Είδη και γεωμετρία κεφαλών γεωτρύπανων

Στις γεωτρήσεις για πετρέλαιο αλλά και για φυσικό αέριο, συνήθως τα τρυπάνια χρειάζονται αν οι εταιρείες τρυπήσουν εναλλασσόμενα στρώματα πετρωμάτων, τα οποία συνήθως είναι άλλα συνεκτικά και σκληρά άλλα πορώδη και σχετικά μαλακά. Συνήθως οι γεωτρήσεις για υδρογονάνθρακες γίνονται σε ιζηματογενή πετρώματα και εβαπορίτες, δηλαδή αμμόλιθους, ιλυόλιθους, αργίλους, σχιστόλιθους, γύψο, ορυκτό αλάτι κλπ. Κατά συνέπεια, τα bits των κεφαλών των γεωτρύπανων ποικίλουν ανάλογα των πετρωμάτων που θα τρυπήσουν. Δηλαδή τα bits μπορεί να είναι από iron carbide, corundum (Alumina γ) ή diamond ή ακόμα και συνδυασμός αυτών ή και άλλων μέταλλων ή ορυκτών. Συνήθως οι κατασκευαστές κεφαλών για γεωτρύπανα έχουν ποικιλία και συνδυασμό για πετρώματα με διαφορετική σκληρότητα αλλά και το είδος της γεώτρησης ανάλογα αν είναι φυσικό αέριο ή πετρέλαιο και ειδικά στην τελευταία φάση. Παραθέτουμε πιο κάτω την κλίμακα με την σκληρότητα των ορυκτών. Η κλίμακα είναι σχετική και επισημαίνουμε ότι τα πετρώματα αποτελούνται συνήθως από διάφορα ορυκτά και όχι μόνο ένα είδος. Το πόσο γρήγορα τρυπά ένα τρυπάνι σε ένα πέτρωμα δεν εξαρτάται μόνο από την σκληρότητα του αλλά και από την δομή του ως στερεό σε μακροσκοπικό επίπεδο. Δηλαδή μπορεί να είναι τεκτονισμένο με κατατεμαχισμένο ή και με μικρορωγμές, ως αποτέλεσμα, πρώτον, να βγαίνουν μεγαλύτερα τεμάχια πέτρας από αυτά που θα δημιουργούσαν τα bits με αποτέλεσμα να λειτουργούν ως «σμύριδα» και να προκαλούν φθορά στις κεφαλές των γεωτρύπανων και δεύτερον, να υπάρχει απώλεια νερού και αέρα που συνήθως χρησιμοποιούνται μαζί με αφρό για να βγαίνει το υλικό στην επιφάνεια.
Σε κάθε είδος πετρώματος ξέρουμε περίπου το ρυθμό με τον οποίο μπορούμε να τρυπάμε. Αυτό καθορίζεται από τις εταιρείες κατασκευής κεφαλών των γεωτρύπανων ανάλογα με το είδος των bits που χρησιμοποιούν. Αν αναρωτηθούμε ποιό είναι το ποίο σκληρό πέτρωμα που συναντάμε στην φύση, τότε η απάντηση είναι οι γρανίτες και οι γνείσιοι που αποτελούνται κυρίως από χαλαζία, ορθόκλαστα και πλαγιόκλαστα. Το τοπάζιο, το κορούνδιο και τα διαμάντια τα οποία είναι πολύ πιο σκληρά, τα συναντάμε σε πετρώματα αλλά σε καμία περίπτωση δεν αποτελούν το κύριο ορυκτό σε ένα πέτρωμα ή να εμφανίζονται σε εκτεταμένη κλίμακα.

Hardness	Mineral	Associations and Uses
1	Talc	Talcum powder.
2	Gypsum	Plaster of paris. Gypsum is formed when seawater evaporates from the Earth’s surface.
3	Calcite	Limestone and most shells contain calcite.
4	Fluorite	Fluorine in fluorite prevents tooth decay.
5	Apatite	When you are hungry you have a big “appetite”.
6	Orthoclase	Orthoclase is a feldspar, and in German, “feld” means “field”.
7	Quartz
8	Topaz	The November birthstone. Emerald and aquamarine are varieties of beryl with a hardness of 8.
9	Corundum	Sapphire and ruby are varieties of corundum. Twice as hard as topaz.
10	Diamond	Used in jewelry and cutting tools. Four times as hard as corundum.

Hardness of some other items:

2.5	Fingernail
2.5–3	Gold, Silver
3	Copper penny
4-4.5	Platinum
4-5	Iron
5.5	Knife blade
6-7	Glass
6.5	Iron pyrite
7+	Hardened steel file

Η γεωμετρία του παρακάτω τρυπανιού προδίδει ότι είναι φτιαγμένο για πολύ σκληρά ορυκτά και είναι πολύ ανθεκτικό. Έχει μεγάλες γωνίες κοπής δηλαδή στρογγυλεμένο σχήμα για να μην υπάρχουν οξείες γωνίες, οι οποίες λόγο της μικρότερης επιφάνειας θα δέχονταν μεγαλύτερες πιέσεις άρα θα φθείρονταν πιο γρήγορα. Στο χρυσαφένιο σκελετό βλέπουμε μια μικρή γωνία ελίκωσης. Ενώ αν θέλαμε να τρυπήσουμε ένα μαλακό πέτρωμα, τότε θα είχαμε οξείες γωνίες κοπής και μεγάλες γωνίες ελίκωσης. Μεταξύ του χρυσαφένιου σκελετού και των ασημένιων σφαιρών υπάρχουν αυλάκια σε ίσιες γωνίες για να ψύχονται εξίσου όλα τα σημεία καθώς περιστρέφεται κυκλικά. Μεγάλη καινοτομία του η ανεξάρτητη κίνηση των ασημένιων σφαιρών σε άλλο επίπεδο ώστε να μην αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες σε τοπικό επίπεδο. Τέλος, το γεωτρύπανο έχει κυλινδρικά δοντάκια για μεγίστη αντοχή όπως ισχύει και για τις κολόνες από μπετόν. Πιο γενικά, και το βλέπουμε στις άλλες κατηγορίες γεωτρύπανων, ότι η επιλογή τους βασίζεται και στη γεωμετρία της όλης κατασκευαστικής δομής και όχι μόνο στο υλικό. Αλλά βέβαια και τα δύο στοιχεία συμβάλλουν ουσιαστικά στο τεράστιο κόστος αυτού του εργαλείου. Ως επίπτωση, αντιλαμβανόμαστε ότι οι εταιρείες θα αξιολογήσουν ένα κοίτασμα και με το ρίσκο που προκαλεί στο γεωτρύπανο, το πέτρωμα που το περιβάλει. Για αυτόν τον λόγο, πρέπει και το κράτος που θέλει να γίνει γεώτρηση στην περιοχή του να δώσει έμφαση σε αυτήν την παράμετρο, διότι το γεωτρύπανο πρέπει να είναι διαθέσιμο για να αρχίσουν γρήγορα οι ερευνητικές εργασίες.