مقدمه

فرآیند حفاری مستلزم استفاده از مته های حفاری میدان نفتی است. در واقع، مته اساسی ترین ابزاری است که حفار از آن استفاده می کند. همچنین انتخاب بهترین مته یکی از اساسی ترین مشکلاتی است که مهندسان با آن مواجه هستند. تنوع بسیار زیادی از مته برای موقعیت های مختلف عملیات حفاری ساخته شده اند. برای مهندس حفاری مهم است که اصول طراحی مته را بیاموزد تا بتواند به طور کامل تفاوت بین مته های مختلف موجود را درک کند. همچنین دلیل دیگر اهمیت انتخاب مته حفاری مناسب برای چاه های مختلف، تاثیر انتخاب بر هزینه کل چاه است. بهینه سازی عملیات حفاری را می توان در سه مرحله مجزا مشاهده کرد:

انتخاب مته مناسب برای شرایط حفاری

نظارت بر شرایط حفاری در چاه

اجرای یک برنامه برای سرعت چرخش

مته های حفاری، پیشرفت تکنولوژیکی بیشتری را در سال های گذشته نسبت به هر نوع دیگر تجهیزات حفاری داشته اند.

انواع مته های حفاری در میدان نفت و گاز

مته ها با استفاده از دو اصل حفاری می کنند:

حذف سنگ با بیش از حد مقاومت برشی

حذف سنگ با بیش از حد مقاومت فشاری

شکست برشی با استفاده از دندانه مته برای برش سنگ به قطعات کوچک انجام می شود. عمل ساده فشار دادن دندانه به داخل سازند، مقداری برش ایجاد می کند و منجر به افزایش خرده های حفاری می شود. علاوه بر این، اگر دندانه پس از قرار گرفتن روی سنگ کشیده شود، اثربخشی عمل برش افزایش خواهد یافت. با این حال، مکانیسم شکست برشی مستلزم آن است که سازند دارای مقاومت فشاری پایینی (سازند نرم) باشد که امکان وارد کردن دندانه را فراهم کند.

برای نشان دادن نوع شکست برشی که برای سوراخ کردن سازندهای نرم استفاده می شود، تصور کنید که یک تیغه چاقو در یک قطعه خاک رس محکم قرار داده شده است. همانطور که تیغه وارد می شود، قطعات رسی کوچکی در نزدیکی سطح برش ایجاد می کند. اگر تیغه چاقو پس از نفوذ به خاک رس پیچ خورده باشد، می توان قطعات بیشتری ایجاد کرد.

با افزایش مقاومت فشاری یا سایندگی سازند، عمل برشی-پیچش کاهش می یابد. سنگ های با مقاومت فشاری بالا معمولاً از وارد کردن دندانه ای که شروع کننده عمل برش است جلوگیری می کند. علاوه بر این، سنگ‌هایی که سایندگی بالایی دارند، دندانه با سرعت کمی در سطح سازند پیچ ​​خورده یا کشیده می شود. این نوع سنگ ها به طور کلی نیاز به استفاده از مکانیزم شکست فشاری دارند.

شکست فشاری یک قطعه سنگ مستلزم آن است که باری روی سنگ قرار گیرد که از مقاومت فشاری آن نوع سنگ معین بیشتر باشد. بار باید به اندازه کافی روی سطح سنگ باقی بماند تا شکست سنگ رخ دهد. اگر مقاومت فشاری سنگ از بار بیشتر شود یا اگر بار قبل از انتقال از دندانه مته به سازند برداشته شود، شکست سنگ توسط بارگذاری فشاری رخ نخواهد داد. این اساس ویژگی های حفاری سنگ سخت به وسیله مته با وزن بالا و سرعت چرخشی کم است.

برای خرید مته آمریکایی و لهستانی و یا اطلاع پیدا کردن از جزییات آن اینجا کلیک کنید

مته مخروطی چرخشی یا کاج غلتان (Roller Cone Bits)

مته های مخروطی چرخشی یکی از رایج ترین نوع مته مورد استفاده در سراسر جهان در میادین نفت و گاز هستند. عمل برش توسط مخروط هایی انجام می شود که دارای دندانه های فولادی یا درج های کاربید تنگستن هستند. این مخروط ها در پایین حفره می چرخند و حفره را عمدتاً با خرد کردن سوراخ می کنند.

اولین مته مخروطی چرخشی موفق در میدان نفتی توسط هیوز در سال 1909 طراحی شد. این یک نوآوری بزرگ بود زیرا اجازه می داد حفاری چرخشی به سازندهای سخت گسترش یابد. طراحی اولیه این مته هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد، اگرچه در طول سال ها پیشرفت های زیادی صورت گرفته است.

 مخروط ها یا دندانه های مته 3 مخروطی بر روی پین های یاتاقان نصب می شوند که از بدنه مته خارج می شوند. یاتاقان ها به هر مخروط اجازه می دهند در حین چرخش مته، حول محور خود بچرخند. استفاده از 3 مخروط امکان توزیع یکنواخت وزن، ساختار برش متعادل تری را نسبت به طراحی دو مخروطی ایجاد می کند.

برای خرید مته به صورت توافقی کلیک کنید

مته دندانه فولادی (Mill tooth bits)

این مته ها دارای دندانه های فولادی هستند. این نوع مته برای زمین هایی با سختی متوسط تا کم مناسب است. اندازه و شکل دندانه ها با توجه به سازندی که قرار است سوراخ شود متفاوت است. در سازند نرم، دندانه ها بلند و باریک هستند، در حالی که در سازند سخت، دندانه ها کوتاه و پهن هستند.

مته های تنگستن یا دندانه کاربید (Insert drilling bits)

نام دیگر این مته، مته دکمه ای است. این مته ها می‌توانند هنگام حفاری در سازندهای سخت، دوام بیشتری داشته باشند. اندازه و شکل دندانه ها نیز به سازندی که قرار است حفاری شود بستگی دارد. دندانه های بلند می توانند در سازند نرم استفاده شوند. برای سازند های سخت، شکل های کوتاه و گرد است. کاربید تنگستن یکی از سخت ترین مواد شناخته شده است. سختی آن باعث می شود که به عنوان یک ماده برش و مقاوم در برابر سایش برای قطعات مخروطی بسیار مفید باشد. مقاومت فشاری کاربید تنگستن بسیار بیشتر از مقاومت کششی آن است.

مته های تیغه ثابت

مته های حفاری الماسی در صنعت نفت و گاز

الماس های تعبیه شده در یک ماتریس از اوایل سلسله های چینی استفاده شده است. با این حال، استفاده مدرن برای اکتشاف مواد معدنی در اوایل دهه 1900 رایج شد. مقاومت سایشی طبیعی الماس، مته را در روش های حفاری امروزی حتی با قیمت های زیاد رقابتی می کند. حفاری با مته الماسی در عملیات چرخشی معمولی، توربین و مغزه گیری در چاه های نفت و گاز استفاده می شود.

مانند هر محصول دیگری، طرح ها و کاربردهای مته الماسی باید درک شود تا نتایج بهینه با نرخ های اقتصادی به دست آید. مته های الماسی ساختار متفاوتی نسبت به مته های مخروطی چرخشی دارند. سیال حفاری باید در سرتاسر سطح مته جریان داشته باشد تا خرده های حفاری  را تمیز کرده و الماس ها را خنک کند.

مکانیسم شکست سنگ با مته الماسی کمی متفاوت از دندانه فولادی یا مته دندانه کاربید است.

مته های الماس طبیعی

سختی و مقاومت الماس در برابر سایش، مته الماس طبیعی را تبدیل به مته ای آشکار برای حفاری کرده است. مته الماس طبیعی نوعی مته درگ است زیرا مخروط متحرک ندارد و به صورت یک واحد عمل می کند. عمل برش یک قطعه الماس با تراشیدن سنگ حاصل می شود. الماس علی رغم مقاومت بالا در برابر سایش، به ضربه و لرزش رشته حفاری حساس است. بنابراین هنگام اجرای این مته باید دقت زیادی به خرج داد. عیب اصلی مته های الماس طبیعی هزینه آنها است. همچنین هیچ تضمینی وجود ندارد که این مته ها ROP بالاتری نسبت به مته مخروطی چرخشی در همان سازند را به دست آورند.

مته PDC یا الماس فشرده

مته PDC یا مته فشرده الماس پلی کریستالی، نوعی مته است که از عناصر برش الماس مصنوعی برای سوراخ کردن سنگ استفاده می کند. مته های PDC رایج‌ترین نوع مته‌هایی هستند که امروزه در حفاری چاه‌های نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عملکرد مته PDC 

مته های PDC با برش تشکیل سنگ در حین چرخش کار می کنند. عناصر برش الماس بسیار سخت و بادوام هستند و به آنها اجازه می دهد حتی سخت ترین سنگ ها را برش دهند. مته های PDC نیز بسیار کارآمد هستند و در سنگ ها بسیار سریع تر از سایر انواع مته حفاری می کنند.

مزایای استفاده از مته های PDC

نرخ حفاری سریعتر

عمر طولانی تر

کاهش لرزش

توانایی حفاری در طیف وسیعی از سازندهای سنگی

افزایش ایمنی

معایب مته های PDC

مته های PDC نسبت به سایر انواع مته گران تر هستند. آنها همچنین بیشتر در معرض آسیب ناشی از ضربه و سایش قرار می گیرند.

کاربردهای مته PDC

مته های PDC در طیف گسترده ای از کاربردهای حفاری چاه نفت و گاز استفاده می شوند، از جمله:

چاه های عمودی

چاه های افقی

چاه های جهت دار

چاه های چند جانبه

چاه های زمین گرمایی

چاه های آب

انتخاب مته های PDC

هنگام انتخاب مته PDC، مهم است که عوامل زیر را در نظر گرفت

نوع سنگی که باید حفاری شود

عمق چاه

قطر دهانه چاه

قابلیت های دکل حفاری

بودجه

برای خرید مته PDC و کسب اطلاعات درمورد آن کلیک کنید

مته حفاری TSP (پلی کریستالی پایدار حرارتی)

با توسعه بیشتر مته PDC در اواخر دهه 1980، مته های الماسی پلی کریستالی پایدار حرارتی (TSP) معرفی شدند. این مته ها مشابه مته های PDC ساخته می شوند اما نسبت به آنها دماهای بسیار بالاتری را تحمل می کنند.