مطالعه آزمايشگاهي عمليات حفاري از طريق بررسي پارامترهاي اثرگذار بر انرژي ويژه حفاري

Experimental study of drilling operation with changing the effective parameters on drilling specific energy

وزن روي مته، سرعت چرخش آن و دبي سيال حفاري سه پارامتر تاثيرگذار عملياتي در مطالعه انرژي ويژه حفاري و اندازه كنده هاي حفاري مي باشند. در اين مطالعه تلاش شده تا با استفاده از يك شبيه ساز عمليات حفاري، ميزان انرژي الكتريكي مصرفي براي حفاري قالب هاي استوانه اي سيماني با فرمولاسيون، طول و قطر مشخص در شرايط مختلف عملياتي، اندازه گيري شود و در نهايت رابطه اي براي انرژي ويژه، نرخ نفوذ و گشتاور اعمالي ارايه شود. مقدار d50 براي هر نمونه مشخص شد. با افزايش سايز خرده هاي حفاري مقدار انرژي ويژه كاهش يافته اما رفته رفته با بيشتر شدن سايز آنها از مقدار بهينه، ميزان تابع هدف افزايش يافته است و ميتوان روند ارتباط بين اين دو پارامتر را با معادله درجه دومي نشان داد كه اكسترمم آن، شرايط بهينه حفاري است. دبي سيال بيشترين اثر را بر سايز ذرات، نرخ نفوذ، گشتاور اعمالي و انرژي ويژه از خود نشان ميدهد. افزايش بار روي مته و دبي سيال سبب افزايش سايز خرده هاي حفاري شده اما با افزايش دور مته عمدتا سايز ذرات كاهش مي يابد. در نمودار انرژي ويژه، نقطه اكسترممي در هر نمودار وجود دارد كه پس از نقطه مذكور در اثر زياد شدن دبي سيال و سرعت چرخش مته، انرژي ويژه حفاري از حالت بهينه خارج شده و رو به فزوني مي گذارد. نمودار انرژي ويژه و گشتاور اعمالي نيز داراي يك نقطه كمينه است و پس از نقطه كمينه در اثر افزايش گشتاور اعمالي انرژي ويژه حفاري افزايش مي يابد. تاثير نرخ نفوذ بر انرژي ويژه نيز به گونه ايي است كه پس از يك نقطه كمينه تاثير مثبت افزايش نرخ نفوذ بر كاهش انرژي ويژه از بين رفته و مصرف انرژي حدودا ثابت خواهد شد.

The energy consumed during good drilling depends on factors such as torque, drill speed, penetration rate, depth of cut. The mechanical energy for MSE is the concept used for the drilling operation efficiency, which refers to the amount of energy needed to separate a single volume of rock from the ground. In this thesis, by properly designing the path of electricity flow to the drilling unit and measuring it, the amount of energy consumed to drill a certain volume of rock is obtained. In this regard, the drilling machine is equipped with the equipment for measuring and distributing the size of drilling cuttings. the relationship between the specific energy and the size distribution of drill particles is investigated by drilling precast stone samples in the laboratory. The drill bits are collected in each test and their size and distribution are determined. Studies show that the size of the drill particles has an effective relationship with the specific energy, so that by decreasing the size of the particles, the drilling specific energy increases, which is due to the excess energy that is simply crushed and finely shredded. In this experiment, using the analysis of the results, the optimum size of the drilling cuttings where we have the least specific energy is determined and the main parameters of each test are considered, weight on bit, fluid flow and RPM.