1- مقدمه

يکي از دغدغه‌هاي حفاري، انتخاب مته‌هاي حفاري است. مته (Bit) ابزاري است که وظيفه شکستن و خرد کردن سنگ (سازند) را بر عهده دارد، لذا نوع مته‌اي که بايد براي عمليات حفاري انتخاب شود در درجه اول به نوع سنگ بستگي دارد.  انجمن بين المللي پيمانکاران حفاري (IADC) يک سيستم نامگذاري براي هر نوع مته دارد. مته ها در 34 نوع و 33 اندازه (قطر) مختلف در بازار نفت و گاز دنيا يافت مي شوند. مته مهمترين قطعه رشته حفاري (Drilling String) به شمار مي‌رود. اهميت مته تا حدي است كه حدود 7 درصد هزينه حفاري مربوط به مته بوده و با انتخاب صحيح مته مي‌توان زمان حفاري را نصف کاهش داد. مته‌ها معمولا بر اساس سه اصل زير طراحي مي شوند:

  • مته‌هايي که باعث تراشيدگي و ريزشدن سنگها مي‌شوند.
  • مته‌هايي که با عمل مماسي و عمل برشي موجب نفوذ در سنگ مي‌شوند.
  • مته‌هايي که با ايجاد بريدگي و خراش‌اندازي موجب نفوذ در سنگ مي‌شوند.

 

2- انواع مته

مته‌هاي حفاري چرخشي (Rotary Drilling Bits) را مي‌توان به سه گروه اصلي تقسيم کرد:

 

2-1- مته با قطعات برنده ثابت Fixed Cutter Bits

اين مته‌ها که به مته‌هاي سايشي (Drag Bits) نيز معروفند، مشتمل بر قطعات برنده ثابتي هستند که با بدنه مته و به صورت يکپارچه بوده و مستقيماً با چرخيدن رشته حفاري به گردش در مي‌آيند. انواع اصلي اين مته‌ها عبارتند از:

  • Steel cutter
  • Natural diamond
  • Polycrystalline diamond compact (PDC)
  • PDC Thermally Stable (TSP)

مته‌هاي سايشي اولين مته‌هاي مورد استفاده در صنعت حفاري بوده‌اند. اين مته‌ها داراي تيغه بوده و فاقد کاج (Cone) مي‌باشند. در اين نوع مته‌ها دانه‌هاي الماس طبيعي يا مصنوعي بر روي سطح مته نصب مي‌گردند. در سيستم نامگذاري مته‌هاي سايشي (Coding) از يک حرف و سه عدد كه هر كدام بيانگر خصوصياتي از مته است‏، استفاده مي‌شود. به عنوان مثال مته با کد M 5 8 2  عبارتست از مته با برنده هاي (Cutter) الماس چندبلورين با بدنه ماتريکسي، مخروطهاي متوسط، شيارهاي ثابت باز و اندازه برنده هاي متوسط

 

 شكل 1- مته با قطعات برنده ثابت

 

 2-2- مته مخروطي چرخشي Roller Cone Bit

معمولترين نوع مته‌ها كه در طيف گسترده‌اي از حفاريهاي دوراني مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين نوع مته كه مته سه مخروطه (Tri-cone Bit) نيز ناميده مي‌شوند، داراي سه جزئ مخروطي شكل هستند كه چند رديف تيغه (دندانه) برنده بر روي آنها تعبيه شده است. هر مخروط حول محور خود مي‌چرخد و با چرخش لوله حفاري هر سه مخروط به گردش مي‌آيند. تيغه‌هاي هر مخروط هنگام چرخش مانند چرخدنده در فضاي خالي ميان تيغه‌هاي دو مخروط ديگر حركت مي‌كنند، بنابراين گل و لاي ميان دندانه‌هاي يكديگر را تميز كرده و راندمان حفاري را بالا مي‌برند. مته‌هاي مخروطي با توجه به شكل و جنس تيغه‌ها به دو نوع Steel Tooth و Tungsten Carbide Insert تقسيم مي‌شوند. در مته‌هاي دندانه فولادي، دندانه‌ها به صورت Uniform از جنس Cone مي‌باشند ولي در مته‌هاي داراي دندانه‌هاي Tungsten Carbide دندانه‌ها از جنس تنگستن کاربايد بوده که در سطح کاج توسط Press در محلهايي که قبلا بر روي کاج به وجود آمده‌اند (Insert Pocket) تعبيه شده است.

ارتفاع و شکل دندانه هاي مته با توجه به نوع سازند قابل حفاري، متغير خواهد بود. مته‌هاي با دندانه بلند براي حفاري سازندهاي نرم مورد استفاده قرار مي‌گيرند و با توجه به افزايش مقاومت استحکامي سازند، دندانه‌هاي مته کوتاهتر و تعداد آنها بر سطح کاج مته بيشتر مي شود.

يک مته سه مخروطه از سه Leg که توسط عمليات جوشکاري به يکديگر متصل شده اند، تشکيل شده است. قسمتهاي اصلي يک مته کاجي عبارتند از:

  •  Cone
  •  Shirttail
  •  Shank (Pin)
  •  Bearings (Sealed or open system)
  •  Nozzle Ports
  •  Tooth

انجمن پيمانکاران بين المللي حفاري (IADC) جهت طبقه بندي مته هاي کاجي، روشي که شامل سه عدد و يک حرف است را ارائه نموده است. به عنوان مثال IADC = 1 3 4 E، مته دندانه فولادي جهت طبقات نرم داراي بيرينگهاي روانکاري با جت کشيده و يا IADC = 5 1 7 X يعني مته دکمه اي جهت طبقات نرم داراي بيرينگهاي روانکاري اصطکاکي و دندانه هاي قلمي شکل.

 

 شكل 2- قسمتهاي مختلف يك مته سه مخروطه

  

شكل3- مته هاي Tungsten Carbide Insert (سمت راست و وسط) و Steel Tooth (شكل سمت چپ)

 

2-3- مته هاي مغزه گيري Corehead

اين نوع مته ها جهت عمليات مغزه گيري از سازند مورد استفاده قرار مي گيرند و به دو شکل زير وجود دارند:

2-3-1- Fixed Cutter Corehead

که به صورت يک تکه بوده و دانه‌هاي الماس مصنوعي و يا PDC بر سطح آن نصب شده است. امروزه تقريباَ در کليه عمليات مغزه‌گيري از مته‌هاي مغزه‌گيري PDC استفاده مي شود

2-3-2- Roller Cone Corehead

نسل اوليه مته‌هاي مغزه‌گيري که در آن چند کاج به صورت دو به دو روبروي هم قرار داشته و ضمن حفاري سازند، نمونه سازند به صورت مغزه (Core) وارد مته مي‌شد.

 

 شكل 4- چند نمونه از مته‌هاي مغزه‌گيري