นเวลานานยังอาจทำให้เกิดการพังทลายและการขยายตัวของรูเจาะ ซึ่งส่งผลให้รูเจาะยุบตัวได้ ควรใช้น้ำจืดหรือโคลนที่มีความหนาแน่นต่ำและความหนืดต่ำหากเป็นไปได้ หินดินดานที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักมีความเหนียวแน่นต่ำและมีแนวโน้มที่จะยุบตัว ชั้นหินที่อ่อนนุ่มและมีดินเหนียวเป็นองค์ประกอบหลักจะเจาะได้เร็ว แต่มีความเสี่ยงต่อการอุดตันของหัวเจาะ
หินทราย: คุณสมบัติของหินทรายแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับขนาดของเม็ดหิน องค์ประกอบทางแร่ และชนิดของซีเมนต์ เม็ดหินที่ละเอียดกว่า ปริมาณควอตซ์ที่สูงกว่า และซีเมนต์ที่มีซิลิกาหรือเหล็กเป็นส่วนประกอบหลัก จะทำให้หินแข็งและสึกหรอง่ายกว่า ทำให้ดอกสว่านสึกหรอเร็วขึ้น (เช่น หินทรายควอตซ์) ซีเมนต์ที่มีดินเหนียว ไมกา หรือเฟลด์สปาร์มากขึ้น จะทำให้หินอ่อนตัวลงและเจาะได้ง่ายขึ้น เม็ดหินที่หยาบกว่าและซีเมนต์ที่ไม่ดี จะเพิ่มการซึมผ่านและเพิ่มความเสี่ยงต่อการสูญเสียของเหลว อาจเกิดคราบตะกอนหนาบนผนัง ทำให้เกิดการยึดเกาะเหนียวและปัญหาการติดขัด ส่งผลให้การทำงานของดอกสว่านผิดปกติ
หินกรวด: การเจาะในหินกรวดมักทำให้หัวเจาะกระดอน สั่นสะเทือน และผนังหลุมเจาะเสียหาย หากอัตราการสูบน้ำต่ำหรือความหนืดของน้ำโคลนไม่เพียงพอ อนุภาคขนาดกรวดจะไม่กลับขึ้นสู่ผิวดินได้ง่าย เศษหินขนาดใหญ่สามารถทำลายหัวเจาะและฟันเจาะได้
หินปูน: โดยทั่วไปแล้วเป็นหินแข็ง เจาะได้ช้า และเจาะได้ไม่ไกล หินปูนจำนวนมากมีรอยแตก โพรง และช่องว่าง การเจอสิ่งเหล่านี้อาจทำให้ดอกสว่านติดขัด น้ำกัดเซาะ การไหลเวียนของน้ำหล่อเย็นลดลง และบางครั้งอาจเกิดการดีดตัวหรือระเบิดได้ หินปูนส่งผลกระทบอย่างมากต่อการเจาะ อัตราการเจาะ และการสึกหรอของดอกสว่าน ชั้นหินแข็งและอ่อนสลับกัน (เช่น หินโคลนสลับกับหินทรายแข็ง) และชั้นหินที่เอียงมากจะเพิ่มโอกาสที่หลุมเจาะจะเบี่ยงเบน ความเสียหายของดอกสว่านมีโอกาสเกิดขึ้นได้มากขึ้นเมื่อเจาะรูที่มีการเบี่ยงเบนสูง ชั้นเกลือที่ละลายได้ (ยิปซัม ฮาไลต์ ฯลฯ) สามารถลดคุณสมบัติของน้ำหล่อเย็นและลดประสิทธิภาพการทำงานของดอกสว่านได้
พารามิเตอร์การเจาะและผลกระทบ พารามิเตอร์การเจาะที่ควบคุมได้หลักๆ ในกระบวนการเจาะ ได้แก่ น้ำหนักกดหัวเจาะ (WOB) ความเร็วรอบ (RPM) และอัตราการหมุนเวียนของน้ำโคลน พารามิเตอร์เหล่านี้ควรได้รับการเลือกตามสภาพของชั้นหิน ชนิดของหัวเจาะ ความสามารถของแท่นเจาะ และทักษะของผู้ปฏิบัติงาน โดยทั่วไปแล้ว พารามิเตอร์การเจาะจะแบ่งออกเป็น:
พารามิเตอร์การเจาะที่เหมาะสมที่สุด: พารามิเตอร์ที่ให้ผลลัพธ์ทางเศรษฐกิจที่ดีที่สุดภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด
พารามิเตอร์การเจาะแบบเชิงรุก (หรือแบบปรับปรุง): ค่าที่สูงกว่าปกติเพื่อให้ได้อัตราการเจาะที่สูงขึ้น
เทคนิคการเจาะแบบพิเศษ: วิธีการเฉพาะหรือชุดพารามิเตอร์ที่จำกัดซึ่งใช้เพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ
การเลือกพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันต้องใช้ดอกสว่านประเภทต่างกัน ดอกสว่านจะเสียหายด้วยกลไกที่แตกต่างกันภายใต้สภาวะการเจาะที่แตกต่างกัน และต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม
2.1 ผลกระทบของน้ำหนักต่อหัวเจาะ (WOB) WOB เป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการเจาะหินที่หน้าหัวเจาะ ขนาดของ WOB กำหนดรูปแบบและลักษณะการเจาะหิน และส่งผลโดยตรงต่ออัตราการเจาะและการสึกหรอของหัวเจาะ ภายใต้แรงกดตามแนวแกนและแรงบิดหมุน ฟันตัดจะสึกหรอ ทื่อ หรือเสียหายขณะที่กดและเฉือนหิน ซึ่งส่งผลต่อการเจาะอย่างเห็นได้ชัด เมื่อ WOB เพิ่มขึ้น การเจาะโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้น แต่ตลับลูกปืนและฟันตัดจะสึกหรอเร็วขึ้น ซึ่งส่งผลต่อการเจาะเช่นกัน ความสัมพันธ์ระหว่าง WOB และการเจาะเปลี่ยนแปลงไปตามสามขั้นตอนที่แตกต่างกัน:
ขั้นตอนการแตกหักของผิวหิน: เมื่อแรงกดบนชิ้นงาน (WOB) น้อยกว่าความแข็งของหินที่วัดได้ ฟันตัดจะไม่สามารถเจาะเข้าไปได้ แต่จะแค่ขัดผิวหินเท่านั้น การสึกหรอสูงและการเจาะต่ำ แม้ว่าการเจาะจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของแรงกดบนชิ้นงานที่เพิ่มขึ้นก็ตาม
ระยะการแตกหักจากความล้า: เมื่อแรงกด (WOB) เข้าใกล้ความแข็งของหิน การกระทำซ้ำๆ ของฟันจะทำให้เกิดรอยแตกบนพื้นผิวจำนวนมาก และการแตกเป็นชิ้นเล็กๆ จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องแม้ว่าจะไม่ได้ทะลุเข้าไปจนสุดก็ตาม
ขั้นตอนการแตกหักแบบเป็นก้อน: เมื่อแรงกดบนหัวเจาะ (WOB) เกินกว่าความแข็งของหินที่วัดได้ ฟันหัวเจาะจะทะลุเข้าไปและทำให้เกิดการแตกหักแบบเป็นก้อน การเจาะจึงมีประสิทธิภาพและนี่คือสภาวะการเจาะปกติ ดังนั้น แรงกดบนหัวเจาะที่ใช้จะต้องเพียงพอที่จะทำให้ฟันหัวเจาะทะลุเข้าไปและทำให้เกิดการแตกหักแบบเป็นก้อนได้
การทดสอบโดยเพิ่มแรงกดหัวเจาะ (WOB) เป็นสองเท่าในดอกเจาะสามแฉกแสดงให้เห็นว่าหินแต่ละชนิดตอบสนองแตกต่างกัน: หินที่มีความแข็งปานกลาง (ชั้นหิน 6–7) แสดงอัตราการเพิ่มขึ้นของการเจาะมากที่สุด ในขณะที่หินที่อ่อนกว่า (ชั้นหิน 4–5) และหินที่แข็งกว่า (ชั้นหิน 8–9) แสดงการเพิ่มขึ้นที่น้อยกว่า การเจาะชั้นหินอ่อนที่มีลักษณะยึดเกาะได้ดีอาจทำให้เกิดการอุดตันของโคลนและการติดของดอกเจาะ ดังนั้นควรใช้ WOB ในระดับที่ค่อนข้างต่ำ ในชั้นหินที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง การใช้ WOB ไม่เพียงพอจะทำให้ดอกเจาะสึกหรอก่อนกำหนด ดังนั้นควรเพิ่ม WOB ให้เหมาะสม เมื่อเจอชั้นหินที่มีรอยแตก การกระเด้งของดอกเจาะเป็นเรื่องปกติ และควรลด WOB เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหักหรือการหลุดร่อนของฟันดอกเจาะ ดังนั้น WOB จึงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่ต้องสร้างสมดุลระหว่างการเจาะที่เพียงพอของฟันดอกเจาะกับการลดการสึกหรอของฟันดอกเจาะให้เหลือน้อยที่สุด
2.2 ผลกระทบของความเร็วรอบ (RPM) ความเร็วรอบวัดว่าดอกสว่านที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนดหมุนเร็วแค่ไหน เนื่องจากพฤติกรรมการแตกหินและอิทธิพลของแรงกดบนดอกสว่าน (WOB) แตกต่างกันไปตามความแข็งของหิน ผลกระทบของ RPM ต่อการแตกหินและการเจาะทางกลจึงต้องคำนึงถึงลักษณะทางธรณีวิทยาและระยะเวลาในการแตกหินด้วย
อัตราการหมุนต่อนาที (RPM) ในชั้นหินอ่อน: ในชั้นหินอ่อนที่มีความยืดหยุ่นสูงและมีการสึกหรอต่ำ (เช่น ชั้นดินเหนียว) ความหนาของเศษหินจะเท่ากับความลึกของการเจาะของฟัน และการสึกหรอของฟันจะน้อยมาก เมื่อแรงกดบนชิ้นงาน (WOB) คงที่ อัตราการหมุนต่อนาทีและอัตราการเจาะเชิงกลจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยประมาณ
ความเร็วรอบ (RPM) ในชั้นหินแข็งปานกลางและแข็ง: ในชั้นหินเหล่านี้ ความแข็งและความสึกกร่อนจะสูงขึ้น ฟันจะทื่อเร็วขึ้น พื้นที่สัมผัสเพิ่มขึ้น และระยะเวลาในการแพร่กระจายและการเสียรูปของรอยแตกจะยาวนานขึ้น การเจาะช้าลงและต้องใช้แรงกด (WOB) มากขึ้น การเพิ่มความเร็วรอบในชั้นหินแข็งอาจทำให้เวลาในการทำลายหินต่อรอบนานขึ้น ดังนั้นความเร็วรอบที่มากเกินไปอาจทำให้การแตกหักไม่สมบูรณ์ก่อนที่ฟันจะหลุดออก ลดประสิทธิภาพการเจาะและเร่งการสึกหรอ ดังนั้นจึงไม่ควรเพิ่มความเร็วรอบมากเกินไปในชั้นหินแข็งปานกลางหรือแข็ง
ความแตกต่างของรอบต่อนาที (RPM) ระหว่างหินแต่ละประเภท: หินแต่ละประเภทมีเส้นโค้งการตอบสนองเฉพาะตัวและรอบต่อนาทีที่จำกัด ในดินเหนียว อัตราการเจาะจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของรอบต่อนาที ในขณะที่ในหินแข็งที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง อัตราการเจาะจะเพิ่มขึ้นช้าลงตามรอบต่อนาที เนื่องจากเวลาในการแตกหินที่ยาวนานขึ้นและรอบต่อนาทีที่จำกัดที่ต่ำกว่า การเกินขีดจำกัดนั้นอาจทำให้อัตราการเจาะลดลงได้
ผลการทดสอบจากการเพิ่มความเร็วรอบเป็นสองเท่าของดอกสว่านสามแฉกแสดงให้เห็นว่า สำหรับหินเกรด 4 (เช่น หินอ่อน) อัตราการเจาะเพิ่มขึ้นประมาณ 93% ในขณะที่สำหรับหินแกรนิตพอร์ฟิริติกเกรด 9 การเพิ่มขึ้นมีเพียงประมาณ 28% เท่านั้น จากเกรด 4 ถึงเกรด 9 การเพิ่มขึ้นของการเจาะเมื่อความเร็วรอบเพิ่มขึ้นจะลดลงตามเส้นโค้ง ดังนั้น การเพิ่มความเร็วรอบจึงเป็นประโยชน์ต่อชั้นหินที่อ่อนนุ่มและมีการสึกหรอต่ำ แต่ให้ประโยชน์จำกัดในชั้นหินที่แข็งและมีการสึกหรอสูง
