トリコンドリルビットの正しい使い方
地層の岩相がビット破損に与える影響 地層の岩相は、掘削性能に様々な影響を与えます。例えば、貫入速度と掘削距離への影響、循環損失、キック、坑井崩壊、パイプ詰まりといった複雑な掘削問題の発生、掘削流体の挙動の変化、そしてボーリング孔の品質（ボーリング孔の偏向や不規則な直径）への影響（ひいてはセメンティング品質への影響）などです。適切なビットを選択し、その使用が適切かどうかを判断するには、岩相とその掘削挙動を分析することが不可欠です。
粘土、泥岩、頁岩：これらの地層は掘削流体中の自由水を容易に吸収して膨張するため、掘削孔径が狭まり、貫入抵抗が生じてパイプの詰まりにつながる可能性があります。また、長時間の浸水は、スラッフィング（掘削孔の剥離）や掘削孔の拡大を引き起こし、結果として崩落につながる可能性があります。可能な限り、淡水泥、または低密度・低粘度の泥を使用してください。炭素質頁岩は凝集力が弱く、崩落しやすい傾向があります。軟質で粘土質を多く含む地層は掘削速度が速いですが、ビットボールが発生しやすいという欠点があります。
砂岩：砂岩の特性は、粒度、鉱物組成、セメントの種類によって大きく異なります。細粒、石英含有量の高いもの、珪質セメントや鉄分を多く含むセメントは、岩石を硬く、摩耗性を高め、ビットの摩耗を増加させます（例：石英砂岩）。粘土セメント、雲母、長石を多く含むものは、岩石を柔らかくし、掘削を容易にします。粗粒でセメント結合が不十分な場合は、透水性が高まり、流体損失のリスクが高まります。また、壁面に厚いフィルターケーキが形成され、粘着性の付着や固着を引き起こし、ビットの動作異常につながる可能性があります。
礫岩：礫岩での掘削は、ビットのバウンド、チャタリング、そして孔壁の破損を引き起こすことがよくあります。ポンプ速度が低い場合や泥水の粘性が不十分な場合、砂利粒度の粒子は容易に地表に戻りません。また、大きな切削片はビットコーンや歯を損傷する可能性があります。
石灰岩：一般的に硬く、貫入速度が遅く、掘削深も限られています。多くの石灰岩には亀裂、空洞、空洞が生じます。これらに遭遇すると、ビットの停止、流出、循環の喪失、そして時にはキックアウトやブローアウトが発生することがあります。石灰岩は、貫入速度、機械速度、ビットの摩耗に大きな影響を与えます。硬質層と軟質層が交互に重なる層（例えば、泥岩と硬質砂岩が交互に重なる層）や、傾斜の大きい地層は、掘削孔の偏向の可能性を高めます。偏向の大きい掘削孔では、ビットが損傷する可能性が高くなります。また、溶解性塩類層（石膏、岩塩など）は、泥水の特性を劣化させ、ビットの正常な性能を損なう可能性があります。
掘削パラメータとその影響 掘削プロセスにおいて制御可能な主要な掘削パラメータは、ビット荷重（WOB）、回転速度（RPM）、および泥水循環速度です。これらのパラメータは、地層条件、ビットの種類、掘削リグの性能、およびオペレーターのスキルに基づいて選択する必要があります。掘削パラメータは一般的に以下のように分類されます。
最適化された掘削パラメータ: 特定の条件下で最良の経済的成果を達成するパラメータ。
積極的な（または強化された）掘削パラメータ: より高い貫入率を達成するために通常よりも高い値を設定します。
特殊な掘削技術: 特定の目的のために使用される特定の方法または制約されたパラメータ セット。
異なるパラメータの選択には異なるビット タイプが必要です。ビットは異なる掘削条件下で異なるメカニズムによって故障するため、それに応じて処理する必要があります。
2.1 ビット重量影響（WOB） WOBは、ビットの切刃で岩石を破砕するための必須条件です。WOBの大きさは岩石破砕モードと特性を決定し、貫入速度とビット摩耗に直接影響します。軸荷重と回転トルクを受けると、切削歯は岩石に押し込まれてせん断する際に摩耗し、鈍化したり、破損したりします。これは明らかに貫入速度に影響を与えます。WOBが増加すると、一般的に貫入速度は向上しますが、ベアリングと切削歯の摩耗が加速し、これが貫入速度に影響を与えます。WOBと貫入速度の関係は、以下の3つの明確な段階を経て変化します。
表面破砕段階：WOBが岩石の押込み硬度より低い場合、切削歯は岩石表面を貫通できず、摩耗するだけです。摩耗は大きく、貫通力は低くなりますが、WOBの増加に比例して貫通力も増加します。
疲労破壊段階: WOB が岩石の圧入硬度に近づくと、歯の繰り返し動作により多くの表面亀裂が発生し、完全に貫通しなくても進行性の破砕が起こります。
バルク破砕段階：WOBが岩石の押込硬度を超えると、歯が貫入しバルク破砕が発生します。これにより掘削効率が向上し、これが通常の掘削形態となります。したがって、適用されるWOBは、歯が貫入しバルク破砕を発生させるのに十分な強度でなければなりません。
トリコンビットのテストで WOB を 2 倍にすると、岩石によって反応が異なることが示されました。中硬岩 (岩石クラス 6～7) では貫入速度の増加率が最も大きく、軟岩 (クラス 4～5) や硬岩 (クラス 8～9) では増加率は小さくなります。粘着性のある軟質地層の掘削では、泥のブリッジングやビットの固着が発生する可能性があるため、WOB は比較的低くする必要があります。摩耗性の高い地層では、WOB が不十分だとビットの摩耗が早まるため、WOB を適切に高くする必要があります。破砕された地層に遭遇すると、ビットのバウンドがよく発生するため、歯の破損や剥離を防ぐために WOB を低くする必要があります。したがって、WOB は、十分な歯の貫入と歯の摩耗の最小化のバランスを取る必要がある重要なパラメーターです。
2.2 回転速度（RPM）の影響 回転速度は、所定の直径のビットがどれだけ速く回転するかを表します。岩石破砕挙動とWOBの影響は岩石の硬度によって変化するため、回転速度が岩石破砕と機械的貫入に及ぼす影響を評価するには、岩相と岩石破砕時間要因を考慮する必要があります。
軟質地層における回転速度（RPM）：軟質で可塑性が高く、摩耗の少ない地層（例えば粘土質層）では、切削片の厚さは歯の貫入深さと等しく、歯の摩耗は最小限に抑えられます。WOBを一定に保つと、回転速度と機械的な貫入速度はほぼ比例して増加します。
中硬質および硬質地層における回転数（RPM）：これらの地層では、押込み硬度と摩耗性が高く、歯の鈍化が早くなり、接触面積が増加し、亀裂の伝播と変形時間が長くなります。貫入速度が遅くなり、より高いWOB（掘削深度）が必要になります。硬質地層で回転数を上げると、1回転あたりの岩石破砕時間が長くなる可能性があるため、回転数が高すぎると歯が外れる前に完全な破砕ができず、有効貫入速度が低下し、摩耗が加速する可能性があります。したがって、中硬質および硬質地層では回転数を過度に上げるべきではありません。
岩石の種類による回転速度の違い：岩石の種類ごとに、固有の応答曲線と限界回転速度（RPM）があります。粘土質の岩石では、貫入速度は回転速度に比例して増加します。一方、硬く摩耗性の高い岩石では、岩石の破砕時間が長く限界回転速度が低いため、回転速度に対する貫入速度の増加は緩やかになります。限界回転速度を超えると、実際には貫入速度が低下する可能性があります。
トリコンビットのRPMを2倍に上げた試験結果によると、グレード4の岩石（例：大理石）では貫入率が約93%増加したのに対し、グレード9の斑状花崗岩では約28%の増加にとどまりました。グレード4からグレード9にかけては、RPMの増加に伴う貫入率の増加は曲線に沿って減少します。したがって、RPMの増加は軟らかく摩耗の少ない地層には効果的ですが、硬く摩耗の激しい地層では効果は限定的です。
