地熱井掘削用pdcビットの開発 -...
TRANSCRIPT
1
地熱井掘削用PDCビットの開発
宮下 庸介*
三菱マテリアル株式会社 株式会社クリステンセン・マイカイ 国立研究開発法人産業技術総合研究所
*
2017.6.8
2
報告内容
・ 開発体制、実施内容
・ PDCビットの開発
(PDCカッター、ビット、特性評価)
・ 現場実証試験
・ 性能改良検討、評価
・ まとめと今後の予定
PDC : Polycrystalline Diamond Compact 多結晶ダイヤモンド焼結体
3
開発における各機関の連携
PDCカッター開発 (三菱マテリアル)
PDCビット開発 (クリステンセン・
マイカイ)
掘削性能評価 (産業技術総合
研究所)
4
平成28年度実施内容
地熱井の掘削コスト削減に向けた 地熱井掘削用PDCビットの開発と 現場実証試験
【平成28年度】 ・PDCカッターの開発 ・PDCビットの開発 ・開発カッター、ビットの室内掘削性能評価 ・現場実証試験
5
報告内容
・ 開発体制、実施内容
・ PDCビットの開発
(PDCカッター、ビット、特性評価)
・ 現場実証試験
・ 性能改良検討、評価
・ まとめと今後の予定
6
ダイヤモンドの焼結
お
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1000 2000 3000 4000
diamond
Temperature (℃)
Pre
ssure
(G
Pa)
graphite
4
5
6
7
1200 1600 2000
Co-C eutectic line 焼結領域
Temperature (℃)
Pre
ssu
re (
GP
a)
graphite
diamond
ダイヤモンド焼結における状態図
PDC : ダイヤモンドとCoの焼結体
7
PDCカッターの作製
組み込み
ダイヤモンド原料粉
超硬合金基体
取り出し 研磨加工 PDCカッター
超硬合金台金
ダイヤモンド粉末
超高圧焼結
8
開発したPDCカッター
20 μm 20 μm
黒色:ダイヤモンド 白色:Co
開発カッターA 開発カッターB
ダイヤモンド焼結体部の組織
9
PDCカッターの耐摩耗性
切り込み
x
送り
被削材
工具
摩耗幅
PDCカッターの耐摩耗性評価
良好
10
PDCカッターの耐衝撃性
錘
落下 高さ(h)
質量(m)
PDCカッターの耐衝撃性評価
良好
11
PDCビットの開発
開発カッターを用いた
8-1/2”PDCビットを開発
カッター反力分布
流体解析
開発ビット8H-1
開発ビット8H-2
1ブレードにカッターを
2列に配置
PDCカッター背後に
アレスターを配置
12
開発PDCビットの概要
名称 ビット8H-1 ビット8H-2
ブレード数 8 8
IADCコード M433 M433
PDC カッター
サイズ φ13.44 mm φ13.44 mm
セカンダリーの有無
有 無
フェイス 60 50
ゲージ 14 8
合計 74 58
チャンファ 有 有
アレスター 無 有
ノズル 数-サイズ 4-ノズル本体径25.2 mm
6-ノズル本体径20.4 mm WH2-φ10 mm
13
開発PDCビットの外観
開発ビット8H-1 開発ビット8H-2
14
室内掘削性能評価装置
計測・制御室
岩石供試体
15
室内掘削性能評価装置
【仕様】 ビット荷重:30 tf トルク:300 kgf∙m ビット回転数: 500rpm 掘削流体流量: 220L/min
16
開発PDCビットの室内評価
PDCビットの室内評価
8H-1
8H-2
17
報告内容
・ 開発体制、実施内容
・ PDCビットの開発
(PDCカッター、ビット、特性評価)
・ 現場実証試験
・ 性能改良検討、評価
・ まとめと今後の予定
18
現場実証試験(磐梯地域)
【試験期間】 平成28年12月3日~12月9日
【試験場所】 福島県那麻郡猪苗代町
【対象坑井】 構造試錐井「磐梯BD-1号井」 8-1/2"区間(1,630~1,917m) 沿角掘削(TDS+DHM掘り)
岩石:一軸圧縮強度約120 MPa
地層:石英閃緑岩・デイサイトおよび
安山岩礫を含む凝灰岩(溶結凝灰岩)
19
現場実証試験の結果
ビット荷重(WOB)、掘進速度(ROP)推移
8H-1 8H-2
20
PDCビットの掘削状況 ビット名称 8H-1 8H-2
深度 1630-1753 m 1756-1917 m
実掘進長 123 m 161 m
実掘進時間 約 43 hr 約 31 hr
平均ROP 3 m/hr程度 5 m/hr程度
使用後のカッターの状況
脱落 無し 無し
チッピング 無し 無し
摩耗状況とIADC摩耗評価(8段階評価)
WT(Worn Teeth/Cutters) 内側 2,外側 2
WT(Worn Teeth/Cutters) 内側 3,外側 3
ゲージロス 1/32 in.以下 1/32 in.以下
21
PDCビットの摩耗状況
開発ビット8H-1 開発ビット8H-2
22
報告内容
・ 開発体制、実施内容
・ PDCビットの開発
(PDCカッター、ビット、特性評価)
・ 現場実証試験
・ 性能改良検討、評価
・ まとめと今後の予定
23
耐摩耗性型PDCカッター
20 μm
開発カッターC
PDCカッターの組織と耐摩耗性評価
良好
24
室内試験用コアビット
PDC カッター
25
室内試験評価
2.37 mm
2.43 mm
3.76 mm
4.40 mm
5.86 mm
4.26 mm
5.18 mm
2.84 mm
平均摩耗量 3.89 mm
稲田花崗岩
ROP 7cm/min一定
掘削長160m到達
開発カッターCの室内試験結果
開発カッターC
26
報告内容
・ 開発体制、実施内容
・ PDCビットの開発
(PDCカッター、ビット、特性評価)
・ 現場実証試験
・ 性能改良検討、評価
・ まとめと今後の予定
27
まとめ
・耐摩耗性、耐衝撃性の観点からPCDカッターを開発。 ・開発PDCカッターを用い、構造解析、流体解析による 検証等を進めた、2種類の8-1/2”PDCビットを開発。 ・開発PDCビットの現場実証試験を実施し、各種掘削 データを取得。 ビット8H-1:掘進長123m、実掘削時間43hr ビット8H-2:掘進長161m、実掘削時間31hr ・現場実証試験を受けた改良PDCカッターを開発。 室内試験の結果、平均摩耗量4mm以下を達成。
28
今後の予定
室内試験、地熱井での現場実証試験などの各種評価を実施し、その結果をPDCカッター、ビット開発にフィードバックすることで、地熱井でも使用可能なPDCビットを開発
項目 平成27年度 平成28年度 平成29年度
PDCカッターの開発
カッターの製作・評価
カッターの改良・評価
カッターの改良・評価
PDCビットの試作
PDCカッター評価用コアビット製作
PDCノンコアビットの製作・評価
PDCノンコアビットの製作・評価
PDCビットの実証試験
コアリングビットの室内試験・評価
室内試験/地熱フィールドにおける試験
地熱フィールドにおける試験