Κεφάλαιο 5ο Κοπτικά Άκρα

15
1/15 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 5 ο : ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Σ. Σταματάκη Κεφάλαιο 5ο Κεφάλαιο 5ο Κοπτικά Άκρα Κοπτικά Άκρα

description

Κεφάλαιο 5ο Κοπτικά Άκρα. Τύποι κοπτικών άκρων. Κοπτικά με περιστρεφόμενους κώνους ( Roller Cone Bits -RCB ή rolling cutter bits ή rock bits). Πολυκρυσταλλικά συμπαγή αδαμαντοτρύπανα ( Polycrystalline Diamond Compact bits-PDC bits ). Αδαμαντοκορώνες ( diamond bits). - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Κεφάλαιο 5ο Κοπτικά Άκρα

Page 1: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

1/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Κεφάλαιο 5ο Κεφάλαιο 5ο

Κοπτικά ΆκραΚοπτικά Άκρα

Page 2: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

2/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Τύποι κοπτικών άκρωνΤύποι κοπτικών άκρων

Κοπτικά με περιστρεφόμενους

κώνους(Roller Cone Bits-RCB ή

rolling cutter bits ή rock bits)

Πολυκρυσταλλικά συμπαγή αδαμαντοτρύπανα

(Polycrystalline Diamond Compact bits-PDC bits)

Αδαμαντοκορώνες (diamond bits)

Page 3: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

3/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Κοπτικά με ελάσματα Κοπτικά με ελάσματα (drag bits)(drag bits)

Τα κοπτικά με ελάσματακοπτικά με ελάσματα είναι κατάλληλα για σχηματισμούς:

Μαλακούς Κολλώδεις Μη συνεκτικούς

Page 4: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

4/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Κοπτικά με περιστρεφόμενους κώνουςΚοπτικά με περιστρεφόμενους κώνους (Roller Cone Bits-RCB ή rolling cutter bits ή rock bits)(Roller Cone Bits-RCB ή rolling cutter bits ή rock bits)

(α) με ενσωματωμένους οδόντες

(β) με ένθετους (εμφυτευμένους)

οδόντες

Μαλακά πετρώματα

χαμηλά θλιπτικά φορτία

Οδόντες

λεπτοί, οξύληκτοι, σχετικά μεγάλου μήκους

Διάταξη αραιή

Σκληρά πετρώματα

υψηλά θλιπτικά φορτία

Οδόντεςμικρού μήκους, στρογγυλεμένοι

Διάταξη πυκνότερη

Page 5: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

5/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Τρίκωνα κοπτικά Τρίκωνα κοπτικά ((three-cone bits)three-cone bits)

Εγκοπή μεταξύδιαδοχικών σειρών

οδόντων

Kορυφή οδόντα Bάση οδόντα

Κώνος Νο. 3

Κώνος Νο. 2

Οδόντες εξωτερικής σειράς με ενδιάμεσα

κενάΑύλακα μεταξύ οδόντων

Μετρητής διαμέτρου σχήματος T

Κώνος Νο. 1(με προεξέχουσα αιχμή)

Απάλειψη οδόντα

Προεξέχουσα αιχμή

Μετρητής διαμέτρου σχήματος L

Ακολουθούσα πλευροκόπηση(πλήρως σκληρυμένη επιφάνεια)

♦ άτρακτος (shank)

Τμήματα κοπτικού:

♦ σκέλη (bit legs)

♦ τριβείς (journal pins)

Οδηγούσα πλευροκόπηση(πλήρως σκληρυμένη επιφάνεια)

Page 6: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

6/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Στοιχεία σχεδιασμού τρίκωνων κοπτικώνΣτοιχεία σχεδιασμού τρίκωνων κοπτικών

Ένσφαιρος τριβέαςΜετρητής διαμέτρουΚυλινδρικός τριβέας

Ωστικό κομβίο

Γωνία μεταξύ τριβέα & κοπτικού

Γωνία μεταξύ τριβέα & κοπτικού

Γωνία άξονα τριβέα και άξονα κοπτικού Απόσταση & αλληλεμπλοκή οδόντων

Εκκεντρότητα κώνων Υδραυλική συμπεριφορά

Page 7: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

7/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Ταξινόμηση τρίκωνων κοπτικώνΤαξινόμηση τρίκωνων κοπτικών

Page 8: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

8/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Αδαμαντοκορώνες Αδαμαντοκορώνες (diamond bits)(diamond bits)

Κοπτικά κόκκουΚοπτικά κόκκου

Μαλακά και μέτριας σκληρότητας πετρώματα

(διαμάντια σχετικά μεγάλου μεγέθους, εμφυτευμένα στη μήτρα)(έως 130 λίθοι/καράτι) (1 καράτι = 0,2 gr)

Κοπτικά κόνεωςΚοπτικά κόνεως

Σκληρά, φθοροποιά ή ρωγματωμένα πετρώματα

(διαμάντια μικρού μεγέθους, συσσωματωμένα στο υλικό της μήτρας)(από 200-4.500 λίθοι/καράτι)

Page 9: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

9/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Αδαμαντοκορώνες Αδαμαντοκορώνες (diamond bits) (diamond bits) (με φυσικά διαμάντια)(με φυσικά διαμάντια)

ΣτέλεχοςΕσωτερικό

σώμαΜήτρα

Διαμάντι

Τυπικό διαμέτρημα

Εγκοπή

Σύνδεσμος

Στεφάνη

Εξωτερική αύλακα

Στέλεχος

Τμήματα κοπτικού

Τομή κοπτικού Τοποθέτηση των διαμαντιών σε καλούπι από γραφίτη

Εξωτερική αύλακα

Διαμάντια

Κύρια πορεία ρευστού

Αυλάκωση

Δευτερεύουσα πορεία ρευστού

Μέτωπο κοπτικού

Page 10: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

10/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Πολυκρυσταλλικά αδαμαντοκοπτικάΠολυκρυσταλλικά αδαμαντοκοπτικά

Πολυκρυσταλλικά συμπαγή

αδαμαντοκοπτικά(Polycrystalline

Diamond Compact bits – PDC bits)

Θερμικά σταθερά πολυκρυσταλλικά αδαμαντοκοπτικά

(Thermally Stable polycrystalline diamond compact Bits – TSP bits)

Εξωτερική αύλακα

Εναλλάξιμο ακροφύσιο

Κοπτήρας PDC

Διαμέτρημα

Στέλεχος

Εγκοπή

Page 11: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

11/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Μηχανισμός αποσύνθεσης του πετρώματος Μηχανισμός αποσύνθεσης του πετρώματος

Κατακόρυφη δύναμη (W.O.B)+

Οριζόντια δύναμη(ροπή στρέψης)

Οριζόντια δύναμη (turning force)

Κατ

ακόρ

υφη

δύνα

μη(b

it w

eigh

t)

Δύναμη

διείσδυ

σης

(thrus

t)

Επίπεδο διεί

σδυσης30

º30º

Θρύμμα

Επίπεδο διάτμησης

πρώτης τάξης Γωνία διείσδυσης(bottom cutting angle)

Γωνία κοπτικής ακμής & επιφάνειας προσβολής

(bottom clearance angle)

Σκληρυμένη επιφάνεια

Γωνία απόξεσης(back rake)

Επίπ

εδο

διάτ

μηση

ς πρ

ώτη

ς τάξ

ης

Γωνία μεταξύ κοπτικής ακμής και επιφάνειας προσβολής !!

Ενσφήνωση ελάσματος+

ελικοειδής κίνηση κοπτικού

Δύναμη διείσδυσηςΔύναμη διείσδυσης

Πλευρική θραύση του πετρώματος που ξεκινά από τη

θέση της εγκοπής με κατεύθυνση τη φορά της περιστροφής

1. 1. Λειτουργία κοπτικών με ελάσματαΛειτουργία κοπτικών με ελάσματα

Page 12: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

12/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Μηχανισμός αποσύνθεσης του Μηχανισμός αποσύνθεσης του πετρώματος πετρώματος

Κοπτήρας (bit tooth)Πίεση στον πυθμένα της γεώτρησης(borehole pressure)

(Α) ΠΡΟΣΚΡΟΥΣΗ ΚΟΠΤΗΡΑ (TOOTH IMPACT)

Πέτρωμα

(Β) ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΡΑΤΗΡΑ (WEDGE FORMATION)

(C) ΡΩΓΜΑΤΩΣΗ (FRACTURE)

(D) ΣΥΝΑΚΟΛΟΥΘΕΣ ΡΩΓΜΑΤΩΣΕΙΣ (POST-FRACTURE)

“ΨΑΘΥΡΟ” (ΧΑΜΗΛΗ ΠΙΕΣΗ)

“ΨΕΥΔΟΠΛΑΣΤΙΚΟ” (ΥΨΗΛΗ ΠΙΕΣΗ)

(Ε) Απομάκρυνση (Ejection)

(F) 2ος κρατήρας (Second wedge)

(G) Απομάκρυνση (Ejection)

ΧΡΟ

ΝΟ

Σ

Κρατήρας

Ρωγμάτωση

Θρυμματισμένη ζώνη

(Ε΄)

(F΄)

(G΄)

2. 2. Λειτουργία κοπτικών με περιστρεφόμενους Λειτουργία κοπτικών με περιστρεφόμενους κώνους κώνους (θεωρία των κρατήρων)(θεωρία των κρατήρων)

(Α) Αξονική φόρτιση (Ρ) στον κοπτήρα (bit tooth)

(B) Ρ > θλιπτικής αντοχής πετρώματος περιοχή σύνθλιψης (μορφής κρατήρα - crushed wedge)

(Ε΄) Υψηλές διαφορές πιέσεων: P + τριβή δύσκολη απομάκρυνση θρυμμάτων από τον κρατήρα

(Ε) Χαμηλές διαφορές πιέσεων: εύκολη απομάκρυνση θρυμματισμένου πετρώματος (ejection) από τον κρατήρα

(F,G) Μετατόπιση κοπτήρα, επανάληψη ίδιου μηχανισμού

(F΄,G΄) Μετατόπιση επιπέδων ρωγμάτωσης ∕∕ επίπεδο αρχικής ρωγμάτωσης (πλαστική παραμόρφωση - ψευδοπλαστικοί κρατήρες)

(C) Αύξηση P συμπίεση πετρώματος από κοπτήραέντονες πλευρικές δυνάμεις στο συμπαγές πέτρωμαδιατμητική τάση > διατμητικής αντοχής ρωγμάτωση πετρώματος (fracture)

(D) Συνεχής αύξηση P συνακόλουθες ρωγματώσειςέντονα θρυμματισμένη ζώνη (broken rock)

Page 13: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

13/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Στοιχείο υλικού κομμένο με διαμάντι

ΔΙΑΜΑΝΤΙΑυλάκι που σχηματίζεται από το διαμάντι

Μηχανισμός αποσύνθεσης του πετρώματος Μηχανισμός αποσύνθεσης του πετρώματος

33. . Λειτουργία αδαμαντοκορώνωνΛειτουργία αδαμαντοκορώνων

Έντονο σβάρνισμα (π.χ. όργωμα με άροτρο – ploughing action)

Συνδυασμός διάτμησης και θλίψης Διείσδυση διαμαντιών

Page 14: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

14/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Παράμετροι λειτουργίας κοπτικώνΠαράμετροι λειτουργίας κοπτικών

Μηχανικές παράμετροιΜηχανικές παράμετροι

Μηχανικές παράμετροι: (βάρος επί του κοπτικού, ταχύτητα περιστροφής, τύπος κοπτικού)

Τεχνικές παράμετροι διάτρησης:

Ιδιότητες πετρώματος: (μηχανικές, ορυκτολογικές, φθοροποιές)

Υδραυλικές παράμετροι: (παροχή λάσπης, πίεση λάσπης, τύπος και χαρακτηριστικά ρευστού διάτρησης, όπως πυκνότητα, ιξώδες κ.λπ.)

Μεταβολή ταχύτητας διάτρησης (R) με το βάρος επί του

κοπτικού (W)

Μεταβολή ταχύτητας διάτρησης (R) με την ταχύτητα περιστροφής

(N) (μαλακοί σχηματισμοί)

Page 15: Κεφάλαιο 5ο  Κοπτικά Άκρα

15/15

Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝΚεφάλαιο 5ο: ΚΟΠΤΙΚΑ ΑΚΡΑ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

Παράμετροι λειτουργίας κοπτικώνΠαράμετροι λειτουργίας κοπτικών

Υδραυλικές παράμετροιΥδραυλικές παράμετροι

(πυκνότητα, διαφορική πίεση, Ιδιότητες ρευστού διάτρησης:

Ταχύτητα εκροής ακροφυσίων

Ταχ

ύτητ

α δι

άτρη

σης

(ft/h

r)

Ταχ

ύτητ

α δι

άτρη

σης

(ft/h

r)

Pm – Πίεση στήλης λάσπης (psi) Pm- Pf – Διαφορική πίεση (psi)

ιξώδες) Παροχή αντλιών:

Σχετ

ική

προχ

ώρη

ση (%

)

Ιξώδες (cP, Stormer)

ΠΑΡΟΧΗ ΑΝΤΛΙΑΣ

Διάμετρος κοπτικού (in)