Различия между долотами PDC и Tricone заключаются в их конструктивном исполнении и механизме разрушения породы.

Буровое долото PDC можно рассматривать как цельную "железную глыбу", в которой нет ни одной движущейся части. Его рабочий режим заключается в том, что режущие зубья PDC, приваренные к корпусу долота, эффективно "соскабливают" породу путем "срезания" или "вспахивания".

Напротив, трехшарошечное долото - это совсем другое дело. Это динамический инструмент, состоящий из трех независимо вращающихся конусов. Его механизм разрушения породы опирается на зубья или вставки, встроенные в конусы, которые подвергают породу высокому напряжению "удара, дробления и измельчения".

Именно это принципиальное различие в конструкции напрямую обуславливает их значительные различия в областях применения, производительности, эксплуатационных параметрах и способах отказа. PDC стремится к максимальной скорости при бурении однородных пластов, в то время как трикон обеспечивает лучшую универсальность и стабильность в твердых, сложных и трещиноватых пластах.

Применение и компромиссы в производительности

Характеристики	Бит PDC	Трехгранное долото
Лучше всего подходит для	Однородные пласты от мягких до среднетвердых, такие как сланцы, известняки, песчаники и соляные пласты.	Твердые пласты, высокоабразивные пласты, трещиноватые пласты и сложные пласты с чередованием твердых и мягких текстур, такие как гранит, керрит и доломит.
Скорость проникновения	В подходящих пластах скорость отработки чрезвычайно высока, часто в несколько раз выше, чем у трехшарошечного долота.	Медленнее, чем PDC, в мягких и средне-твердых пластах, но может поддерживать стабильную и надежную производительность на твердых и сложных пластах.
Прочность/долговечность	Благодаря отсутствию движущихся частей он имеет долгий срок службы в стабильных пластах. Износ приходится в основном на режущие зубья.	Срок службы ограничен сроком службы подшипников и уплотнений, особенно на высоких скоростях.
Стабильность	При столкновении с твердыми прослойками или гравийными зонами устойчивость подвержена вибрации и ударным повреждениям, что может привести к срыву или поломке режущих зубьев.	Катящаяся скалка обеспечивает лучшую устойчивость и ударопрочность, что делает ее более адаптированной к меняющимся типам пород.
Стоимость	Первоначальная стоимость приобретения выше. Однако в соответствующих случаях применения, благодаря большой длине и высокой скорости вращения одного долота, его стоимость за единицу продукции может быть ниже.	Первоначальная стоимость относительно невысока. Он может быть более экономически эффективным, когда долговечность бурового долота является основным критерием при коротких проходках или в пластах с высокой изменчивостью.

Разница в конструктивном исполнении

Сверло PDC: монолитный и надежный инструмент

Суть конструкции долот PDC заключается в их простоте и прочности. Она состоит из прочного корпуса долота (стального или матричного) и режущих зубьев PDC, припаянных в карманах на поверхности долота.

Отсутствие движущихся частей - ключевое преимущество. Меньше движущихся частей под землей - меньше риск. Это значительно повышает его долговечность и надежность, а также существенно снижает вероятность аварий, вызванных износом деталей.

• Стальной корпус долота PDC: Изготавливается из заготовок высокопрочной стали. Этот тип сверл отличается экономичностью и прочностью конструкции, имеет широкий спектр применения, особенно в условиях работы, где необходимо уделять первостепенное внимание ударопрочности.
• Бит PDC с матричным корпусом: Этот тип долот изготавливается по технологии порошковой металлургии, когда карбид вольфрама и другие твердые материалы спекаются вместе со связующими веществами. В результате образуется высокоэрозионностойкая и износостойкая матрица, что делает матричное долото идеальным выбором для бурения абразивных пластов и обеспечивает более длительный срок службы.

Сам режущий элемент, а именно резец PDC, представляет собой композитный материал, изготовленный путем спекания слоя поликристаллического алмаза на подложке из карбида вольфрама. Такое сочетание позволяет использовать преимущества чрезвычайно высокой твердости и износостойкости алмаза, а также вязкости и ударной прочности цементированного карбида.

Триконусное долото: сложный комплекс динамических деталей

Трехшарошечное долото представляет собой сложный механический узел. Его основными компонентами являются три конуса, которые установлены на подшипниках и вращаются независимо друг от друга при вращении бурильной колонны. В зависимости от твердости пласта конусы могут быть покрыты фрезерованными стальными зубьями (для более мягких пластов) или вставками из карбида вольфрама (TCI) (для пород средней и высокой твердости).

Функциональность трехшарошечного долота полностью зависит от его сложных внутренних компонентов, включая систему подшипников (ролики, шарики и подшипники скольжения) и герметичную систему смазки, заполненную консистентной смазкой, которая защищает подшипники от неблагоприятных условий скважины. Такая сложность делает его многофункциональным инструментом, но при этом увеличивает количество потенциальных точек отказа. Износ подшипников и уплотнений является основным фактором, ограничивающим срок службы.

Разница в механизме разрушения скал

Сверло PDC: эффективность срезания

Долота PDC разрушают породу путем непрерывного сдвига или вспашки. Под действием веса долота (WOB) и крутящего момента острые режущие зубья PDC врезаются в пласт и продвигаются вперед, вызывая разрушение породы под действием напряжения сдвига. При этом образуется большое количество шлама и очень высокая эффективность, поэтому в подходящем однородном пласте может быть достигнута очень высокая скорость проходки (ROP).

Триконусное долото: комбинированная сила дробления, удара и измельчения

В трехшарошечном долоте используется многофункциональный механизм разрушения породы. При вращении долота конусы катятся по дну скважины. Зубья или вставки создают очень высокую точечную контактную нагрузку, ударяя и дробя породу под ними. При дальнейшем вращении конусов между зубьями и породой происходит определенное скрежетание и шлифование, что помогает удалить горные выступы, оставшиеся между первоначальными ударными кратерами. Эта комбинация "дробление + измельчение" делает триконус очень эффективным при бурении твердых, абразивных и неоднородных пород, в которых чистое скалывание неэффективно.

Контрастные эксплуатационные параметры и режимы отказов

Техника работы с этими двумя типами сверл совершенно разная.

Рабочие параметры

• Долота PDC обычно работают лучше всего при меньшей массе на долото (WOB), более высокой скорости вращения (RPM) и более высокой скорости потока для обеспечения эффективного охлаждения и очистки режущих зубьев.
• Напротив, трехшарошечные долота рассчитаны на более высокую рабочую нагрузку для достижения максимального эффекта дробления и обычно работают на более низких оборотах, чтобы сохранить срок службы подшипников.

Режимы отказов

• Отказ долот PDC в основном связан с режущими зубьями и корпусом долота, включая абразивный износ, термическую деградацию (перегрев), ударные повреждения (сколы или изломы) и эрозию матрицы.
• Способы отказа трехшарошечных долот более разнообразны и обычно включают в себя износ или поломку зубьев/вставок, выход из строя подшипников, нарушение уплотнения (что может привести к "потере конуса") и эрозию корпуса долота. Самое неприятное в трехшарошечном долоте то, что любая проблема с его подвижными частями может поставить под угрозу все буровое долото и привести к дорогостоящим промысловым операциям.

Автор：Лео

Как инженер-буровик с более чем десятилетним практическим опытом работы в полевых условиях, я провел бесчисленное количество часов, принимая критическое решение о том, что лучше - PDC или трехшарошечное долото. Моя страсть заключается в том, чтобы разъяснять сложности технологии бурения и делиться практическими соображениями, которые могут помочь коллегам-профессионалам оптимизировать производительность и сократить расходы. В статьях, подобных этой, я надеюсь перевести сложные инженерные принципы в понятные и действенные знания, которые позволят бурильщикам и инженерам сделать наилучший выбор для решения своих уникальных скважинных задач.