الحفر عبر التكوينات الصخرية للحصول على "اللب الحقيقي": تحليل شامل لرؤوس الحفر

في استكشاف المعادن، أو المسوحات الجيولوجية، أو المسوحات الهندسية، من الضروري الحصول على عينات لُبِّية كاملة وغير مُشوَّشة. الأداة الأساسية لتحقيق هذا الهدف هي مثقاب اللُبِّية. اختيار مثقاب اللُبِّية المناسب يُحدِّد مباشرةً جودة وكفاءة وتكلفة مشروع أخذ العينات اللُبِّية. ستتناول هذه المقالة بتعمُّق أنواع مثقاب اللُبِّية المُستخدمة عادةً في الحفر اللُبِّي، وحالات تطبيقها.

مبدأ عمل مثقاب الحفر الأساسي: يختلف مثقاب الحفر الأساسي عن مثقاب الحفر الكامل وتكسير الصخور. فهو يكسر الحلقة الخارجية للصخور في قاع الحفرة من خلال هيكل القطع الحلقي، مع حماية كتلة الصخور الأسطوانية في المركز من التلف، مما يسمح لها بالدخول بسلاسة إلى أنبوب الحفر الأساسي. لذلك، يهدف تصميم مثقاب الحفر الأساسي إلى تحقيق التوازن بين كفاءة الحفر الحلقي وحماية اللب.

رؤوس الحفر الأساسية السائدة

مثقاب الماس:حافة القطع مصنوعة من جزيئات الماس الطبيعية أو الاصطناعية. وهي مقسمة إلى رؤوس حفر ماسية مثبتة على السطح (حيث تكون جزيئات الماس مكشوفة ومُدمجة على سطح المصفوفة) ورؤوس حفر ماسية مُشبّعة (حيث تكون جزيئات الماس موزعة بالتساوي في مسحوق سبيكة المصفوفة). مزايا النواة: صلابة عالية للغاية ومقاومة ممتازة للتآكل. تُعدّ القوة الرئيسية المطلقة لحفر التكوينات الصخرية الصلبة والكثيفة والكاشطة. تتميز بكفاءة حفر عالية، ومعدل استرداد عالٍ لللب، وجودة عالية، وجدار بئر أملس. مناسبة لحفر الآبار العميقة، واستكشاف الصخور الصلبة، والمشاريع التي تتطلب جودة عالية للغاية للب الحفر.

مثقاب كربيد:الحافة القاطعة عبارة عن قطعة عمودية مستطيلة أو مثمنة الشكل مصنوعة من الكربيد (عادة سبيكة التنغستن والكوبالت)، والتي يتم تطعيمها أو تلبيدها على جسم الفولاذ الخاص بمثقاب الحفر بزاوية معينة.

يتميز هذا المنتج بمتانة عالية، ومقاومة عالية للصدمات، وسعر اقتصادي نسبيًا. كما يتميز بأداء ممتاز في التكوينات الصخرية متوسطة الصلابة إلى متوسطة الصلابة، الكاملة أو شبه الكاملة، متوسطة أو منخفضة الكشط (مثل الحجر الجيري، والرخام، والحجر الطيني، والحجر الرملي متوسط الصلابة). يتميز بهيكل قوي وقادر على التكيف مع درجة معينة من تعقيد الحفر. ويُستخدم بشكل عام في الحفر الضحلة إلى متوسطة العمق، وفي استكشاف الصخور متوسطة الصلابة، وفي المشاريع ذات التكلفة المنخفضة، وفي مناطق التكوينات المستقرة نسبيًا.

مثقاب PDC:أسنان القطع مصنوعة من صفائح مركّبة من الماس متعدد البلورات، تتكون من طبقة رقيقة من الماس متعدد البلورات الاصطناعي ومصفوفة كربيد مُلَحَّن تحت درجة حرارة وضغط عاليين. عادةً ما تُرتَّب في مساحة كبيرة على تاج لقمة الحفر. في التكوينات الصخرية، المتجانسة، غير الكاشطة أو قليلة الكشط (مثل الحجر الطيني، والحجر الزيتي، والصخور الملحية، والجبس، والحجر الجيري الناعم، وطبقات الفحم)، تكون كفاءة الحفر عالية للغاية ومقاومة التآكل أفضل من الكربيد المُلَحَّن. سرعة الحفر سريعة وعمر الخدمة طويل. يُستخدم هذا المنتج بشكل عام في استكشاف النفط والغاز، واستكشاف غاز الميثان في طبقات الفحم، وأخذ عينات من لب التكوينات اللينة إلى متوسطة النعومة، والمشاريع التي تتطلب سرعة حفر عالية.

العوامل الرئيسية في اختيار مثقاب الحفر الأساسي

خصائص الصخور:صلابة الصخور، وقدرتها على الكشط، وسلامتها، وقابليتها للحفر عوامل حاسمة. الماس يُصنّف من الصخور الكاشطة الصلبة، والسبيكة تُصنّف من الصخور متوسطة الصلابة، والبولي دي سي يُصنّف من الصخور اللينة.

غرض الحفر ومتطلباته:ما مدى متطلبات معدل استخراج اللب وجودته؟ عادةً ما يكون الماس الخيار الأمثل للحفر العميق والحفر العلمي.

عمق الحفر والقطر:تتطلب الثقوب العميقة عمرًا أطول لقمة الحفر واستقرارًا أكبر (يتمتع الماس بمزايا واضحة)؛ كما يؤثر حجم الثقب أيضًا على تصميم قمة الحفر.

سعة منصة الحفر:هل يمكن لعزم الدوران ونطاق السرعة وضغط التغذية لجهاز الحفر أن يتطابق مع معايير العمل المثالية لقمة الحفر المحددة؟

ميزانية المشروع:تتمتع رؤوس الحفر الماسية بأعلى تكلفة أولية، ولكن تكلفة وحدة القدم الخاصة بها قد تكون أقل عند حفر الصخور الصلبة؛ تتمتع رؤوس الحفر المصنوعة من السبائك بتكلفة أولية منخفضة، ولكنها تتآكل بسرعة كبيرة في الصخور الصلبة.