Nhiên liệu sinh học - Công nghệ choòng khoan drill bit technology

© COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved 5. Công nghệ choòng khoan (Drill Bit Technology) 25. Công Nghệ Choòng khoan Drill Bit Technology • Mục lục: – Trọng tâm của bài giảng- Lecture Objectives, – Các loại choòng theo API- Drill Bit Types, – Thiết kế choòng - Bit Design, – Lựa chọn choòng - Bit Selection, – Đánh giá độ mòn choòng - Bit Evaluation, – Sö dông choòng khoan - Bit Performance, 3• Trọng tâm của bài giảng - Lecture Objectives; • Nhận biết các loại choòng khác nhau - Recognize different bit types, • Mô tả sù khác nhau về thiết kế choòng khoan côn xoay và choòng kim cương nhân tạo - Describe various process of bit design with respect to roller cone bits and PDC bits, • Lựa chọn choòng khoan cho các loại địa tầng và điều kiện khoan khác nhau - Select bits for various formation types and drilling conditions, • Đánh giá độ mòn choòng theo IADC - Grade bits using the IADC Dull Grading System, • Dùng bảng phân loạii choòng IADC để phân loại choòng - Utilize the IADC code to describe and compare bits, • Tìm ra các nhân tố thi công ảnh hưởng đến quá trình làm việc của choòng khoan nhất -Identify important operational aspects that effect bit performance, 5. Công Nghệ Choòng khoan – Drill Bit Technology 4• Choòng lưỡi lê - Drag Bits (hay Đuôi cá - Fish Tail): 5.1 Loại choòng khoan - Drill Bit Types 5• Choòng Chãp (c«n) Xoay - Roller Cone Bits: Choòng răng phay (tiện) - Milled tooth bits, 5.1 Loại choòng khoan - Drill Bit Types 6• Choòng chãp (Côn) Xoay - Roller Cone Bits: Choòng răng cắm - Inserts bits, 5.1 Loại choòng khoan - Drill Bit Types 7• Choòng Kim cương Tự nhiên - Natural Diamond Bits: 5.1 Loại choòng khoan - Drill Bit Types 8• Choòng Kim cương Nhân tạo - PDC Bits: 5.1 Loại choòng khoan - Drill Bit Types 9• TSP Bits: 5.1 Loại choòng khoan - Drill Bit Types 10 • Choòng chãp (côn) xoay - Roller Cone Bits; – Cấu trúc ổ đỡ- Bearing Assembly: • Là bộ phận ở giữa, nối chân choòng vào côn, để giảm thiểu ma sát khi côn quay - A bearing is a device that sits between the cone and its attachment to the leg of the bit to reduce the force of friction as the cone rotates. • Ổ trục quay phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ và tải, - Roller cone bit bearings must operate under severe conditions temperature and loads, • Ổ trục quay choòng côn xoay sử dụng 3 loại - Roller cone bits use three types of bearing in the bearing assembly: – Ổ bi cầu - Ball bearings; – Ổ bi đũa - Roller bearings; – Ổ bạc(hay trục trơn)- Journal bearings. • Một vài choòng côn xoay sử dụng cả 3 loại bi trên với nhau, hoặc chỉ dùng bi cầu với ổ bạc - Some roller cone bits use all three and some use only roller and ball bearings. Thiết kế choòng-Bit Design 11 • Choòng chãp (côn) xoay - Roller Cone Bits; – Cấu trúc ổ đỡ- Bearing Assembly: • Choòng ổ bi tròn & bi đũa - Roller & Ball Bearing Bits: Thiết kế choòng-Bit Design Choòng này đ/thời sử dụng ổ bi tròn, cộng với các loại bi đũa cho các ổ bi gần cuối hay gần mũi côn. This bit also uses ball bearings, as well as another set of smaller roller bearings near the end, or nose,of the cone. 12 • Choòng côn xoay - Roller Cone Bits; – Cấu trúc ổ đỡ quay -Bearing Assembly: • Choòng ổ bạc (hay trục trơn) - Journal Bearing Bits: Thiết kế choòng - Bit Design 13 • Choòng côn xoay Roller Cone Bits; – Cấu trúc ổ đỡ- Bearing Assembly: • Bôi trơn ổ đỡ kín - Sealed Bearing Bit Lubrication: Thiết kế choòng - Bit Design 14 • Choòng côn xoay - Roller Cone Bits; Thiết kế choòng - Bit Design – Thiết kế côn -Cone Design: • Tất cả 3 côn có cùng kích thước với côn số 1có hình lưỡi giáo thuôn đều - All the three cones have the same shape with the No 1 cone having a spear point, • Thông số cơ bản quyết định là góc nghiêng của ổ đỡ trơn- The basic factor to be decided is the journal or pin angle, • Góc nghiêng của ổ đỡ là góc tạo thành từ trục của nó với phương nằm ngang - The journal angle is formed between the axis of the journal and the horizontal, • Thông số quan trọng khác là góc của trục quyết định số răng và độ dày răng và khoảng trống giữa các răng côn - One important factor which affect the journal angle is the degree of meshing or interfit, (the distance that the crests of the teeth of one cone extended into the grooves of the other. 15 • Choòng côn xoay - Roller Cone Bits; – Thiết kế côn - Cone Design: Thiết kế choòng-Bit Design #3 Cone #2 Cone #1 Cone Quy ước: Cones Set-up CW 16 • Choòng côn xoay Roller Cone Bits; – Thiết kế côn - Cone Design: Thiết kế choòng-Bit Design 17 • Thiết kế côn xoay - Roller Cone Bits; – Thiết kế côn - Cone Design: • Độ lệch côn - Cone Offset: Thiết kế choòng-Bit Design Đ/đá mềm Đ/đá cứng Soft Formation Hard formation 18 • Choòng răng phay(tiện) - Milled Tooth Bits; Thiết kế choòng-Bit Design – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: • Choòng cho đ/đá mềm - Soft Formation bits: – Đ/đá này yêu cầu răng cắm sâu vào do đó răng cần dài, mảnh khoảng cách giữa các răng lớn (để ngăn sự bó côn) - These types require deep penetration into the rock so the teeth are long, thin and widely spaced (to prevent balling), – Do các răng cần dài nên chiếm phần lớn không gian, vì vậy kích cỡ ổ đỡ phải giảm. Điều này cho phép quá tải lên choòng khoan trong đất đá mềm. The long teeth take-up space, so the bearing size must be reduced. This is allowable since the loading should nit be excessive in soft formation. 19 • Choòng răng phay(tiện)-Milled Tooth Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: Thiết kế choòng - Bit Design • Đ/đá đ/cứng trung bình - Medium Formation Bits: – Yêu cầu tăng tải lên choòng lớn hơn do vậy chiều cao của răng bị giảm và tăng chiều dày của răng - These types required to withstand heavier loads so teeth height is decrease and their width increased, – Choòng dạng này nên hạn chế tốc độ khoan - these bits rely on scraping/gouging action with only limited penetration, – Cần tăng khoảng cách giữa các răng đủ để cho phép quá trình rửa răng choòng được tốt - The spacing of teeth must still be sufficient to allow good cleaning. 20 • Choòng răng phay(tiện)-Milled Tooth Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: Thiết kế choòng-Bit Design • Choòng khoan đ/đá cứng - Hard Formation Bits: – Răng cần phải ngắn so với choòng khoan dùng trong đ/đá mềm do độ cắm răng không thể sâu vào đất đá rắn được -These do not rely on tooth penetration so the teeth are shorter than those used for softer formations – Số răng choòng phải đủ nhiều để phân tải trên 1 răng tạo cho quá trình đập đục của răng choòng được tốt - the teeth must be strong enough to withstand the crushing/chipping action and sufficient numbers of teeth should be used to reduce the unit load, – Khoảng cách giữa các răng phảii tốI ưu sao cho khi ROP giảm và mùn khoan phảii nhỏ hơn - Spacing of teeth is lees critical since the ROP is reduced and the cuttings tend to be smaller. 21 • Choòng côn xoay - Roller Cone Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: so sánh -Comparison; Thiết kế choòng-Bit Design Mềm -Soft = = = = = = ==> Cứng-Hard 22 • Choòng răng cắm - Insert Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: Thiết kế choòng-Bit Design • Cấu trúc răng tương tự như choòng răng phay - The cutting structure for insert bits follows the same pattern as for milled tooth bits, • Răng cắm dạng đục dài cho đ/đá mềm - Long chisel shaped inserts are required for soft formation, • Răng cắm dạng đục ngắn cho đ/đá cứng - Short inserts are used for hard formation bits, • Có sự thay đổi nhỏ trong c/trúc của choòng răng cắm do mòn choòng. Điều này cho phép 1 dạng choòng có thể sử dụng cho nhiều đất đá khác nhau - There is little change in the cutting structure of an insert bit due to wear. This allows an insert bit to be used over a wider range of formation types than is usually impossible for a milled tooth bit. 23 • Choòng răng cắm - Insert Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: Thiết kế choòng-Bit Design Răng cắm cho đ/đá mềm - Soft Formation Inserts 24 • Choòng răng cắm - Insert Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: Thiết kế choòng-Bit Design Răng cắm cho đ/đá cứng trung bình-Medium Formation Inserts 25 • Choòng răng cắm - Insert Bits; – Cấu trúc răng cắt - Cutting Structure: Thiết kế choòng-Bit Design Răng cắm cho đ/đá rắn-Hard Formation Inserts 26 • Choòng côn xoayRoller Cone Bits; Thiết kế choòng-Bit Design Tôi cứng bề mặt răng Cutter Hardfacing 27 • Choòng côn xoay - Roller Cone Bits: Thiết kế choòng-Bit Design Bảo vệ đường biên Gauge Protection 28 • Choòng côn xoay -Roller Cone Bits; – Tuần hoàn dung dịch – – Fluid Circulation: Thiết kế choòng-Bit Design Vòi thủy lực - Jet Nozzle 29 • Choòng côn xoay -Roller Cone Bits; – Tuần hoàn dung dịch – – Fluid Circulation: Thiết kế choòng-Bit Design 30 • Choòng k/cg nhân tạo -PDC Bits; – Vật liệu làm răng - Cutter Material: • Được tôi luyện trong m/trường nh/ độ cao, áp suất cao - The cutter material are formed with high pressure and temperature process, • Trước tiên là quá trình tạo k/cg nhân tạo -The first stage in the process is to manufacture artificial diamond crystals, • Sau đó trộn k/cg nhân tạo với các chất gắn kết/xúc tác trong đ/k vô cùng khắc nghiệt -The second stage is to mix the artificial diamond crystals with catalyst/binder in a temperature exceeding 1400oC and pressure of 750,000 psi. Thiết kế choòng-Bit Design 31 • Polycristalline Diamond compact - PDC Bits; – Vật liệu làm răng - Cutter Material: Thiết kế choòng-Bit Design 32 • Choòng k/cg nhân tạo - PDC Bits; – Vật liệu làm thân choòng - Bit Body Material: Thiết kế choòng-Bit Design Thân bằng sắt Độ chính xác cao, Dễ sửa chữa, Chế tạo nhanh - Steel Body High Precision, Simple Repair, Rapid manufacture 33 • Choòng k/cg nhân tạo - PDC Bits; – Bit Body Material: Thiết kế choòng-Bit Design Tungsten Carbide Matrix Erosion Resistant 34 • Choòng k/cg nhân tạo - PDC Bits; Thiết kế choòng-Bit Design – Hình dạng - Profile: 35 • Choòng k/cg nhân tạo - PDC Bits; Thiết kế choòng-Bit Design – Mật độ răng cắt - Cutter Density: • Có sự ñieàu phoái haøi hoøa giữa việc giảm tải răng cắt bằng cách tăng số răng cắt đủ nhỏ để cho phép việc rửa răng choòng có hiệu quả nhất - This is a compromise between reducing the amount of load per cutter by increasing the number of cutters and yet keeping the number of cutters small enough to allow efficient cleaning of the face of the bit, – Xự tiếp xúc của răng cắt -Cutter Exposure: • Xự tiếp xúc toàn diện cho phép nhiều khoảng trống giữa thân choòng và đất đá cần phá hủy -Full exposure provides more space between the bit body and the formation, • Sự tiếp xúc từng phần cho phép sự hỗ trợ tốt cho các răng cắt - Partial exposure provide good back-up therefore support the cutters. 36 • Choòng k/cg nhân tạo - PDC Bits; Thiết kế choòng-Bit Design – Tuaàn hoaøn dung dòch. Fluid Circulation: • Tuaàn hoaøn ñaûm baûo laøm saïch muøn khoan vaø laøm maùt chooøng hieäu quaû nhaát. Circulation across the bit face must be designed to remove the cuttings efficiently and also cool the bit face, • Taêng cöøông toác ñoä doøng chaûy. These requirements may be satisfied by increasing the fluid flowrate, • Kieåm soaùt söï soùi moøn beà maët chooøng vaø hö hoûng chooøng. The increased fluid flowrate may however cause excessive erosion of the face and premature bit failure. 37 • §¸nh gÝa qu¸ tr×nh sö dông dùa trªn Bit performance is judged on: – Số mét(foot) khoan được - How much m or footage it drilled, – Tốc độ khoan -How fast it drilled (ROP), – Già thành chòong khoan/ft hay mét -How much it cost to run ( the capital cost of the bit plus the operating costs of running it in the hole) per foot of hole drilled. • The best method of assessing bit performance is by the cost: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance C = Overall cost $/ft, Cb = Bit cost ($), Rt = Rotating hrs, Tt = Round trip time hrs, Cr = Rig spread cost ($) F rttbC CTRC )(   38 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bit: – Tốc độ khoan phụ thuộc vào rất nhiều các thông số khoan- Penetration rate is function of many parameters including: • Tải trọng lên chòong- WOB, • Vòng quay/phút- RPM, • Tính chất d/dịch khoan - Mud properties, • Hiệu suất thủy lực - Hydraulic efficiency. 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance 39 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance – Tải trọng lên chòong-Weight on Bit: • Là tải yêu cầu để thắng sự nén của đ/đá -WOB is required to overcome the compressibility of the formation, • Một khi qua được ngưỡng này, tốc độ khoan tỷ lệ thuận với tải lên chòong -Once this threshold is exceeded, penetration rate increases with WOB, • Giới hạn của tải lên chòong -WOB Limitations: – Thủy lực tại chòong- Hydraulic Horsepower (HHP) at the bit: nếu thủy lực không đủ, tốc độ khoan sẽ giảm do-If HHP at bit is not sufficient, the ROP is reduced by: – Bó chòong -Bit Balling: Khi mà khỏang trống giữa răng chòong bị bít nhét và kẹt bởi các mùn đ/đá khoan (nhất là trong đđ mềm)- Where the grooves between the teeth of the bit are clogged by formation cuttings (mostly in soft formation). 40 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; – Tải lên chòongWeight on Bit: • Giới hạn tải lên chòong - WOB Limitations: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance – Bó tại đáy giếng khoan -Bottomhole Balling: khi mà giếng khoan bị kẹt với các mùn khoan nhỏ (hầu hết xảy ra với các họat động nghiền của choòng khoan đ/đá cứng) -Where the hole gets clogged-up with fine particles (occurs mostly with grinding action of hard formation bits). – Công suất thủy lực tính tóan theo c/thức sau - The HHP at the bit is calculated by: 1714 Q.HHP Pbb  Q = Lưu lượng (gallon/ph)-Flowrate (gpm), Pb = Áp suất tổn thất khi qua chòong (psi)- Pressure drop across the bit (psi), 41 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; – Tải lên chòong - Weight on Bit: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance WOB ROP Tốc độ khoan sv sự làm sạch gk ROP vs. Hole Cleaning CS thủy lực t/b- Medium HHP @ Bit CS thủy lực thấp-Low HHP @ Bit CS thủy lực cao -High HHP @ Bit 42 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; – Tải lên chòong - Weight on Bit: • Giới hạn tải lên chòong - WOB Limitations: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance – Phụ thuộc vào loại địa tầng -Formation Types: Việc dư tải lên chòong khi khoan đ/đá mềm chỉ làm cho răng chòong vùi sâu và gây ra tăng mômen mà thôi không cải thiện tốc độ khoan - WOB is limited in soft formation where excessive weight will only bury the teeth into the rock and cause an increased torque with no ROP increase. – Khi gk xiên - Hole Deviation: Trong vài trường hợp tải lên chòong làm cong bộ dụng cụ khoan gây ra lệch giếng khoan, và bộ khoan cụ phải được gắn bộ định tâm thích hợp để ngăn chặn điều này - In some areas WOB will produce bending in the drillstring leading to crooked hole. The drillstring should be properly stabilized to prevent this happening. – Tuổi thọ ổ đỡ - Bearing Life: Tuổi thọ ổ đỡ tỷ lệ nghịch với tải lên chòong, vì vậy phải cân đối tải lên chòong với tuổi thọ ổ đỡ - the greater the load on the bearings, the shorter their operational hours. WOB must be balanced against bearing life. 43 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; – Tải lên chòong - Weight on Bit: • Giới hạn tải lên chòong - WOB Limitations: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance • Tuổi thọ răng chòong -Tooth Life: Trong đ/đá cứng việc dư tải lên chòong có thể làm răng bị vỡ, và làm cho tuổi thọ chòong giảm nhanh, vì vậy cần thiết kế các răng chòong gần nhau và có độ cứng hơn, có khi người ta phải viện đến chòong kim cương nhân tạo - In hard formations, with larger compressive strength, excessive WOB will cause the teeth to break. This may be sign that a bit with shorter, more closely packed teeth or inserts is required. The last resort is to use either diamond or PDC bits. 44 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance • Tốc độ quay - Rotary Speed: – Tốc độ quay phụ thuộc vào thời gian cho phép từng răng riêng biệt vuợt qua ngưỡng cắm răng và dịch chuyển mùn khoan. Tốc độ quay chòong được lựa chọn phụ thuộc vào - The rotary speed will depend on time taken for an individual tooth to exceed the threshold, penetrate and remove the cuttings. The RPM applied to the bit will be function of: • Loại chòong -Type of Bit: Nhìn chung RPM thấp hơn khi áp dụng với chòong răng cắm hơn chòong răng phay. Điều này cho phép các răng cắm có thời gian phá hủy đ/đá lâu hơn bằng việc nghiền đào như 1 cái nêm vào đ/đá để tạo thành các nứt vỡ mà làm cho đất đá bị vỡ vụn - In general, lower RPMs are used for insert bits than for milled tooth bits. This is to allow the inserts more time to penetrate the formation. The insert crushes a wedge of rock and then forms a crack which loosens the fragment of rock. • Loại địa tầng - Type of Formations: RPM thấp dùng trong đ/tầm rắn hơn, vì RPM cao sẽ làm hư hại chòong khoan và bộ khoan cụ - Harder formations are less easily penetrated and so require low RPM. A high RPM may cause damage to the bit or the drillstring. 45 • Chòong côn xoay- Roller Cone Bits; – Vận tốc quay- Rotary Speed: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance RPM ROP Tốc độ phá hủy - Tốc độ quay (ROP vs. RPM) Địa tầng rắng -Hard Formation Địa tầng mềm - Soft Formation 46 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance • Tính chất dung dịch - Mud Properties: – Để ngăn chặn dung dịch vỉa thâm nhập vào trong gk làm nhiễm bẩn tính chất dd khoan thì tỷ trọng dd phải lớn hơn cột áp thủy tĩnh của dd 1 chút (lề an toàn) - In order to prevent an influx of formation fluids into the wellbore, mud hydrostatic pressure should be slightly higher (safety margin), – Sự chênh áp này gây ra lực ép các mùn khoan nhỏ vào đ/đá vừa phá hủy tạo ra lớp chất rắn bao bọc gọi là vỏ bùn - The overbalance forces the liquid part of the mud into the formation and deposit the solids part as filter cake, – Trong đất đá rỗng thì cần tăng độ dày vỏ bùn để giảm sự xâm nhập của dd vào địa tầng - In porous formation this will lead to a thick plaster being formed which prevents any further entry of fluids to the formations, – Tại đáy gk nơi mà sự trát kín này lại làm ảnh hưởng tới việc di chuyển của mùn khoan - this also happens at the bottom of the hole where plaster affects cutting removal. 47 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Tính chất dung dịch khoan - Mud Properties: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance • Khi răng chòong xuyên qua bề mặt đất đá, khi lực phá hủy lớn hơn độ cứng của đá thì chúng làm tạo ra các vết nứt, làm long ra các mảnh vỡ từ địa tầng - When tooth penetrates the surface, the compressive strength of the rock is exceeded, cracks develop which loosen small fragments or chips from the formation, • Ảnh hưởng do tính chất trát kín của dd lại làm che các vết nứt và ngăn chặn áp suất dd được gây ra bên dưới các mảnh vỡ -The plastering effect covers up the cracks and prevents mud pressure being exerted below the chip, • Sự chênh áp vào mảnh vỡ này do đó có xu hướng giữ các mảnh vỡ ép vào địa tầng - The differential pressure on the chip therefore is tending to keep the chip against the formation, • Điều này được gọi là hiệu ứng “Giam mùn khoan tĩnh”, và làm giảm ROP- This is known as the Static Chip Hold down Effect and lead to lower ROP. 48 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Tính chất dd - Mud Properties: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance • Để giảm hiệu ứng giam mùn - To reduce the hold down effect: – Giảm giới hạn an toàn (tỷ trọng dd vừa đủ) (Trong giới hạn cho phép để khống chế gk phun) Reduce the safety margin (within acceptable level to prevent a kick), – Giảm hàm lượng chất rắng trong dd (như hàm lượng sét và mùn khoan). Để tăng hiệu suất khoan - Reduce the solids content (both clays and drilled solids. Solids removal is essential to increase drilling efficiency. 49 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Tính chất dd - Mud Properties: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance Chip A/s vỉa- Pore Pressure Răng- Tooth Áp suất thủy tĩnh- HP Ảnh hưởng của hiệu ứng Giam mùn khoan tĩnh (Static Chip Hold Down Effect) 50 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Tính chất dd - Mud Properties: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance • Ảnh hưởng của Giam mùn khoan động không đủ khi vỏ bùn ít dày hơn - Dynamic chip hold down effect is not significant since the filter cake is much thinner, • Sự giam mùn này có thể xảy ra khi các vết nứt được tạo ra x/q mảnh vỡ, dd thâm nhập vào các vết nứt để cân bằng áp suất - The hold down may occur when cracks form around the chip, mud enters the cracks to equalize the pressure, • Do đó áp suất bị giảm tạo ra xu hướng mảnh vỡ bị giam vào trong đ/tầng -In doing so pressure drop is created which tends to hold the chip against the bottom of the hole, • Ảnh hưởng của sự giam động và tĩnh này đều có thể làm cho chòong bị bó do đó giảm tốc độ khoan -In general both static and dynamic hold down effects cause bit balling and hence reduce the ROP. 51 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Tính chất dd - Mud Properties: 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance Răng- Tooth Ảnh hưởng giam mùn khoan động Dynamic Chip Hold Down Effect Mảnh vỡ- Chip Khe nứt- Cracks 52 • Chòong kim cương nhân tạo -PDC Bits: – Tải lên chòong / tốc độ quay-WOB/RPM: • Chòong PDC khoan nhanh hơn với tải nhỏ và tốc độ quay lớn - The basic trend is that PDC bits drill faster with low WOB and high RPM, • RPM yêu cầu cao hơn chòong côn xoay -They also require higher RPM than roller cone bits, • RPM có thể tối đa càng tốt (tăng khả năng văng mùn khoan) - The general recommendation is that the highest RPM that can be achieved should be used • PDC khoan với mômen và RPM cao hơn so với chòong côn xoay, tải lên chòong phải đủ nhỏ để tránh các hư hỏng va va đập - PDC bits drill with more torque and RPM than roller cone bits. And the WOB should be sufficient enough to avoid premature failure. • Nhìn chung khi tốc độ quay tăng thì tải lên chòong phải giảm -Generally, When RPM is increased WOB should be reduced. 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng - Bit Performance 53 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Để lựa chọn chòong khoan được tốt người ta thường dùng bảng so sánh chòong - In order to select the best bit for a particular application, comparison charts are often used, – Các bảng này so sánh các chòong khoan có sẵn từ các nhà thầu khoan chính - These charts contain bit availability from the major suppliers, – Tất cả được thiết kế theo tiêu chuẩn IADC - They have been designed in accordance with the IADC, – Code của mỗi chòong trong bảng được biểu thị bằng 3 số và 1 đặc tính - The position of each bit in the chart is defined by three numbers and one character, – Các đặc tính sau được định nghĩa như sau - The sequence of numeric characters defines the following: • Số sê ri - Series, • Dạng chòong - Types, • Đặc trưng ổ trục - Bearing Features. 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của choòng – Lựa chọn chòong - Bit Selection 54 PHÂN LOẠI ĐỘ CỨNG CỦA ĐẤT ĐÁ Độ cứng UCS (psi) Loại đất đá Siêu mềm < 1,000 gumbo, clay Rất mềm 1,000 - 4,000 unconsolidated sands, chalk, salt, claystone Mềm 4,000 - 8,000 coal, siltstone, schist, sands Trung bình 8,000 - 17,000 sandstone, slate, shale, limestone, dolomite Cứng 17,000 - 27,000 quartzite, basalt, gabbro, limestone, dolomite Rất cứng > 27,000 marble, granite, gneiss UCS = Cường độ nén đơn trục 55 • Chòong côn xoay -Roller Cone Bits; Lựa chọn chòong - Bit Selection – Sê ri - Series: • Từ 1-3 áp dụng cho chòong răng phay cho địa tầng xốp, tr/bình và rắn - Series 1-3 apply to milled tooth bits and classified as soft, medium or hard, • Từ 4-8 cho chòong răm cắm cũng cho địa tầng xốp, tr/bình và rắn - Series 4-8 apply to insert bits and are classified as soft, medium, hard and extra hard. – Phân loại - Types: • Mỗi sê ri được chia làm 4 loại theo cấp độ cứng áp dụng cho chòong -Each series is divided into 4 types according to the hardness application of the bit, • VD: loại 3 cứng hơn loại 2 trong cùng 1 sê ri -For example type 3 is harder bit than a type 2 within the same series 56 • Chòong côn xoay -Roller Cone Bits; Lựa chọn chòong -Bit Selection • Đặc tính ổ đỡ-Bearing Features: Có 1 vài sự phân loại khác nhau phụ thuộc vào bảng so sánh -There are slight variation in the categories depending on the comparison chart used for example: “1” Ổ đỡ bi đũa chuẩn - Means a standard roller bearing, “2” Ổ đỡ bi đũa làm mát bằng không khí- Means air cooled roller bearing, “3” Ổ đỡ bi đũa có vật liệu chống mòn đường kính - Means a roller bearing bit with gauge protection, “4” Ổ đỡ bi đũa kín - Means sealed roller bearings are included, “5” Ổ đỡ kín và vật liệu chống mòn đường kính -Means both sealed roller bearings and gauge protection included, “6” Ổ đỡ ma sát kín - Means sealed friction bearing included, “7” Ổ đỡ ma sát kín và vật liệu chống mòn đường kính-Means both sealed friction bearings and gauge protection included. 57 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; Lựa chọn chòong -Bit Selection – Các đặc tính thiết kế phụ -Additional Design Features: • This character is used to define additional features of the bit for example: – If a bit is classified as 1-2-4-E, this means the bit is a soft formation milled tooth bit with sealed roller and extended nozzles. • The term soft , medium and hard are very broad categorization of the geological strata. 58 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; – Formation Types: Lựa chọn chòong - Bit Selection • Đ/đá mềm - Soft Formations: – Sét và cát bở rời lưu lượng lớn (500-800GPM)-yêu cầu Unconsolidated clays and sands and large flowrate recommended (500-800 GPM), – Được khoan với tải lên chòong thấp (3000-5000lbs/in đường kính chòong ) và tốc độ quay lớn (125-250 v/p)-The can be drilled with low WOB (3000 - 5000 lbs/in of bit diameter) and high RPM (125-250), • Đ/đá t/bình - Medium Formations: – Gồm sét, bột kết …This may include shale, gypsum, shaley lime, sand and Siltstone, – WOB thấp từ 3000-6000lbs/in đường kính chòong và 100-150 v/p - Generally low WOB (3000 - 6000 lbs/in of bit diameter and (100 - 150 RPM. 59 • Chòong côn xoay - Roller Cone Bits; Lựa chọn chòong - Bit Selection – Dạng đ/đá- Formation Types: • Đ/đá cứng - Hard Formations: – Gồm bột kết, cát kết rắn đôlômitThis may include limestone, anhydrite, hard sandstone and dolomite, – Dùng tải lên chòong cao 6000-10000lbs/in đường kính chòong -High WOB may be required (6000-10000 lbs/in of bit diameter), – Tốc độ quay chậm hơn 40-100v/p để tạo cho quá trình ghiền bới của răng chòong được tốt hơn -A slower RPM (40 - 100 ) this slower RPM is to help grinding/crushing action. 60 • Tại sao - Why Evaluation? – Mỗi chòong được kéo lên từ gk, hình dạng bên ngoài được kiểm tra và phân loại tùy theo độ mòn của nó - As each bit is pulled out from the hole, its physical appearance is inspected and graded according to the wear it has sustained, – Có tác dụng như sau - The evaluation is useful for the following reasons: • Làm cho lựa chọn chòong đượ tốt hơn - Improve bit type selection, • Nhận biết sự ảnh hưởng của các thông số không -Identify the affect of drilling parameters, • Rút kinh nghiệm cho việc kéo dựa vào tuổi thọ chòong trước khi chòong bị hỏng - Gain experience on bit life and when to pull before failure, • Đánh giá chòong làm việc và giúp cho việc chế tạo được tốt hơn - Evaluate bit performance and help their design. Đánh giá độ mòn choòng - Bit Evaluation 61 • Tại sao phải đánh giá chòong - Why Evaluation? Đánh giá độ mòn choòng -Bit Dull Evaluation 62 • Hệ thống phân loại độ mòn IADC - IADC Dull Grading System: – Cột 1/ Cấu trúc răng cắt phía trong -Column 1- Inner Cutting Structure (I): • Báo cáo tình trạng cấu trúc răng 2/3 phía trong với chòong côn xoay, hoặc 2/3 bán kính phía ngoài với chòong răng cố định - Report the condition of the cutting structure on the inner 2/3rds of the bit for roller cone bits and inner 2/3rds radius of a fixed cutter bit, – Cột 2/ Cấu trúc răng cắt phía tngoài - Column 2 - Outer cutting Structure (O): • Báo cáo tình trạng cấu trúc răng 1/3 phía ngoài với chòong côn xoay, hoặc 1/3 bán kính phía ngoài với chòong răng cố định This report the condition of the cutting structure on the outer 1/3rd of the bit for roller cone and outer 1/3rd radius of a fixed cutter bit. 5.4 Độ mòn răng choòng - Cutting Evaluation I O D L B G O R Inner Cutting Outer Cutting Dull Chrac. Loction, Bearing Độ mòn ổ Gauge Độ mòn Other dull Charac. Reason for pull Đ/mòn Răng ph/trong Đ/mòn Răng ph/ngoài Đ/tính mòn chính Vị trí mòn chính trục đỡ theo phương đ/kính đ/tính mòn khác Ng/nhân kéo chòong 63 • IADC Dull Grading System: – Cột 1 và 2 - Column 1/2 – Inner/Outer cutting Structure: 5.4 Độ mòn răng choòng - Cutting Evaluation • Cột 1 và 2 được đánh giá từ 0-8 mô tả tình trạng mòng của cấu trúc răng như sau -In column 1 and 2 a liner scale from 0 to 8 is used to describe the condition of the cutting structure as follows: – Răng sắt -Steel Tooth Bits: Đo chiều cao răng bị mòn - a measure of the lost tooth height, » 0 –ch/cao răng không bị mòn - indicates no lost in tooth height, » 8 – ch/cao răng bị mòn hết - indicates total loss of tooth height. – Răng cắm -Insert Bits: cấu trúc răng bị mòn do mất, mòn vỡ-gãy- a measure of total cutting structure reduction due to lost, worn and/or broken inserts: » 0 – ch/cao răng không bị mòn -indicates no lost in tooth height, » 8 - ch/cao răng bị mòn hết - indicates total loss of tooth height. 64 • IADC Dull Grading System: – Cột ½ - Column 1/2 – Inner/Outer cutting Structure: 5.4 Độ mòn răng choòng - Cutting Evaluation – Răng cố định (PDC..)- Fixed Cutter: a measure of the cutting structure wear: » 0 - ch/cao răng không bị mòn - indicates no loss of cutter or diamond height, » 8 - ch/cao răng bị mòn hết indicates total loss of cutter or diamond height. – Cột 3/ đ/tính mòn chính - Column 3/Cutting Structure Dull characteristics (D): • Báo cáo đặc tính mòn điển hình của răng chòong - Report the major dull characteristic of the bit cutting structure. 65 • IADC Dull Grading System: 5.5 Độ mòn ổ đỡ - Bearing Evaluation – Cột 4 vị trí mòn - Column 4/Cutting Structure Location (L): • Vị trí mòn của mặt chòong nơi mà các răng bị mòn điển hình - Report the location of the face of the bit where the major cutting structure dulling characteristics occur, • Biểu thị bằng các chữ cái qui ước - This may be reported in the form of letter or number code, – Cột 5/ tình trạng ổ đỡ - Column 5 /Bearing Condition (B): • B/cáo tình trạng ổ đỡ -Report the condition of roller cone bits, • Phân loại phụ thuộc vào dạng chòong -The grading will depend on the type of bit, • Với chòong PDC thì không đánh giá mà ghi chữ X -This space will always be occupied by an X for fixed cutter. 66 • IADC Dull Grading System: 5.6 Độ mòn đường kính - Gauge Evaluation – Cột 6/ độ mòn đường kính - Column 6 - Gauge (G): • B/cáo độ mòn đ/kính - Report on the gauge of the bit, • Chữ I là chòong không bị mòn -The letter “I” is used if the bit has no gauge reduction, • Đ/giá độ mòn theo phương đ/k theo 1/16in - If the bit has gauge reduction it is reported in 1/16 of an inch. – Cột 7/ các đ/tính mòn thứ cấp - Column 7 - Remarks (O): • B/cáo các đặc tính mòn khác ngoài đ/tính mòn trong cột 3 - Report any dulling characteristics of the bit in addition to that reported for the cutting structure in column 3. 67 • IADC Dull Grading System: Độ mòn đặc trưng - General Evaluation – Cột 8/ Ng/nhân kéo chòong - Column 8 - Reason for pulling (R): • B/cáo ng/nhân kéo chòong -Report the reason for pulling out of the hole. – Tổng quát- Generally: • Đ/mòn chòong được phân loại theo 3 số chính Răng /Ổ đỡ /đường kính - Part of the bit description in the daily drilling report as Tooth Bearing & Gauge (T B G), • Độ mòn 50% của chòng răng cắm được mô tả [4,4, O 1/16”] - For half used rock bit, the description will be [4,4, O 1/16”], • Độ mòn của chòng PDC răng khoan mẫu được mô tả theo % - For fixed cutter and core bits, the description will denote the percentage recovered (e.g. Rec. 80%). 68 Bảng đ/g độ mòn chòong - Dull Chart 69 CÔNG SUẤT THỦY LỰC TẠI CHOÒNG • Môc tiªu:t¸ch mïn khoan khái ®¸y giÕng mét c¸ch h÷u hiÖu, t¨ng tèc ®é c¬ häc khoan. • Sö dông vµ ph¸t huy c«ng suÊt thñy lùc (HPb) vµ lùc va ®Ëp cña dßng dung dÞch (Fimp) t¹i choßng khoan. • C«ng suÊt thñy lùc (HPb) ®¹t gÝa trÞ cùc ®¹i, khi: • • n- hÖ sè mò liªn quan tíi l­u l­îng b¬m. • Lùc va ®Ëp (Fimp) ®¹t gÝa trÞ cùc ®¹i, khi: • NhËn ®Þnh – Tïy ®iÒu kiÖn khoan cô thÓ ®Ó øng dông hîp lý mét trong hai lùa chän trªn. – Thùc tÕ, khi c«ng suÊt thñy lùc ®¹t gÝa trÞ cùc ®¹i th× lùc va ®Ëp ph¸t huy ®­îc 94%. – Khi lùc va ®Ëp ®¹t gÝa trÞ cùc ®¹i th× chØ cã 92% c«ng suÊt thñy lùc ®­îc ph¸t huy. 1  n nPHP tb 2 2   n PF timp 70 5.7 Tổn thất thủy lực qua các vòi phun 71 5.8 Các sự cố và hỏng hóc thường gặp ở chòong BC – Broken cone -Côn vỡ BT – Broken teeth - Răng vỡ, gãy BU – Balled up - Côn bó CC – Cracked cone - Côn nứt CD – Cone dragged - Côn bị kéo lê (do không quay) CI –Cone Interference- Côn bị ríu (chạm) vào nhau CR – Cored – Mòn phần trong tạo ra hình lõi khoan CT – Chipped teeth – Răng bị mẻ ER – Erosion – Răng bị bào mòn do mùn khoan FC – Flat Crested wear – Mòn chiều cao của răng HC – Heat checking – Nứt do Nhiệt , không đủ làm mát JD – Junk damaged – Hư hại do va chạm với vật cứng LC – Lost cone – Mất côn LN – Lost noozle – Mất vòi phun LT- Lost teeth – Mất răng OC – Off center wear –Mòn hàng răng phía ngoài tâm PB- Pinched bit – Các côn bị đẩy lại gần nhau PN- Plugged noozle – Tắc vòi phun RG- Rounded Gauge – Mòn vẹt tròn theo đường kính SD –Shirttail Damage – Mòn tại chân chòong SS – Self Sharpening Wear – Tự mòn thành cạnh sắc TR – Tracking – Nứt mòn với mùn khoan WO- Washed out bit – Thủng thân chòong WT- Worn Teeth – Mòn răng BF – Bond Failure – Bề mặt răng cắt bị vỡ do phần gắn với h/k gắn bị lỏng BC – Broken Cutters – Răng vỡ BU – Balled up – Côn bó CR – Cored –Bị mòn vẹt tạo thành như lõi khoan CT – Chipped Cutters – Răng bị nứt mẻ DL – Delaminated Cutters – Răng bị bong từng mảng ER – Erosion– Răng bị bào mòn do mùn khoan HC – Heat checking – Nứt do Nhiệt, không đủ làm mát JD – Junk damaged – Hư hại do va chạm với vật cứng LC – Lost Matrix – Mất gằn kết với răng cắt LN – Lost noozle – Mất vòi phun LT- Lost Cutters – Mất răng cắt PN- Plugged noozle / water way – Tắc vòi phun RO- Ring out WO- Washed out bit – Thủng thân chòong WT- Worn Cutter – Mòn răng Chòong răng cắm, phay Chòong PDC, khoan mẫu © COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved NHỮNG HỎNG HÓC Ở CHOÒNG PDC CT - Chipped Cutter Less than 1/3 of cutting element is gone BT - Broken Cutter More than 1/3 of cutting element is broken to the substrate © COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved LT - Lost Cutter Bit is missing one or more cutters LN - Lost Nozzle Bit is missing one or more nozzles NHỮNG HỎNG HÓC Ở CHOÒNG PDC © COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved • Tungsten Carbide Insert bit e.g. T3 means that 3/8 of the inserts are broken or lost NHỮNG HỎNG HÓC Ở CHOÒNG CHÓP XOAY © COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved • Bearings: B3 means that an estimated 3/8 of the bearing life is gone Balled up Bit Cracked Cone NHỮNG HỎNG HÓC Ở CHOÒNG CHÓP XOAY © COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved Washed out Bit Lost Cone NHỮNG HỎNG HÓC Ở CHOÒNG CHÓP XOAY