Üç Konik Matkap Uçlarının Doğru Kullanımı
Formasyon litolojisinin matkap ucu arızasını nasıl etkilediği: Formasyon litolojisi sondaj performansını birçok yönden etkiler: penetrasyon hızını ve debiyi etkiler, sirkülasyon kaybı, gaz kaçağı, kuyu çökmesi ve boru sıkışması gibi karmaşık sondaj sorunlarına yol açabilir, sondaj sıvısının davranışını değiştirir ve kuyu kalitesini (kuyu sapması ve düzensiz çaplar) etkiler; bu da çimentolama kalitesini etkiler. Uygun matkap ucunu seçmek ve kullanımının makul olup olmadığını değerlendirmek için litolojiyi ve sondaj davranışını analiz etmek çok önemlidir.
Kil, çamurtaşı ve şeyl: Bu oluşumlar sondaj sıvısından gelen serbest suyu kolayca emer ve şişer, bu da kuyu çapını küçültür ve penetrasyona direnç oluşturarak borunun sıkışmasına yol açabilir. Uzun süreli ıslatma ayrıca toprak kaymasına ve kuyu genişlemesine neden olarak çökmeye yol açabilir. Mümkün olduğunca tatlı su veya düşük yoğunluklu, düşük viskoziteli çamur kullanın. Karbonlu şeyller zayıf kohezyona sahiptir ve çökmeye eğilimlidir. Yumuşak, kil bakımından zengin oluşumlar hızlı bir şekilde delinir ancak matkap ucunun tıkanmasına karşı hassastır.
Kumtaşları: Kumtaşı özellikleri, tane boyutuna, mineral bileşimine ve çimento türüne göre büyük ölçüde değişir. Daha ince taneler, daha yüksek kuvars içeriği ve silisli veya demir açısından zengin çimento, kayayı daha sert ve aşındırıcı hale getirerek matkap ucu aşınmasını artırır (örneğin, kuvars arenit). Daha fazla kil çimentosu, mika veya feldispat, kayayı daha yumuşak ve delinmesi daha kolay hale getirir. Daha iri taneler ve zayıf çimentolama, geçirgenliği artırır ve sıvı kaybı riskini yükseltir; duvarda kalın bir filtre keki oluşabilir ve yapışkan yapışmaya ve takılma sorunlarına yol açarak matkap ucunun anormal çalışmasına neden olabilir.
Konglomeralar: Konglomeralarda sondaj genellikle matkap ucunun sekmesine, titreşimine ve kuyu duvarının kırılmasına neden olur. Pompa debisi düşükse veya çamur viskozitesi yetersizse, çakıl büyüklüğündeki parçacıklar kolayca yüzeye geri dönmez; büyük kesikler matkap ucu konilerini ve dişlerini hasar verebilir.
Kireçtaşları: Genellikle serttir, yavaş nüfuz eder ve sınırlı bir mesafeye sahiptir. Birçok kireçtaşında çatlaklar, boşluklar ve oyuklar oluşur; bunlarla karşılaşmak matkap ucunun durmasına, aşınmaya, sirkülasyon kaybına ve bazen de patlamalara veya delinmelere neden olabilir. Kireçtaşı, nüfuz etme hızını, mekanik hızı ve matkap ucu aşınmasını büyük ölçüde etkiler. Alternatif sert ve yumuşak tabakalar (örneğin, sert kumtaşı ile ardalanmış çamurtaşı) ve yüksek eğimli oluşumlar, sondaj deliği sapma olasılığını artırır; yüksek sapmalı deliklerde matkap ucu hasarı daha olasıdır. Çözünebilir tuz tabakaları (jips, halit vb.) çamur özelliklerini bozabilir ve normal matkap ucu performansını olumsuz etkileyebilir.
Sondaj Parametreleri ve Etkileri Sondaj işleminde kontrol edilebilir temel sondaj parametreleri, matkap ucuna uygulanan ağırlık (WOB), dönme hızı (RPM) ve çamur sirkülasyon hızıdır. Bu parametreler, formasyon koşullarına, matkap ucu tipine, sondaj kulesinin kapasitesine ve operatörün becerisine göre seçilmelidir. Sondaj parametreleri genellikle şu şekilde sınıflandırılır:
Optimize edilmiş sondaj parametreleri: Belirli koşullar altında en iyi ekonomik sonucu elde eden parametreler.
Agresif (veya geliştirilmiş) sondaj parametreleri: Daha yüksek penetrasyon hızları elde etmek için normalden daha yüksek değerler.
Özel sondaj teknikleri: Belirli amaçlar için kullanılan özel yöntemler veya kısıtlı parametre setleri.
Farklı parametre seçimleri farklı matkap ucu tipleri gerektirir; matkap uçları farklı sondaj koşullarında farklı mekanizmalarla arızalanır ve buna göre işlem yapılmalıdır.
2.1 Matkap Ucu Üzerindeki Ağırlığın Etkisi (WOB) WOB, matkap ucunda kayayı kırmak için gerekli koşuldur. WOB'un büyüklüğü, kaya kırma modunu ve özelliklerini belirler ve penetrasyon hızını ve matkap ucu aşınmasını doğrudan etkiler. Eksenel yük ve dönme torku altında, kesici dişler kayaya baskı yapıp kayayı keserken aşınır, körelir veya kırılır; bu da penetrasyonu açıkça etkiler. WOB arttıkça, penetrasyon genellikle artar, ancak yataklar ve kesici dişler daha hızlı aşınır; bu da penetrasyonu etkiler. WOB ve penetrasyon arasındaki ilişki üç farklı aşamadan geçer:
Yüzey kırılma aşaması: WOB (taşlama ağırlığı) kayanın girinti sertliğinden düşük olduğunda, kesici dişler kayaya nüfuz edemez, sadece yüzeyini aşındırır. Aşınma yüksektir ve nüfuz etme düşüktür, ancak nüfuz etme, WOB arttıkça orantılı olarak artar.
Yorulma-kırılma aşaması: WOB, kayanın girinti sertliğine yaklaştığında, dişlerin tekrarlanan hareketi birçok yüzey çatlağı oluşturur ve tam penetrasyon olmasa bile kademeli parçalanma meydana gelir.
Toplu kırılma aşaması: WOB (Boşluk Açısı) kayanın girinti sertliğini aştığında, dişler içeri girer ve toplu kırılma meydana getirir; sondaj verimli hale gelir ve bu normal sondaj rejimidir. Bu nedenle, uygulanan WOB, dişlerin içeri girmesine ve toplu parçalanma oluşturmasına yetecek kadar olmalıdır.
Üç konik uçlu matkap uçlarında yapılan testlerde WOB'un iki katına çıkarılması, farklı kayaçların farklı tepkiler verdiğini göstermiştir: orta sertlikteki kayaçlar (6-7. sınıf kayaçlar) penetrasyonda en büyük artış oranını gösterirken; daha yumuşak (4-5. sınıf) ve daha sert (8-9. sınıf) kayaçlar daha küçük artışlar göstermiştir. Yapışkan yumuşak formasyonlarda sondaj, çamur köprülenmesine ve matkap ucunun yapışmasına neden olabilir, bu nedenle WOB nispeten düşük olmalıdır. Yüksek aşındırıcı formasyonlarda, yetersiz WOB erken matkap ucu aşınmasına neden olur, bu nedenle WOB uygun şekilde artırılmalıdır. Kırıklı formasyonlarla karşılaşıldığında, matkap ucu sekmesi yaygındır ve diş kırılmasını veya dökülmesini önlemek için WOB azaltılmalıdır. Bu nedenle WOB, yeterli diş penetrasyonu ile diş aşınmasının en aza indirilmesi arasında denge kurması gereken kritik bir parametredir.
2.2 Dönme Hızının (RPM) Etkisi Dönme hızı, belirli bir çapa sahip bir matkap ucunun ne kadar hızlı döndüğünü ölçer. Kaya kırma davranışı ve WOB'un etkisi kaya sertliğine göre değiştiğinden, RPM'nin kaya kırma ve mekanik penetrasyon üzerindeki etkisi, litoloji ve kaya kırma süresi faktörlerini de hesaba katmalıdır.
Yumuşak oluşumlarda devir sayısı (RPM): Yumuşak, yüksek plastikliğe sahip, düşük aşınmalı oluşumlarda (örneğin, kil benzeri yataklarda) talaş kalınlığı diş penetrasyon derinliğine eşittir ve diş aşınması minimum düzeydedir. İş yükü (WOB) sabit tutulduğunda, devir sayısı (RPM) ve mekanik penetrasyon hızı yaklaşık olarak orantılı olarak artar.
Orta sert ve sert kayaçlarda devir sayısı (RPM): Bu kayaçlarda girinti sertliği ve aşındırıcılık daha yüksektir; dişler daha hızlı körelir, temas alanı artar ve çatlak yayılımı ve deformasyon süreleri uzar. Penetrasyon yavaşlar ve daha yüksek WOB (iş yükü) gereklidir. Sert kayaçlarda devir sayısının artırılması, devir başına kaya kırma süresini uzatabilir, bu nedenle aşırı devir sayısı, dişler ayrılmadan önce tam kırılmayı engelleyebilir, etkili penetrasyonu azaltabilir ve aşınmayı hızlandırabilir. Bu nedenle, orta sert veya sert kayaçlarda devir sayısı aşırı derecede artırılmamalıdır.
Kaya türleri arasındaki RPM farklılıkları: Her kaya türünün kendine özgü bir tepki eğrisi ve sınırlayıcı bir RPM değeri vardır. Killerde, penetrasyon hızı RPM ile orantılı olarak artar; sert, yüksek aşındırıcılığa sahip kayalarda ise, kaya kırılma süresinin uzaması ve daha düşük bir sınırlayıcı RPM değeri nedeniyle penetrasyon RPM ile daha yavaş artar; bu sınırı aşmak aslında penetrasyonu azaltabilir.
Üç konik uçlu matkap uçlarında devir sayısını iki katına çıkarmanın test sonuçları, 4. sınıf bir kayaç (örneğin mermer) için penetrasyon hızının yaklaşık %93 arttığını, 9. sınıf porfiritik granit için ise artışın sadece yaklaşık %28 olduğunu göstermektedir. 4. sınıftan 9. sınıfa kadar, devir sayısıyla penetrasyon artışı bir eğri boyunca azalmaktadır. Bu nedenle, devir sayısını artırmak yumuşak, düşük aşındırıcı oluşumlara fayda sağlarken, sert, yüksek aşındırıcı oluşumlarda sınırlı bir avantaj sunmaktadır.
