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EXPLORATION

février 1, 2018

La science du forage: Tirez-vous le maximum de vos diamants?

De nombreux facteurs différents affectent la vitesse à laquelle les consommables sont utilisés, mais avez-vous examiné la manière dont le forage pourrait affecter vos trépans? Le meilleur moyen d'économiser de l'argent sur les consommables comme les bits est de vérifier vos méthodes de forage. 

Ces simples astuces pourraient réduire vos coûts d'exploitation et augmenter vos revenus.

Vitesse rotationnelle

La vitesse de rotation a une influence directe sur le taux de pénétration des bits. Si la vitesse est doublée pour une profondeur de coupe donnée, le taux de pénétration double également. Pour cette raison, la vitesse de rotation est généralement fixée à une valeur fixe en fonction de la taille des outils utilisés. Si la plate-forme a un couple suffisant, la vitesse peut être augmentée pour obtenir des taux de pénétration plus élevés. Inversement, si la tête cale en fonctionnement normal, la vitesse doit être réduite pour produire davantage de couple et maintenir une rotation constante. L'exception à cette règle est le forage dans un sol extrêmement cassé et dur. Le sol cassé est libre de se déplacer, alors au lieu de couper, la roche est enlevée par une action de broyage. Dans ces conditions (usure à trois corps), l’usure du diamant est extrêmement rapide et la vitesse de rotation doit être réduite à la moitié du régime et le poids du trépan doit être suffisant pour atteindre 1 à 2 ipm (3 à 5 cpm).

Conseil rapide

Si la tête cale en fonctionnement normal, réduisez la vitesse à produire plus de couple et
maintenir une rotation constante.

En cas de broyage, couper le régime en deux et appliquer un poids suffisant sur le trépan atteindre 1 à 2 ipm 
(De 15 à 17 heures)
).

Poids (force) sur le foret

Le poids sur bit (WOB) est la principale méthode de contrôle de la durée de vie et du taux de pénétration du bit. Si des charges de trépan très lourdes sont nécessaires pour tailler la roche, sélectionnez un foret de série supérieure afin d'éviter une déviation accrue des trous, une usure excessive du carottier et des tiges, ainsi que des défaillances en fond de trou. L'augmentation du nombre de bits réduit normalement le poids des bits requis pour les mêmes taux de pénétration. Si le poids sur le trépan est trop faible, le taux de pénétration et le couple baissent, ce qui réduit la durée de vie et la productivité. Cette condition est appelée polissage et décrit le phénomène des diamants qui s'usent plus rapidement que la matrice jusqu'à ce que le visage soit plat, ne laissant aucun diamant en saillie. Le polissage est causé par le frottement et la chaleur accumulée dans le diamant lors du frottement plutôt que par le taillage de la roche. Si le poids du trépan est trop élevé, caractérisé par une augmentation très faible ou nulle du taux de pénétration pour un poids supplémentaire, il en résulte un affûtage constant et une usure rapide.

Conseil rapide

WOB est trop bas si le foret se polit et que le couple diminue. Il en résulte une faible durée de vie et un faible taux de pénétration.

WOB est trop élevé si le poids ajouté n'augmente pas le taux de pénétration. Il en résulte un affûtage constant et une usure rapide.

L’affûtage du trépan résulte de l’enfouissement du diamant dans la formation et de la création d’un contact entre la matrice et la formation. Le frottement sur la matrice l'enlève et expose de nouveaux diamants. L’affûtage est bénéfique lorsque la pénétration du trépan a chuté en raison de l’usure des diamants, mais si elle est laissée dans un mode d’affûtage, le trépan est consommé très rapidement. Au fur et à mesure que des tiges sont ajoutées, la force nécessaire pour maintenir un poids constant sur le trépan change. Le poids sur le trépan doit donc être surveillé pour assurer des performances de foret homogènes à toutes les profondeurs. Le poids des tiges et la force d'abaissement développée par les cylindres hydrauliques fournissent la force exercée sur le trépan diamant. Malheureusement, les commandes de l’appareil de forage n’affichent pas le poids sur le trépan, mais plutôt la pression du cylindre d’alimentation.

Le poids sur le foret ou la force peut facilement être trouvé par la méthode "off bottom" suivante:

  1. Suspendez les tiges avec le système hydraulique en position de descente.

  2. Avec le moteur de forage en marche à une rotation de forage, notez la lecture sur le manomètre de pression d'alimentation du cylindre. Ceci est approximativement égal à la pression de la pompe hydraulique plus le poids des tiges en termes de pression hydraulique. C'est ce qu'on appelle la pression "en bas".

  3. Faites pivoter les tiges et réduisez-les en ouvrant la soupape de restriction. Lorsque le foret touche le bas, une partie du poids des tiges est supportée par le foret. Cette action est indiquée par une diminution de la lecture de la jauge. La différence dans les lectures de jauge est la pression appliquée au trépan.

  4. La pression appliquée au trépan multipliée par la surface des cylindres hydrauliques donne la force ou le poids sur le trépan.

  5. Le couple du trépan peut être mesuré de la même manière en comparant la pression hydraulique «en bas» de l'unité de rotation à la pression hydraulique pendant le forage.

Couple

Le couple généré par le trépan est fonction de la netteté du trépan et de son poids, et résulte du fait que les diamants coupent la formation. En tant que tel, le couple doit être considéré comme bénéfique et comme une indication de l'efficacité du forage. Le couple minimal est atteint juste après la fin de l'affûtage et lorsque le poids de l'outil est réduit. Le couple de trépan maximal se produit lors de l'affûtage, en raison du contact de la matrice de trépan avec la roche. Une diminution simultanée du couple et du taux de pénétration indique que le foret est en train de polir et doit être affûté. L'augmentation du couple due à l'affûtage ne devrait être un problème que dans les cas de perte de circulation ou lorsque l'aiguillage nécessite une restriction d'eau. Les mors avec de gros diamants peuvent chuter ou caler lorsque vous affûtez. Si le régime chute pendant l'affûtage, utilisez un rapport ou une vitesse plus faible pour augmenter le couple disponible.

Conseil rapide

La diminution du couple et du taux de pénétration indique peu polissage.

Le couple de trépan maximum se produit pendant le trépan affûtage. Ne vous préoccupez que de l'augmentation du couple lors de la restriction de l'eau ou dans la circulation perdue.

Fluctuation du couple, en particulier pendant l'affûtage est causé par un rocher instable fragmentation et / ou insuffisance de roche pénétration. Le poids sur la mèche doit être maintenu pour établir la fracturation secondaire et coupe stable.

Si la tête calesous le fonctionnement normal, puis réduire la vitesse pour produire plus de couple et maintenir une rotation constante.

Les morceaux avec de gros diamants peuvent chuter ou caler lorsque affûtage. Si le nombre de tours par minute baisse pendant l’affûtage, alors un rapport inférieur ou une vitesse devrait être utilisé pour augmenter le couple disponible.

Taux de pénétration

Le taux de coupe varie en fonction du poids sur le trépan, de la netteté, de la formule du trépan et des conditions du sol. Les taux de pénétration typiques varient de 2 ipm à 12 ipm en fonction de la formule et de la formation du bit. Au fur et à mesure que les formations deviennent plus dures, le taux de pénétration devrait être réduit pour obtenir une bonne durée de vie du trépan. Dans un sol extrêmement accidenté et dur, percez à mi-tour et avec un poids de foret suffisant pour atteindre 1 à 2 ipm (3 à 5 cpm).

Conseil rapide

Les taux de pénétration varient de 2 ipm (5 cpm) à 12 ipm (30 cpm) basé sur le bit
formation.

Dans des conditions extrêmement cassées, dures, broyées, exécutées à mi-tour et pesant suffisamment sur le trépan pour
atteindre 1 à 2 ipm
.

Le taux de pénétration pour empêcher le mode de polissage peut être plus élevé dans les gros trépans diamantés.

L'écoulement de l'eau

Le flux de fluide de forage dans le trou de forage sert à de nombreuses fins, notamment le refroidissement essentiel des diamants, l'élimination des déblais de coupe et l'obtention d'une bonne durée de vie du trépan. Les taux de pénétration élevés nécessitent un débit supplémentaire pour empêcher les coupes de se déplacer sur la face du trépan, tout comme les taux de rotation plus élevés. Il n'y a pas de débit d'eau maximal, mais à débit élevé, le trépan peut être soulevé de la paroi rocheuse, ce qui provoque son polissage. Les trépans à coupe libre optimisent la durée de vie et la pénétration en utilisant beaucoup d’eau.

Conseil rapide

Des taux de pénétration et / ou de rotation élevés nécessitent un débit supplémentaire.

Il n'y a pas de débit d'eau maximal. À des pressions élevées, le foret peut être soulevé de la paroi rocheuse, le polissant.

Les trépans à coupe libre optimisent la durée de vie et la pénétration en utilisant beaucoup d’eau.

Les pompes à déplacement positif généralement utilisées sur les appareils de forage pompent l’eau proportionnellement à leur vitesse de rotation; plus ils tournent vite, plus ils pompent. La quantité d'eau pompée sera presque la même sur une très large plage de pression et pour cette raison, la pression de l'eau ne dit rien au foreur sur la quantité d'eau qui coule. Pour qu'un foreur calcule le débit d'eau, il doit mesurer le régime de l'arbre de la pompe à eau à l'aide d'un tachymètre, puis comparer la vitesse de l'arbre mesurée à la vitesse maximale indiquée sur la plaque signalétique. Si la vitesse de l'arbre est la moitié de la vitesse maximale, l'eau pompée correspondra à la moitié du débit indiqué à la vitesse maximale. L’autre méthode consiste à débrancher le tuyau de sortie et à l’alimenter dans un seau de 5 gallons ou de 20 litres, en indiquant le temps nécessaire au remplissage. Le débit est le temps en secondes divisé par 60 multiplié par 5 gallons ou 20 litres.

Plaque signalétique FMC LO918, vitesse maximale: 625 tr / min. Débit de sortie: 20,2 gal / min. Régime mesuré de 240 tr / min. Le débit de sortie est égal à 240 tr / min / 625 tr / min X 20,2 GPM = 7,5 GPM.

Affûtage

Affûtage, aussi connu sous le nom décapage, est l'acte de conditionner le bit pour regagner ou améliorer le taux de pénétration. L'affûtage du trépan se produit lorsqu'un poids suffisant est appliqué pour créer un contact entre la matrice de support et la roche. Le frottement sur la matrice l'enlève et expose de nouveaux diamants. Un affûtage est nécessaire lorsqu'un nouveau bit est démarré, si un bit trop bas a été sélectionné pour le type de roche ou si un bit imprégné a été autorisé à ralentir et à se polir. L'affûtage actif doit être effectué aussi peu que nécessaire car il réduit la durée de vie du trépan.

Conseil rapide

Ajouter du WOB jusqu'à ce que le couple augmente, une fois que le taux de pénétration augmente, réduire le WOB pour maintenir le taux de pénétration souhaité.

Réduisez le régime de 1/2, attendez que le couple et le taux de pénétration augmentent. Retour à la vitesse de fonctionnement normal.

Si 1 et 2 sont insuffisants (trous hauts, plates-formes sous-alimentées ou mors en série trop bas), réduisez
RPM de 1/2 et réduire le débit d'eau. Attendez que le couple et le taux de pénétration augmentent. Revenir
la vitesse et le débit d'eau en fonctionnement normal.

Les gros trépans diamantés ont une plus grande augmentation du couple lors de l'affûtage initial. WOB doit être maintenu jusqu'à ce que le taux de pénétration augmente. Réduisez le WOB pour maintenir le taux de pénétration souhaité une fois que vous êtes net.

Si un affûtage fréquent est requis, une formule de bit de série supérieure doit être sélectionnée. En aucun cas, aucun acide ne doit être utilisé pour affûter un foret imprégné Boart Longyear ™. En outre, il est déconseillé à Boart Longyear de couper l’écoulement de l’eau pendant le forage et d’attendre que le foret «morde», comme méthode d’affûtage en raison du risque de brûlure du foret.

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Chris Lambert

RENCONTRER L'AUTEUR Chris Lambert Licencié en génie mécanique, Chris Lambert travaille chez Boart Longyear depuis 2008. Il est depuis 2012 le chef de produit mondial de la société pour les outils de carottage, y compris les tiges, les outils pour trous inéssés et les diamants. le responsable technique des produits diamantés. Au cours de ses 20 années d’ingénierie et de développement de produits, il a travaillé dans les domaines des matériaux, de l’hydraulique, des pompes et des moteurs diesel.

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