Mũi khoan PDC: Đặc điểm và cách sử dụng đúng cách
PDC là viết tắt của polycrystalline diamond compact (kim cương đa tinh thể nén), dùng để chỉ các mũi khoan có lưỡi cắt PDC. Còn được gọi là mũi khoan cắt PDC hoặc mũi khoan cắt nhỏ gọn, những dụng cụ này được giới thiệu sau khi GE phát triển phần tử cắt PDC đầu tiên vào năm 1973. Nhờ tốc độ xuyên thấu cao, tuổi thọ dài và hiệu suất khoan tốt, mũi khoan PDC nhanh chóng trở nên phổ biến trong ngành khoan dầu khí và hiện nay hầu như tất cả các nhà sản xuất mũi khoan đều sản xuất loại mũi khoan này.
Đặc điểm cấu tạo: Mũi khoan PDC bao gồm thân mũi khoan, dao cắt PDC, vòi phun và các bộ phận liên quan. Theo cấu tạo và phương pháp sản xuất, mũi khoan PDC thường được chia thành hai loại chính: thân thép và thân ma trận.
Mũi khoan PDC thân thép được gia công từ thép cacbon trung bình nguyên khối. Các rãnh được khoan hoặc gia công vào bề mặt làm việc và các lưỡi cắt PDC được ép chặt vào các rãnh này. Bề mặt đỉnh mũi khoan thường được tôi cứng (ví dụ bằng lớp phủ phun cacbua vonfram hoặc cacbon hóa) để cải thiện khả năng chống mài mòn. Ưu điểm: quy trình sản xuất đơn giản hơn và chi phí thấp hơn. Nhược điểm: thân thép có khả năng chống mài mòn kém hơn và việc giữ lưỡi cắt có thể khó khăn hơn; loại mũi khoan này hiện nay ít phổ biến hơn.
Mũi khoan PDC thân ma trận thường có phần trên bằng thép và phần dưới được tạo thành từ ma trận vonfram cacbua chống mài mòn được sản xuất bằng phương pháp thiêu kết luyện kim bột. Lưỡi cắt PDC được hàn vào các hốc đã được tạo sẵn trong ma trận bằng phương pháp hàn ở nhiệt độ thấp. Ma trận cứng, chống ăn mòn này giúp kéo dài tuổi thọ và đạt được năng suất cao hơn, khiến mũi khoan ma trận trở thành lựa chọn được sử dụng rộng rãi hơn trong khoan hiện đại.
Nguyên lý hoạt động: Mũi khoan PDC phá vỡ đá bằng cách cắt xé chứ không phải bằng cách nghiền nát. Các lưỡi cắt PDC tự mài sắc và, dưới tác dụng của trọng lượng lên mũi khoan, chúng dễ dàng xuyên vào địa tầng. Sự quay và mô-men xoắn làm cho các lưỡi cắt tiến lên và cắt xé đá. Vì nhiều lưỡi cắt hoạt động đồng thời và tạo ra nhiều mặt tự do ở đáy lỗ khoan, đá dễ bị phá vỡ hơn nhờ tác động cắt xé. Cơ chế này mang lại hiệu quả phá đá cao và tốc độ xuyên thấu nhanh.
Hướng dẫn sử dụng và vận hành đúng cách
Ứng dụng tốt nhất: các tầng địa chất dài, đồng nhất từ mềm đến cứng vừa, nơi có thể thực hiện hoạt động cắt ổn định. Mũi khoan PDC thường không phù hợp với các tầng địa chất nhiều sỏi hoặc các khu vực có sự xen kẽ thường xuyên giữa mềm và cứng.
Phong cách vận hành được khuyến nghị: lực tác dụng lên mũi khoan thấp, tốc độ quay cao (RPM) và lưu lượng tuần hoàn cao sẽ cho kết quả tốt nhất.
Quy trình vận hành: đảm bảo giếng khoan/mặt mũi khoan sạch sẽ trước khi hạ mũi khoan xuống để tránh nhiễm bẩn kim loại hoặc mảnh vụn. Khi mũi khoan được hạ xuống lần đầu, hãy sử dụng trọng lượng và tốc độ quay thấp hơn để "mài" mũi khoan và cho phép hình thành đáy ổn định; khi điều kiện đáy đã được thiết lập, hãy trở lại các thông số khoan bình thường.
Đặc điểm mũi khoan: Mũi khoan PDC được cấu tạo liền khối, không có bộ phận chuyển động, do đó rất phù hợp cho việc khoan tuabin tốc độ cao và các ứng dụng tốc độ quay cao khác.
Tuân thủ các hướng dẫn này giúp tối đa hóa tuổi thọ của đầu đọc PDC, duy trì tỷ lệ xuyên thấu cao và giảm thời gian không hiệu quả.
