آشنایی با مته‌های حفاری – Drilling Bits

انواع مته های حفاری

این فایل آموزشی شامل موارد ذیل می‌باشد:
۱- مته‌های حفاری چرخشی
۲- مته‌های مخروطی چرخشی
۳- مته‌های با تیغه ثابت
۴- مته‌های کاربرد ویژه
۵- فرآیند ساخت مته‌ها
۶- فرآیند مونتاژ نهایی مته‌ها
۷- فرآیند ساخت مته‌های PDC
۸- شرکت‌های سازنده مته‌های چرخشی

انواع مته های حفاری با توضیح و شکل و کاربرد انها 

مته ها بر اساس ۳ اصل زیر طراحی میشوند:

—        مته‌هایی که باعث تراشیدگی و ریزشدن سنگها می‌شوند.

—        مته‌هایی که با عمل مماسی و عمل برشی موجب نفوذ در سنگ می‌شوند.

—        مته‌هایی که با ایجاد بریدگی و خراش‌اندازی موجب نفوذ در سنگ می‌شوند.

از نظر کاربرد نیز مته ها به ۲ دسته تقسیم میشوند:

—        مته های حفاری

—        مته های مغزه گیر

بر اساس استاندار سایز مته ها به شرح زیر میباشد:

—  ۵ ۷/۸

—  ۶ ۱/۸

—  ۸ ¾

—  ۸ ½

—  ۱۲ ¼

—  ۱۷ ½

—  ۲۶

 

انواع مته حفاری:

—        مته سایشی یا تیغه ای

                                                                        ۱ :steel tooth

—        مته کاجی یا مخروطی چرخشی roller cone bit

                                                                        ۲:tungsten carbide insert

                                ۱:Polycrystalline diamond compact (PDC)

—        مته های الماسه

                               ۲:Thermally Stable (TSP)

—        مته های تک غلطکی یا یک مخروطی

مته حفاری دارای ساختمان پیچیده ای است و برای تولید آن ، به حدود ۳۰۰ نوع ماده اصلی و فرعی و صد ها نوع تجهیزات مختلف، نیاز است. از اینرو طراحی و فناوری تولید مته های حفاری امری بسیار پیچیده و تولید آن بسیار مهم و استراتژیک می باشد.

درکشور ما که یکی از بزرگترین تولید کنندگان نفت و گاز در جهان می باشد، چندی است که کوشش می گردد تا دانش فنی تولید مته های حفاری را کسب نموده و آن را در داخل کشور تولید نمایند. مطالعات اولیه این امر از سال ۱۳۷۶ آغاز شد و از سال ۱۳۸۱، با هدف تولید مشترک مته حفاری با طرف روسی، موضوع جدی تر شده و منجر به عقد چند تفاهم نامه و قرارداد همکاری فی مابین وزارت نفت جمهوری اسلامی، شرکت تامکار ( بعنوان طرف ایرانی) و شرکت ولگابورماش (بعنوان طرف روسی ) شده است. در حال حاضر شرکت مشترکی به نام شرکت تولید تجهیزات “تامکار سازان“ مابین دو شرکت فوق ایجاد شده و بر اساس تفاهم نامه های فیمابین، پس از تائید وزارت نفت وارد مرحله اجرایی خواهد شد و در طی ۱۸ ماه، فنآوری لازم جهت ساخت کامل مته در ایران، از سوی شرکت ولگابورماش، به داخل منتقل خواهد شد. همچنین بمنظور استقرار تجهیزات مربوطه، کارخانه ای به زیر بنای ۳۲۰۰ متر مربع در یکی از قطبهای صنعتی اصفهان آماده شده است. هم اکنون آزمونهای مختلفی بر روی مته های حفاری ارائه شده توسط شرکت مشترک انجام شده و نتایج رضایت بخشی نیز بدست آمده است.
شرکت مشترک مذکور امیدوار است که با پشتیبانی فنی شرکت ولگابورماش روسیه، سهم قابل قبولی از بازار منطقه را نیز به خود اختصاص دهد.

کمپانی ولگابورماش ( که نام قدیم آن کومی بیشف بورماش می باشد ) بیش از ۵۰ سال است که در تولید تجهیزات صنایع نفتی از جمله مته های حفاری برای انواع حفاریها ‏چه در زمینهای نرم و چه در زمینهای سخت فعالیت دارد.در سال ۱۹۴۸ فعالیت در زمینه تولید مته های حفاری در کارخانه های این کمپانی شروع شد. ابتدا تجهیزات اولیه ساخت مته های حفاری طراحی شد و پس از تکمیل تجهیزات ساخته شده،‏ اولین مته های حفاری تولید شدند.

مته هایی که توسط این کمپانی تولید شده و می شوند مته های با دور تند ، با دور کند و یا روتوری می باشند که مته های دور تند خود به دو دسته تقسیم می شوند :
۱- مته های دور تند با ۱۶۰ تا ۲۵۰ دور در دقیقه
۲- مته های دور تند توربینی
و مته های روتورسی یا دور کند نیز دارای سرعت دورانی تا ۸۰ دور در دقیقه می باشند.
تا اواخر دهه ۷۰ عمده تولیدات این کمپانی، ‏ مته هائی با دور تند بود که تا عمق ۲۰۰۰ متر را حفاری می کنند و در آن زمان مشابهی در جهان نداشتند. از اوایل دهه ۸۰ به دلیل افزایش سرسام آور ظرفیت حفاری در جهان (بیش از ۵۰ میلیون متر در سال) این کمپانی نیز به موازات افزایش تولیدات کمپانیهای امریکایی تولیدات خود را چه در مورد مته های دور تند و چه مته های دور کند افزایش داد و در سال ۱۹۹۱ ، ۳۶۰ هزار مته تولید نمود که ۲۵۰ هزار از نوع دور تند و ۱۱۰ هزار از نوع دور کند است که ۸۵ % از ظرفیت حفاری در روسیه (از ساخالین تا کارپات و از شبه جزیره کولسکی تا آسیای میانه) را تامین نمود. (با ۴۰۰ تا ۶۰۰ دور در دقیقه)

ولگا بورماش یک کمپانی خصوصی می باشد و دولت هیچگونه سهمی در این کمپانی ندارد. کل پرسنل این کمپانی حدود ۶۰۰۰ نفر می باشد ، سیستم مدیریت و اداره کمپانی توسط مدیر عامل و اعضای هیئت مدیره به گونه ایست که باعث تغییر ات ساختاری در کنترل تولید شده و طراحی های جدید به سرعت رشد پیدا کرده اند. از سال ۱۹۹۴ تا سال ۲۰۰۰ ، ۱۶۲ طرح جدید برای بالا بردن ظرفیت تولید و کیفیت مته در این کمپانی به کار گرفته شده است که این امر باعث شده که کمپانی، رتبه اول در روسیه را به خود اختصاص دهد و در صدر قرارگیرد. در حال حاضر، شرکت با ارسال مته به بیش از ۳۲ کشور جهان، از نظر میزان فروش و رقابت با دیگر کمپانیهای معروف ، در سطح کمپانیهای مطرح مته سازی جهان قرار دارد.

در حال حاضر این کمپانی حدود ۳۴۰ نوع و اندازه مته از قطر چه در زمینه های نرم و یا سخت تولید می کند .
(۷۶میلیمتر تا ۶۶۰٫۴ میلیمتر برای هر نوع حفاری)

بکارگیری گداز های پلاسمایی ، آلیاژهای ریخته گری سخت در قسمت سطح پایه لغزشی مته ها (جنس نقره و غیره) استفاده از گریسهای مایع برای آیامانهای مته و همچنین استفاده از دستگاههای مرکب شیمیایی حرارتی برای عملیات حرارتی اجزاء بکار رفته در ساختمان مته ها، از جمله روشهایی هستند که در تکنولوژی ساخت و تولید مته های این کمپانی، توسط متخصصین کمپانی طراحی شده و بکار گرفته می شوند. استفاده از استاندارد ها و بکارگیری تکنولوژیهای جدید، باعث افزایش کیفیت مته تولیدی و همچنین استحکام پایه آن شده است.
در حال حاضر این کمپانی حدود ۳۴۰ تیپ و اندازه مته از قطر ۷۶ میلی متر تا ۶۶۰٫۴ میلیمتر برای هر نوع حفاری چه در زمینهای نرم و چه در زمینه های سخت، تولید می کند. کلیه محصولات این کمپانی مورد تایید سازمانهای بین المللی استانداردISO و API می باشند.
در سال ۱۹۹۷ توسط سازمانهای استاندارد فوق ، به محصولات تولیدی شرکت گواهینامه کیفیت، اعطا گردید.
در سالهای اخیر، با توجه به افزایش نیاز جهانی به استفاده از مته های الماسی، به خصوص در حفاری چاههای افقی، این کمپانی مجموعه کاملی از تجهیزات پیشرفته جهت راه اندازی خط تولید (مته های الماسی) را برای حفاری های ستونی و حفاریهای پوسته ای، خریداری نموده است که اولین نمونه های این مته ها با قطر ۱۳۹٫۷ و ۲۱۴ میلی متر ، عملکرد مطلوبی در حفاری چاههای افقی در سیبری غربی تا عمق ۳۰۰۰ متر، از خود نشان دادند.

 

 

مته سایشی یا تیغه ای:

این مته‌ها که به مته‌های سایشی (Drag Bits) یا تیغه ای معروفند، مشتمل بر قطعات برنده ثابتی هستند که با بدنه مته و به صورت یکپارچه بوده و مستقیماً با چرخیدن رشته حفاری به گردش در می‌آیند.

این نوع مته ها از دو یا سه یا چهار تشکیل شده اند که با فاصله ۱۸۰ درجه ، ۱۲۰ درجه و ۹۰ درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ، نوع دو تیغه ای آن را نوع دم ماهی نیز می نامند . متداولترین مته های تیغه ای سه تیغه دارند .مته های تیغه ای که گاهی بدانها مته های جناحی نیز می گویند مخصوص طبقات نرم می باشند و ابتدایی ترین مته ماشینهای چرخشی محسوب می شوند . تیغه هاهیچ گونه چرخش مستقلی ندارند.

مته مخروطی چرخشی(roller cone bit)

معمولترین نوع مته‌ها که در طیف گسترده‌ای از حفاریهای دورانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. بر روی مته های مخروطی  دو تا چهار ردیف دندانه به شکل v تعبیه گردیده است بدین جهت در بعضی موارد این نوع مته ها مته های چرخشی دندانه دار نیز می نامند . در سنگهای نرم طول داندنها و فاصله آنها از یکدیگر زیاد میباشند . برای حفاری سنگهای سخت تر اندازه دندانه ها کوتاه و فاصله آنها از یکدیگر نیز کم می گردد.تعداد مخروطه های مته می تواند یک ، دو ، سه ، چهار ، پنج یا حتی به شش عدد برسد اما رایج ترین آنها   مته های سه مخروطی است . این نوع مته که مته سه مخروطه (Tri-cone Bit) نیز نامیده می‌شوند، دارای سه جزئ مخروطی شکل هستند که چند ردیف تیغه (دندانه) برنده بر روی آنها تعبیه شده است. هر مخروط حول محور خود می‌چرخد و با چرخش لوله حفاری هر سه مخروط به گردش می آیند. تیغه‌های هر مخروط هنگام چرخش مانند چرخدنده در فضای خالی میان تیغه‌های دو مخروط دیگر حرکت می‌کنند، بنابراین گل و لای میان دندانه‌های یکدیگر را تمیز کرده و راندمان حفاری را بالا می‌برند.

مته های مخروطی با توجه به شکل و جنس تیغه ها(دندانه ها) به ۲نوع تقسیم میشوند:

—        Steel tooth دندانه فولادی

—        Tungsten carbide insert دندانه از جنس تنگستن

((ارتفاع و شکل دندانه های مته با توجه به نوع سازند قابل حفاری، متغیر خواهد بود. مته‌های با دندانه بلند برای حفاری سازندهای نرم مورد استفاده قرار می‌گیرند و با توجه به افزایش مقاومت استحکامی سازند، دندانه‌های مته کوتاهتر و تعداد آنها بر سطح کاج مته بیشتر می شود))

مته های دندان فولادی(steel tooth)

این مته ها برای سازند های نرم تا نیمه سخت کاربرد دارند.دندانه های روی مخروط ها بوسیله ماشین کاری مخروط ایجاد شده ویا مستقیما به همراه مخروط فورج میشوند.مته های دندانه فولادی دارای تیغه های کوتاه یا بلند هستند که متناسب با سازند حفاری نوع تیغه ها انتخاب می شوند

مته های تنگستنی(tungsten carbide insert)

این نوع مته ها برای سازند های نیمه سخت تا سخت کاربرد دارند.اینزرتهای کاربید تنگستن  داخل حفره ایجاد شده در سطح مخروط فولادی پرس می شوند.این اینزرتها دارای بدنه تو پر استوانه ای شکل هستند.که انتهای ان  گرد شده و یا اندکی تیز می شود.به علت شباهتی که این اینزرتها به دکمه دارند به این مته ها مته های دکمه ای نیز می گویند

قسمتهای اصلی یک مته کاجی یا مخروطی:

—  Cone

—  Shirttail

—  Shank (Pin)

—  Bearings (Sealed or open system)

—  Nozzle Ports

— Tooth

مته های الماسه یا مغزه گیر(corehead)

الماس سخت ترین ماده است که  شناخته شده است واز کربن خالص تشکیل شده است جسمی متبلور و به مراتب سختتر از کانیها و سنگهایی است که باید حفاری گردند و مته هایی که جنس آنان از الماس است برای سنگهای سخت و کانی و سنگهایی با خاصیت خراش اندازی از نظر فنی و اقتصادی مناسبترین مته می باشند .از این نوع مته ها بیشتر برای تهیه مغزه یا نمونه برداری استفاده می شود و در این نوع مته قطر نمونه ها کمتر از ۳ اینچ است .

مته های الماسه بر اساس نوع الماس به ۲دسته تقسیم میشوند:

—        مته های الماسه طبیعی

—        مته های الماسه مصنوعی

مته های الماسه مصنوعی ۲ نوع میباشند:

—        PDC

—        TSP

 

مته های PDC:

یکی از مهمترین پیشرفت های سال های اخیر تولید PDC است.هر PDC که در تیغه مته استفاده می شود از نوع مخصوصی از الماس مصنوعی تشکیل شده است که به پشت بندی از کاربید تنگستن متصل شده است.بدنه این مته ها میتواند  فولادی یا ماتریسی باشد.ساخت بدنه فولادی آسانتراست.در مقابل بدنه ماتریسی مقاومت سایشی بالا تری دارد.

مته های TSP:

TSP  جدید ترین الماس مصنوعی ساخته شده برای مته های الماسه است .  TSP   نسبت به PDC پایداری حرارتی بالا تری دارد و از این نظر تقریبا هم تراز  الماس طبیعی است. از نظر اندازه و شکل نیز این مته ها بیشتر شبیه مته های الماس طبیعی هستند.هیدرو لیک مته و پروفیل مته های TSP نیز شبیه مته های الماس طبیعی می باشد.به دلیل کوچکتر بودن ذرات TSP نسبت به PDC نرخ نفوذ این مته ها کمتر است که از این نظر نیز مشابه مته های الماس طبیعی هستند .

مته های تک غلطکی یک مخروطی:

این  مته در سیتسم حفاری چرخشی برای سنگهای شکاف دار ، سنگهایی با خاصیت خراش اندازی ، سنگهایی با سختی متوسط ، و برای طبقات شیبدار کاربرد دارد چون در این وضعیت امکان انحراف چال یا چاه با این نوع مته به کمیترین مقدار خواهد رسید. شکل مته تقربیا کروی و به روی آن دندانه های نیمه کروی یا v شکل از آلیاژ سخت تشکیل شده تعبیه شده و برای عبور گل حفاری به ته چاه جهت انتقال قطعات بریده شده ، معمولا یک سوراخ روی مته ایجاد می شود