نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

تاثیر اندازه سرمته و خصوصیات ژئومکانیکی بر انرژی ویژه ذاتی در فرآیند حفاری دورانی سنگ‌های بلورین مرمریتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک سنگ در دانشگاه صنعتی اصفهان
2 دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
3 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک سنگ، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
بهینه‌سازی مصرف انرژی در حفاری دورانی و کاهش هزینه‌های مرتبط، از جمله چالش‌های اصلی در مهندسی حفاری و مکانیک سنگ به شمار می‌رود. در این مطالعه، محققان با استفاده از یک مدل تحلیلی مبتنی بر تعادل حدی نیروها و با به کارگیری دستگاه حفاری مجهز به سامانه اندازه‌گیری و ثبت پارامترها، به بررسی انرژی ویژه ذاتی سنگ در فرآیند حفاری پرداخته‌اند. بر اساس مبانی نظری، دو کمیت انرژی ویژه حفاری (ε) و مقاومت حفاری (ζ) به یکدیگر وابسته هستند و رابطه‌ای خطی بین آن‌ها وجود دارد. پس از ترسیم منحنی‌های وابسته به این پارامترها برای یک مته در دو حالت تیز و کند، نقطه‌ای شناسایی گردید که نشان‌دهنده آغاز برش در فرآیند حفاری است. این تحقیق همچنین اثرات قطر مته را روی انرژی ویژه ذاتی حفاری، با استفاده از سه نمونه سنگ مرمریت با دانه‌بندی‌های مختلف، مورد ارزیابی قرار داده است. نتایج نشان می‌دهد که انرژی ویژه ذاتی تنها تابعی از خصوصیات داخلی سنگ نیست، بلکه به پارامترهای مرتبط با حفاری نیز وابسته است. به‌ویژه، با افزایش قطر مته، انرژی ویژه حفاری برای مرمریت مارون 20 درصد، مرمریت باغات 13.6 درصد و مرمریت نیریز 12.5 درصد کاهش یافته است. این یافته‌ها ضرورت بازنگری در فرضیات مربوط به استقلال انرژی ویژه ذاتی از متغیرهای حفاری را نمایان می‌سازد و می‌تواند به توسعه روش‌های بهینه‌تر در فرآیند حفاری و صرفه‌جویی در مصرف انرژی کمک کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

        [1]        Amadi, K., & Iyalla, I. (2012). Application of mechanical specific energy techniques in reducing drilling cost in deepwater development. SPE deepwater drilling and completions conference,
        [2]        Armenta, M. (2008). Identifying inefficient drilling conditions using drilling-specific energy. SPE Annual Technical Conference and Exhibition?,
        [3]        Chakeri, H., Maleki, A., Shakeri, H., Darbor, M., & Mousapour, H. (2025). Laboratory and numerical investigation of cutting tool performance using a new small-scale linear cutting machine. Scientific Reports, 15(1), 22337.
        [4]        Dagrain, F. (2001). Influence of the cutter geometry in rock cutting: an experiment approch University of Minnesota].
        [5]        Detournay, E., & Defourny, P. (1992). A phenomenological model for the drilling action of drag bits. International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts,
        [6]        Faghih, A., Yi, Y., Bayat, A., & Osbak, M. (2017). Efficient drilling in horizontal directional drilling by implementing the concept of specific energy. Geomechanics and Geoengineering, 12(3), 201–206.
        [7]        Heydari, K. E., Baghbanan, A., & Hashemolhosseini, H. (2026). Advanced continuous drilling for depth-dependent mechanical properties mapping in graded rocks. Results in Engineering, 29, 109614.
        [8]        Heydari, K. E., Baghbanan, A., Hashemolhosseini, H., & Behnia, M. (2025). Drilling-Based Rock Strength Estimation: A Validated Model for Mohr-Coulomb and a New Theoretical-Empirical Approach for Hoek-Brown Parameters. Results in Engineering, 107388.
        [9]        Kalantari, S., Baghbanan, A., & Hashemalhosseini, H. (2019). An analytical model for estimating rock strength parameters from small-scale drilling data. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(1), 135–145.
       [10]       Kalantari, S., Hashemolhosseini, H., & Baghbanan, A. (2018). Estimating rock strength parameters using drilling data. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 104, 45–52.
       [11]       Maleki, A., Chakeri, H., Shakeri, H., Khoshzaher, E., & Darbor, M. (2025). Experimental study of effects of mechanical properties of rocks on wear of cutting tools using a new Small-Scale linear cutting machine. Journal of Mining and Environment, 16(5), 1809–1826.
       [12]       Oloruntobi, O., & Butt, S. (2020). Application of specific energy for lithology identification. Journal of Petroleum Science and Engineering, 184, 106402.
       [13]       Richard, T., Dagrain, F., Poyol, E., & Detournay, E. (2012). Rock strength determination from scratch tests. Engineering Geology, 147, 91–100.
       [14]       Teale, R. (1965). The concept of specific energy in rock drilling. International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts,
    [15]       Xu, Z., Reed, C. B., Konercki, G., Parker, R. A., Gahan, B. C., Batarseh, S., & Skinner, N. (2003). Specific energy for pulsed laser rock drilling. Journal of laser applications, 15(1), 25–30.
       [16]       Zhou, J., Liu, Z., Li, C., Du, K., & Yang, H. (2025). Cutting-edge approaches to specific energy prediction in TBM disc cutters: Integrating COSSA-RF model with three interpretative techniques. 22, 241-262. In.