روایت بومی سازی مته حفاری PDC

صفر تا صد طراحی و ساخت مته الماسه ایرانی

 

 

واحد پژوهش وتوسعه
گروه دانش بنیان خدمات میادین آسماری

 

مته‌های الماسه یکی از اقلام حیاتی و استراتژیک صنعت حفاری و نفت به شمار می‌روند و هزینه‌ی تأمین این اقلام در کشور سالانه ده‌ها میلیون دلار می‌باشد، همچنین شرکت‌های سازنده و اصلی در این        زمینه آمریکایی هستند و تامین این کالای استراتژیک بسیار سخت و همراه با هزینه‌های زیادی می‌باشد. به علت نبود خدمات پس از فروش برای مته‌های الماسه در کشور نیز این هزینه‌ها روند افزایشی به خود می‌گیرد و در نهایت هزینه زیادی به بدنه اقتصادی صنعت نفت کشور وارد می‌کند. مته الماسه‌های بدنه ماتریسی و فولادی با عبور از مشکلاتی از قبیل عدم دریافت مستقیم از شرکت سازنده و دست به دست شدن‌های زیاد با هزینه‌ای بیشتر از قیمت سازنده وارد کشور می‌شود و مشکلات بعدی و اساسی‌تر از قبیل ۱- عدم وجود سرویس‌های خدمات پس از فروش ۲- نبود دفتر طراحی و ساخت مته الماسه شرکت سازنده جهت پیشنهاد بهترین مته برای چاه مورد نظر، گریبانگیر مشتری مته می‌گردد. همچنین اگر مته در چاه مورد نظر کارایی نداشته باشد مشکلات دو چندان شده و هزینه‌های دیگری را متوجه مشتری مته الماسه می‌کند. از این رو گروه دانش بنیان خدمات فنی میادین آسماری اراده به حل این مشکل استراتژیک نمود و از سال ۱۳۹۵ تصمیم به ساخت مته‌های الماسه بدنه ماتریسی و فولادی گرفت و پس از ایجاد واحد مته حفاری و انجام تحقیقات، محاسبات، تحلیل های عددی و بهینه‌یابی، طراحی صفر تا صد مته الماسه انجام شد. در نهایت با انجام آزمایشات زیاد و بهره‌گیری از به روزترین دانش روز دنیا ساخت این محصول استراتژیک به ثمر نشست. این محصول استراتژیک ملی خوشبختانه با تلاش شبانه‌روزی واحد مته حفاری شرکت آسماری طراحی و ساخت صفر تا صد شده است و با توجه به ایجاد خط تولید، این محصول می‌تواند در تولید انبوه درون شرکت تولید گردد. این شرکت مفتخر است برای اولین بار در ایران از نرم‌افزار طراحی و بهینه‌یابی مته الماسه تماما ایجاد شده توسط تیم دانش فنی خود استفاده کند و مشتریان با مراجعه به دفتر طراحی می‌توانند بهترین و بهینه‌ترین مته الماسه برای حفر چاه‌های مدنظرشان را سفارش دهند و در زمان مناسب آن را تحویل گیرند. مته‌های الماسه از مهمترین انواع مته‌های سرثابت هستند که قادرند طیف گسترده‌تری از سازندها را در عمق‌های گوناگون حفاری کنند. مواد الماسه به دلیل سخت بودن و خواص ضدسایشی جزء مهم‌ترین مواد مورد استفاده در ابزار حفاری به شمار می‌آیند. مته‌های الماسه به دو صورت کاملا متفاوت طراحی و ساخته می‌شوند. این دو مدل شامل مته‌هایی با بدنه ماتریسی و مته‌هایی با بدنه استیل می‌باشند. هریک از این دو محصول دارای تفاوت‌ها، ظرفیت ها و توانایی های ویژه‌ای هستند. مته‌های الماسه با بدنه ماتریسی از یک ماده مرکب نسبتا شکننده و سخت تشکیل شده‌اند. دانه های کاربید تنگستن با استفاده از عملیات متالورژیکی و با استفاده از چسب فلزی به یکدیگر متصل می‌گردند. ماتریس‌ها به دلیل سختی و مقاومت به سایش و خوردگی بصورت گسترده‌ای در ساخت مته‌های الماسه کاربرد دارند. هرچند مقاومت ماتریس‌ها در برابر بارهای ضربه ای در مقایسه با فولاد کمتر است اما این مواد میتوانند بارهای فشاری و سایشی نسبتا بالا را تحمل کنند. همانگونه که ذکر شد به دلیل پایین‌تر بودن مقاومت ماتریس‌ها در برابر بارهای ضرب‌های نسبت به فولادها، در طراحی برخی از اجزای مته‌های ماتریسی (مانند ارتفاع تیغه‌ها) محدودیت‌هایی ایجاد می‌شود.

اما این مشکل با قرار دادن مغزه فولادی درون مته‌های الماسه با بدنه ماتریسی بر طرف شده است. از سوی دیگر مقاومت به سایش و سختی مته‌های با بدنه ماتریسی امکان استفاده از این مته را در سازندهای بسیار سخت به آسانی ممکن می‌سازد. خصوصیات فولاد نظیر مقاومت بالا و چکش‌خواری، به مته‌های با بدنه فولادی مقاومت بالایی در مقابل بارهای ضرب های می‌دهد. اما در سازندهای بسیار سخت که سایش اثرگذاری بیشتری دارد، مته‌های فولادی عملکرد مناسبی ندارند. دلیل این امر آن است که مته‌های با بدنه فولادی نسبت به سایش بسیار ضعیف هستند. همچنین در این نوع سازندها به دلیل سایش زیاد مته‌های فولادی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند، چون به سرعت ساییده می‌شوند و هزینه عملیات حفاری را افزایش می‌دهند. به طور معمول مته‌های الماسه با بدنه ماتریسی برای محیط‌های با سایش بالا، به مته‌هایی با بدنه فولادی ترجیح داده می‌شوند.
معرفی ماژول‌های مختلف محصول
مته الماسه از بخش‌های مختلفی از قبیل بدنه ماتریسی یا فولادی، برنده‌های الماسه، نازل‌ها، پره‌ها، ساقه فولادی، پیچ اتصال تشکیل شده است شکل (۱).برنده‌های الماسه اجزا اصلی مته الماسه می‌باشند و دلیل نام‌گذاری این مته نیز استفاده از این نوع برنده‌ها می‌باشد. این برنده‌ها از دو بخش لایه و زیرلایه تشکیل شده‌اند. لایه اصلی از جنس الماس مصنوعی می‌باشد، که از فشردن کربن در دما و فشار بسیار بالا بدست می‌آید. برش سنگ سازند توسط برنده‌های الماسه صورت می‌پذیرد. انواع برنده‌های الماسه در شکل ۲ نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

شرح عملکرد
مته های الماسه به انتهای لوله حفاری بسته می شود و با استفاده از حرکت دورانی لوله و در نهایت مته الماسه برش سطحی برنده‌های مته الماسه از سطح سازند انجام می‌گردد. همزمان با اعمال وزن و گشتاور در سرعت دورانی مشخص به مته گل حفاری از طریق لوله به مته و از طریق نازل‌های موجود در مته به کف چاه اعمال می شود که کنده‌های حاصل از برش مته را به بالا و سطح زمین می‌آورد.
کسب دانش فنی
شرکت دانش بنیان آسماری از سال ۱۳۹۵ با اراده برای بومی‌سازی کالای استراتژیک مته الماسه بدنه ماتریسی و فولادی قدم در این راه گذاشت که در ابتدای امر مهندسی معکوس مته‌های الماسه پر استفاده و ساخته شده توسط سازندگان اصلی را انجام داد و پس از سعی و خطاهای فراوان در نهایت توانست ساخت مته الماسه سایز ۱۲ یک چهارم را انجام دهد و با تست آن توانست تاییدیه‌های لازم را دریافت کند. با گذشت ۲ سال از شروع این اراده و مهندسی معکوس کردن این محصول، واحد مته حفاری در شرکت شکل گرفت و هدف این واحد ایجاد نرم افزار طراحی و بهینه‌یابی مته الماسه در ابعاد و ویژگی های گسترده بر اساس دانش مکانیک روز دنیا بوده است و این هدف مهم پس از ۲ سال به بار نشست و نرم‌افزار بومی طراحی صفر تا صد مته الماسه با افتخار توسط مهندسین واحد مته حفاری شرکت آسماری نوشته شد. همزمان با ایجاد نر مافزار طراحی مته الماسه، با در اختیار داشتن تجارب ساخت مته الماسه در ابتدای کار و بکارگیری از دانش ساخت و متالوژی روز دنیا، ساخت مته الماسه با موفقیت انجام شد و با انجام آزمایشات مختلف، صحت سنجی جنس و استحکام بدنه مته الماسه ساخته شده تایید گردید.
نرم افزار بومی طراحی مته الماسه
نرم‌افزار طراحی مته الماسه قادر است با توجه به مشخصات فنی چاه مورد نظر مشتری اقدام به بهینه یابی و طراحی مته الماسه برای چاه مورد نظر مشتری کند و در نهایت با درخواست مشتری، بهترین مته الماسه را برای چاه مدنظر طراحی کند. طراحی مته الماسه پارامترهای متعددی همچون کیفیت تولید لایه الماس مصنوعی، نحوه اتصال لایه الماس به زیرلایه، هندسه برنده، زوایای جهت‌گیری برنده و نحوه اتصال برنده ها به بدنه مته الماسه بر عملکرد مته تأثیر مستقیم خواهد داشت. نرم‌افزار بومی طراحی مته با استفاده از علم روز دنیا توسط متخصصان مجرب و دانش آموخته از دانشگاه صنعتی شریف، کدنویسی و اجرا گردید. متخصصان این شرکت پس از بررسی مته الماسه پارامترهای تاثیرگذار در عملکرد آن را مورد ارزیابی قرار داده و تمامی تحلیل های مورد نیاز جهت طراحی مته الماسه که عبارتند از

 

تحلیل و محاسبات نیرویی، ارتعاشات روی مته، تحلیل سیالاتی گل حفاری، تحلیل تنش Finite element مته، تحلیل عمر مته، به صورت کوپل شده در نرم‌افزار طراحی گنجانده شد و یافتن بهترین مته جهت حفاری در سازند مورد نظر با الگوریتم‌های بهینه یابی میسر گردید.

این نرم افزار اطلاعات سازند مورد نظر را دریافت می‌کند و پس از تحلیل‌های علم مکانیک موثر در مته الماسه، با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌یابی روز دنیا، بهترین مته جهت حفاری سازند مورد نظر را پیشنهاد می‌دهد و همزمان مدل سه بعدی مته که عبارتند از بدنه مته، لایه سه بعدی PDC ، محل قرارگیری نازل‌ها، پین و هسته فولادی مته را ایجاد می‌کند. جهت طراحی و بهینه‌یابی مته الماسه برای چاه موردنظر مشتری یک سیستم محاسباتی با ۸۰ هسته محاسباتی در نظر گرفته شده است تا بتواند بیش از چندین میلیون حل را برای صدها پارامتر موثر در عملکرد مته در زمان دو روز انجام دهد.

مراحل ساخت
مراحل ساخت مته الماسه با بدنه ماتریسی شامل مرحله اصلی زیر می‌باشد.
۱- ایجاد نقشه قالب ریخته گری
پس از طراحی و بهینه‌یابی مته الماسه با توجه به کاربرد مد نظر، مدل سه بعدی قالب تهیه و پس از آن نقشه دو بعدی جهت ابلاغ به ساخت ایجاد می‌گردد.