آشنایی با تکنولوژی مته و ساقه حفاری

آشنایی با تکنولوژی مته و ساقه حفاری

مته ها بر اساس 3 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 2 دسته تقسیم میشوند:
مته های حفاری
مته های مغزه گیر
بر اساس استاندار سایز مته ها به شرح زیر میباشد:
5 7/8
6 1/8
8 ¾
8 ½
12 ¼
17 ½
26

انواع مته حفاری:
مته سایشی یا تیغه ای
steel tooth
مته کاجی یا مخروطی چرخشی roller cone bit
tungsten carbide insert
Polycrystalline diamond compact PDC
مته های الماسه
Thermally StableTSP
مته های تک غلطکی یا یک مخروطی
مته حفاری دارای ساختمان پیچیده ای است و برای تولید آن ، به حدود 300 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 استراتژیك می باشد.
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 180 درجه ، 120 درجه و 90 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 2نوع 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 3 اینچ است .
مته های الماسه بر اساس نوع الماس به 2دسته تقسیم میشوند:
مته های الماسه طبیعی
مته های الماسه مصنوعی
مته های الماسه مصنوعی 2 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

مقاله آشنایی با تکنولوژی مته و ساقه حفاری توسط کارشناسان واحد تحقیق و توسعه مجموعه دانش ایرانیان شایسته جمع آوری گردیده است.