เครื่องมือสำคัญสำหรับงานขุดเจาะใต้ดิน: คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับการจำแนกประเภทและการใช้งานของดอกสว่านแบบลูกกลิ้งและดอกสว่านเพชร

01. หัวตัดทรงกรวย: เครื่องมืออเนกประสงค์สำหรับการปรับตัวให้เข้ากับรูปทรงต่างๆ

นับตั้งแต่มีการคิดค้นขึ้นในปี 1909 ดอกสว่านแบบลูกกลิ้งทรงกรวยได้กลายเป็นดอกสว่านประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการเจาะแบบหมุน การออกแบบโครงสร้างแบบหลายกรวยที่เป็นเอกลักษณ์ช่วยให้สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพชั้นหินต่างๆ ได้ ตั้งแต่ชั้นหินอ่อนไปจนถึงชั้นหินแข็งมาก

องค์ประกอบโครงสร้างและเทคโนโลยีหลัก

ดอกกัดทรงกรวยประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 5 ส่วน:

• ตัวดอกสว่าน: ขาทรงกรวยสามขาเชื่อมติดกัน โดยมีเกลียวสำหรับเชื่อมต่ออยู่ที่ส่วนบน
• ลูกกลิ้งทรงกรวย: ตัวลูกกลิ้งทำจากโลหะรูปทรงกรวย มีฟันที่ขึ้นรูปหรือใส่ฟันไว้บนพื้นผิว
• ระบบรับน้ำหนัก: ประกอบด้วยตลับลูกปืนสี่ชุด ได้แก่ ตลับลูกปืนขนาดใหญ่ ขนาดกลาง ขนาดเล็ก และตลับลูกปืนกันรุน
• หัวฉีด: โดยทั่วไปจะมี 3-4 หัว มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7-14 มม.
• ระบบกักเก็บและปิดผนึกน้ำมัน: วงแหวนปิดผนึกที่ทำจากยางหรือโลหะ ร่วมกับอุปกรณ์ชดเชยแรงดัน

ในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้ เทคโนโลยีการซีลตลับลูกปืนถือเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับดอกสว่านแบบลูกกลิ้ง ดอกสว่านสมัยใหม่ใช้ระบบชดเชยแรงดันด้วยน้ำมัน ซึ่งรักษาสมดุลไดนามิกส์ระหว่างแรงดันน้ำมันในช่องตลับลูกปืนและแรงดันของของเหลวเจาะใต้ดินผ่านส่วนประกอบต่างๆ เช่น รูส่งผ่านแรงดัน ไดอะแฟรมชดเชยแรงดัน และถ้วยน้ำมัน

ระบบการจำแนกประเภทและการเข้ารหัส IADC

สมาคมผู้รับเหมาขุดเจาะระหว่างประเทศ (IADC) ได้พัฒนาระบบมาตรฐานการจำแนกประเภทหัวเจาะแบบลูกกลิ้งที่เป็นเอกภาพทั่วโลก โดยใช้ระบบรหัสสามหลัก:

ตัวเลขหลักแรก: ประเภทฟันและการจัดเรียงที่เกี่ยวข้อง

1: ฟันที่ผ่านการกัดขึ้นรูป, โครงสร้างอ่อนนุ่ม

2: ฟันกัดขึ้นรูป, โครงสร้างความแข็งปานกลางถึงปานกลางค่อนข้างแข็ง

3: ฟันกลึงขึ้นรูป มีลักษณะแข็งและขัดถูได้ดี

5: ใส่ฟันปลอมแบบอ่อนถึงปานกลาง

6: ใส่ฟันเข้าไปในวัสดุที่มีความแข็งปานกลาง

7: ใส่ฟัน วัสดุแข็งและหยาบ

8: สอดฟันเข้าไป ซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งมากและมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

หลักที่สอง: การแบ่งย่อยระดับความแข็งของชั้นหิน (เกรด 1-4; ตัวเลขที่สูงกว่าแสดงถึงชั้นหินที่แข็งกว่า)

หลักที่สาม: ลักษณะโครงสร้างของบิต

4: ตลับลูกปืนแบบปิดผนึก

6: ตลับลูกปืนเลื่อนแบบปิดผนึก

7: ตลับลูกปืนเลื่อนแบบปิดผนึก + อุปกรณ์ป้องกันเกจวัด

8: หัวเจาะเบี่ยงทิศทางสำหรับการเจาะแบบกำหนดทิศทาง

ระบบการจำแนกประเภท IADC แบบง่ายสำหรับดอกสว่านทรงกรวย

กลไกการแตกหินและลักษณะการเคลื่อนที่

ในระหว่างการทำงาน ดอกกัดแบบลูกกลิ้งจะแสดงการเคลื่อนที่แบบผสมผสานสามประเภท:

• การหมุน: กรวยจะหมุนตามเข็มนาฬิกาไปพร้อมกับดอกสว่านทั้งหมด
• การหมุน: ฟันเฟืองจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาไปรอบแกนกรวย
• การเลื่อน: รวมถึงการเลื่อนในแนวรัศมีและการเลื่อนในแนวสัมผัส

การเคลื่อนที่แบบผสมผสานนี้ก่อให้เกิดผลการทำลายหินสองประการ:

1.ผลกระทบจากการบดอัดด้วยแรงกระแทก: การสัมผัสสลับกันระหว่างฟันเดี่ยวและฟันคู่กับรูด้านล่างก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนตามแนวยาว ส่งผลให้เกิดแรงกระแทก

2.ผลกระทบจากการเฉือนแบบเลื่อน: การเฉือนหินเกิดขึ้นได้จากการออกแบบโครงสร้างแบบยื่น โครงสร้างทรงกรวยคู่ และโครงสร้างแบบเยื้องศูนย์

กลยุทธ์การคัดเลือกและการจับคู่รูปแบบ 

หลักการพื้นฐานในการเลือกดอกสว่านแบบลูกกลิ้งโดยพิจารณาจากคุณสมบัติของหิน:

• สำหรับหินอ่อน: เลือกดอกสว่านที่มีโครงสร้างแบบเยื้องศูนย์ ยื่นออกมา และทรงกรวยคู่ พร้อมฟันเจาะหรือฟันแทรกที่สูง กว้าง และมีระยะห่างกันอย่างห่างๆ
• ชั้นหินแข็งปานกลาง: ลดค่าระยะห่าง การยื่น และกรวยคู่ ใช้ฟันเจาะที่สั้น แคบ และหนาแน่น
• สำหรับพื้นผิวที่แข็งและสึกหรอง่าย: ให้ใช้ลูกกลิ้งทรงกรวยเดี่ยวที่ไม่มีส่วนยื่นหรือส่วนเบี่ยงเบน ติดตั้งด้วยฟันทรงกลมหรือฟันทรงกรวยผสมทรงกลม
• สำหรับชั้นหินที่เสี่ยงต่อการโก่งตัว: ควรเลือกดอกสว่านฟันสั้นที่ไม่มีส่วนยื่นหรือมีส่วนยื่นเล็กน้อย และไม่มีฟันวัดระยะ
• ชั้นหินอ่อนและหินแข็งสลับกัน: เลือกประเภทดอกสว่านตามความแข็งของหิน และปรับพารามิเตอร์แบบไดนามิกในระหว่างการเจาะ

การตอบสนองต่อเงื่อนไขการทำงานพิเศษ

• รูเจาะขนาดเล็ก (<177 มม.): ใช้ดอกสว่านแบบลูกกลิ้งเดี่ยว ซึ่งมีกรวย ฟัน และลูกปืนขนาดใหญ่กว่าเพื่อความแข็งแรงที่สูงกว่า
• การเจาะแบบกำหนดทิศทาง: เลือกดอกสว่านแบบพิเศษที่เบี่ยงเบนทิศทางได้ โดยที่ตัวเลขหลักที่สามของรหัส IADC คือ 8 

02 ดอกสว่านเพชร: เครื่องมือทรงพลังสำหรับเจาะหินแข็ง 

เพชรเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดในธรรมชาติ มีความแข็งระดับโมห์สเกรด 10 ความแข็งแรงในการรับแรงอัดสูงถึง 8800 เมกะปาสคาล และความทนทานต่อการสึกหรอมากกว่าเหล็กถึง 9000 เท่า ด้วยคุณสมบัตินี้ ดอกสว่านเพชรจึงกลายเป็นเครื่องมือที่ดีที่สุดสำหรับการเจาะหินแข็ง

ระบบการจำแนกประเภทและวิวัฒนาการทางเทคโนโลยี

ดอกสว่านเพชรสมัยใหม่ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภทหลักๆ ดังนี้:

1.ดอกสว่านเพชรแบบฝังผิว

• อนุภาคเพชรปรากฏอยู่บนพื้นผิวของเมทริกซ์
• เหมาะสำหรับหินที่มีความแข็งปานกลางถึงแข็งมาก
• การจำแนกขนาดอนุภาคเพชร:
• เพชรเนื้ออ่อน: 2 เม็ดต่อกะรัต (gpc) (ขนาดอนุภาคประมาณ 4 มม.)
• ชั้นหินที่มีความแข็งปานกลาง: 3-4 กรัมต่อชิ้น (ขนาดอนุภาคประมาณ 3.6 มม.)
• หินแข็ง: 10-15 กรัมต่อก้อน (ขนาดอนุภาคประมาณ 2.0 มม.)

2.ดอกสว่านเพชรฝัง

• เพชรถูกฝังอยู่ภายในเนื้อหิน (60-400 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร)
• เหมาะสำหรับหินแข็งและหินที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (เช่น หินเหล็กไฟ หินโดโลไมต์ซิลิกา)
• การลับคมเพชรด้วยตนเองเกิดขึ้นได้จากการสึกหรอของเนื้อวัสดุ

3.ดอกสว่าน PDC (ดอกสว่านเพชรสังเคราะห์แบบอัดแน่น)

• บริษัทเจเนอรัลอิเล็กทริก (GE) ของสหรัฐอเมริกาเป็นผู้ริเริ่มใช้เป็นครั้งแรกในปี 1973
• โครงสร้างกะทัดรัด: ชั้นเพชร + วัสดุรองพื้นคาร์ไบด์ซีเมนต์
• เหมาะสำหรับชั้นหินเนื้อเดียวกันที่มีความอ่อนนุ่มถึงแข็งปานกลาง

การออกแบบโครงสร้างและพารามิเตอร์หลัก

ดอกสว่านเพชรมีดีไซน์แบบชิ้นเดียว ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วย:

• ตัวเรือนเหล็ก: ผลิตจากเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง มีเกลียวสำหรับเชื่อมต่อที่ส่วนบน
• ส่วนประกอบหลัก: ผงทังสเตนคาร์ไบด์ + โลหะประสานที่มีส่วนประกอบหลักเป็นทองแดง มีความแข็งระดับ HRC 30-45
• องค์ประกอบในการเจียระไน: เพชรธรรมชาติ/เพชรสังเคราะห์ หรือเพชรอัดแน่น PDC
• โครงสร้างทางไฮดรอลิก: ทางน้ำและช่องทางการไหล (แบบรัศมี แบบเกลียว ฯลฯ)

พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ

• ความเข้มข้นของเพชร: ปรับตามความสึกกร่อนของชั้นหิน: ใช้ความเข้มข้นสูงขึ้นสำหรับชั้นหินที่สึกกร่อนสูงกว่า
• ความสูงของส่วนที่ยื่นออกมา:
• โครงสร้างที่อ่อนนุ่ม: 1/3 ของขนาดอนุภาค
• โครงสร้างแข็ง: 1/6-1/10 ของขนาดอนุภาค
• รูปทรงริมฝีปาก:
• แบบก้นแบน: สำหรับชั้นหินที่มีลักษณะสม่ำเสมอ
• โค้ง: สำหรับหินแข็ง
• แบบฟันเลื่อย: สำหรับพื้นผิวที่ขรุขระ

กลไกการแตกหินและการตอบสนองของชั้นหิน

วิธีการเจาะหินด้วยดอกสว่านเพชรจะแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของชั้นหิน:

การก่อตัวแบบพลาสติก (เช่น หินโคลน หินยิปซัม): คล้ายกับกระบวนการ "ไถพรวน" โดยเพชรจะแทรกซึมเข้าไปในชั้นหินเพื่อทำให้หินไหลแบบพลาสติก

หินเปราะ (เช่น หินทรายควอตซ์): เกิดหลุมบดปริมาตร โดยมีขนาดการตัดใหญ่กว่าส่วนที่ยื่นออกมาของเพชร 2-4 เท่า ทำให้มีประสิทธิภาพสูง

หินแข็ง (เช่น หินเหล็กไฟ หินซิลิกา): ใช้ดอกสว่านเคลือบสาร และการแตกหินทำได้โดยการตัดและขูดขนาดเล็ก คล้ายกับการขัดถูด้วยล้อเจียร

ข้อดีและข้อจำกัดทางเทคนิคของดอกสว่าน PDC

ดอกสว่าน PDC เป็นผลิตภัณฑ์ที่ปฏิวัติวงการในกลุ่มดอกสว่านเพชร โดยมีข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ดังนี้:

ลักษณะโครงสร้าง

ดอกสว่าน PDC ตัวเรือนเหล็ก: ผลิตจากเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางแบบชิ้นเดียว พร้อมการอบชุบแข็งที่ผิว

ดอกสว่าน PDC แบบ Matrix-Body: ตัวเรือนด้านบนทำจากเหล็ก + ส่วนล่างเป็นเมทริกซ์ทังสเตนคาร์ไบด์ ให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่า

การออกแบบโปรไฟล์

รูปทรงพาราโบลา: เหมาะสำหรับชั้นหินอ่อน ช่วยให้เจาะได้ลึกและมีอัตราการเจาะสูง

หัวกลม: เหมาะสำหรับการเจาะด้วยโต๊ะหมุน ช่วยให้เจาะทะลุชั้นหินแข็งได้ง่าย

หัวเจาะทรงกรวย: เหมาะสำหรับการเจาะความเร็วสูง ให้ประสิทธิภาพการเจาะทะลุที่ดี

ข้อจำกัดในการใช้งาน

ไม่เหมาะสำหรับชั้นกรวดและชั้นหินอ่อนสลับแข็ง

ขีดจำกัดความทนทานต่ออุณหภูมิ (การสึกหรอจะรุนแรงขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 350℃; ความแข็งแรงจะพังทลายเมื่ออุณหภูมิถึง 700℃)

ทนต่อแรงกระแทกได้ไม่ดี คมของดอกสว่านใหม่มีแนวโน้มที่จะบิ่นได้ง่าย

ตารางเปรียบเทียบชั้นหินที่เหมาะสมสำหรับการใช้ดอกสว่านเพชร

03 คู่มือการคัดเลือกทางวิทยาศาสตร์: การจับคู่รูปแบบและข้อกำหนดในการปฏิบัติงาน

กฎทองสำหรับการเลือกดอกกัดกรวยลูกกลิ้ง

การจับคู่ความแข็งของการก่อตัว

สำหรับชั้นหินอ่อน: เลือกดอกสว่านที่มีระยะห่างมาก มีส่วนยื่น และมีโครงสร้างแบบกรวยคู่ พร้อมด้วยฟันรูปทรงลิ่มหรือรูปทรงช้อน

สำหรับหินแข็ง: ใช้โครงสร้างแบบกรวยเดี่ยว ไม่มีการเยื้องศูนย์ ติดตั้งด้วยฟันทรงกลมหรือฟันทรงกรวยผสมทรงกลม

การตอบสนองต่อความหยาบกร้าน

สำหรับการเจาะหินที่มีความแข็งและสึกหรอง่าย ให้ใช้ดอกสว่านแบบมีฟันวัดระยะ

หากฟันแถวนอกสุดมีลักษณะกลมมน ในขณะที่ฟันตรงกลางสึกหรอน้อย ควรออกแบบดอกสว่านตัวต่อไปให้มีการป้องกันการสึกหรอที่ดียิ่งขึ้น

มาตรการรับมือสำหรับสภาพการทำงานพิเศษ

สำหรับชั้นหินที่มีแนวโน้มเบี่ยงเบน: ให้เลือกดอกสว่านฟันสั้นที่ไม่มีหรือมีส่วนเบี่ยงเบนเล็กน้อย ความสามารถในการปรับตัวเข้ากับชั้นหินควรอ่อนกว่าชั้นหินจริงเล็กน้อย

ชั้นหินอ่อนสลับหินแข็ง: เลือกดอกสว่านตามความแข็งของหิน และปรับพารามิเตอร์แบบไดนามิกในระหว่างการเจาะ

การเจาะบ่อลึก: ใช้ดอกสว่านที่มีความยาวรวมสูงเพื่อชดเชยเวลาที่เสียไปในการดึงดอกสว่านขึ้นลง

กลยุทธ์การเลือกดอกสว่านเพชร

เงื่อนไขที่ใช้ได้สำหรับบิต PDC

สถานการณ์ที่เหมาะสมที่สุด: ชั้นหินที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันยาวและมีความแข็งปานกลางถึงอ่อน (เช่น หินดินดาน หินโคลน หินยิปซัม)

สถานการณ์ที่ห้ามทำ: ชั้นกรวด ชั้นหินเหล็กไฟสลับชั้น ชั้นหินอ่อน-แข็งสลับชั้น

การตั้งค่าพารามิเตอร์: แรงกดต่ำ (30-60 kN), รอบหมุนสูง (100-300 รอบต่อนาที), อัตราการไหลสูง

เงื่อนไขการใช้งานสำหรับดอกสว่านเพชรธรรมชาติ/เพชรสังเคราะห์

หินที่มีความแข็งถึงแข็งมาก (เช่น หินแกรนิต หินทรายควอตซ์)

หินที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (เช่น หินเหล็กไฟ หินโดโลไมต์ซิลิกา)

การเจาะด้วยกังหัน, บ่อลึก/ลึกมาก และการเก็บตัวอย่างแกนหิน

ข้อกำหนดพิเศษสำหรับดอกสว่านเจาะแกน

ดอกสว่านเจาะแกนแบบลูกกลิ้ง: แบบลูกกลิ้งสี่ตัว (ทรงกรวย/ทรงกระบอก) หรือแบบลูกกลิ้งหกตัว (ทรงกระบอกเต็ม)

ดอกสว่านเจาะแกนเพชร: ต้องมีคมตัดที่กระจายตัวอย่างสมมาตรและมีความทนทานต่อการสึกหรอสม่ำเสมอ

ตัวชี้วัดสำคัญ: ความสมมาตรของรูด้านในและวงกลมด้านนอก เพื่อป้องกันไม่ให้แกนกลางเสียรูปทรง

การประเมินและการจัดการความผิดปกติในหลุมเจาะ

การระบุสภาพการทำงานของดอกกัดทรงกรวยลูกกลิ้ง

ความเสียหายของแบริ่ง: การสั่นสะเทือนเป็นระยะของแท่นหมุน ซึ่งแย่ลงเมื่อแรงกดบนแท่นสูง อัตราการเจาะลดลง แต่แรงดันปั๊มปกติ

อาการผิดปกติของหัวเจาะ: การติดขัดในการเจาะอย่างรุนแรง ความผันผวนอย่างรุนแรงของตัวบ่งชี้น้ำหนัก การเปลี่ยนแปลงความลึกในการดึงหัวเจาะขึ้น

การสึกหรอของฟัน: ลดภาระของแท่นหมุน ไม่เกิดการกระแทก ลดอัตราการเจาะลงอย่างมาก

ข้อห้ามในการใช้งานดอกสว่านเพชร

ต้องทำความสะอาดก้นหลุมก่อนหย่อนดอกสว่านลงไปในหลุม เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีเศษโลหะหลงเหลืออยู่

เริ่มเจาะโดยใช้แรงกดบนแท่นเจาะน้อยและรอบหมุนต่ำสำหรับการ "ปรับสภาพ" รูเจาะ (การปรับสภาพก้นรูที่ความลึก 0.5 เมตร)

หลีกเลี่ยงการทำการคว้านรู หากจำเป็น ให้ใช้แรงกดต่ำและรอบหมุนต่ำเพื่อให้การทำงานสม่ำเสมอ

ติดต่อ :เจสซี่ โจว
มือถือ/WhatsApp:+0086-18109206861
เว็บไซต์:www.landrilltools.com