Форма торца бурового долота определяет форму отверстия: руководство по проектированию торцов буровых долот для глубокозабойной бурения.
Можно выбрать правильный диаметр, правильную резьбу, правильный класс вставки — и всё равно получить плохие результаты, если геометрия рабочей поверхности сверла не подходит для данной задачи. Форма передней части сверла ДТХ одновременно определяет три параметра: скорость сверления, прямолинейность отверстия и срок службы корпуса сверла. И оптимизировать все три параметра одновременно невозможно. Приходится выбирать.
Вот четыре типа конструкции торцевых поверхностей, которые вы увидите в буровых долотах высокого давления, их преимущества и недостатки.
Выпуклое лицо: быстрое, но блуждающее
Выпуклая поверхность бурового долота выступает наружу — центр расположен выше ряда калибровочных лент. Представьте себе это как купол.
Куполообразная форма отлично справляется с одной задачей: она позволяет центральным вставкам первыми войти в породу. В среднетвердых и твердых абразивных породах эти центральные вставки предварительно раскалывают керн породы до того, как ряд калибровочных вставок расширит отверстие до полного диаметра. В результате достигается высокая скорость проходки — буровое долото всегда врезается в уже потрескавшуюся породу.
Компромисс: прямолинейность отверстия. У купольного бурового долота нет центрирующего механизма. Долото скользит по самой высокой точке контакта, и в неровных или трещиноватых породах эта точка смещается. Отверстие отклоняется. Если вы бурите взрывные скважины, где допуски на отклонения ослаблены — например, при разработке карьеров, — это приемлемый компромисс. Если же вам нужны прямые отверстия для предварительно расколотых линий или плотно расположенных элементов, выпуклая поверхность — неподходящий инструмент.
Плоское лицо: Выживший
Фреза с плоской поверхностью — это именно то, что подразумевает её название: её поверхность представляет собой плоскость или почти плоскость. Нет ни купола, ни углубления, просто вставка на плоской поверхности.
Это самая прочная конструкция. В центре нет тонкой секции, которая могла бы треснуть при сильном ударе. Вставки надежно закреплены стальным корпусом бурового долота, расположенным за ними. Плоские буровые долота выдерживают самые высокие энергии удара и работают с самыми твердыми и абразивными породами — гранитом, кварцитом, плотным базальтом — без проблем, связанных с усталостью корпуса, которые характерны для более сложных конструкций.
Недостатки: плоские поверхности плохо центрируются, поэтому прямолинейность скважины в лучшем случае средняя. Скорость проходки умеренная — отсутствует эффект предварительного разрушения породы, поэтому каждая вставка разрушает неповрежденную породу при каждом ударе. А отвод стружки может быть медленным, поскольку отсутствует естественная воронкообразная геометрия, направляющая буровой шлам в промывочные каналы.
Буровые долота с плоской рабочей поверхностью — это предпочтительный выбор, когда основным критерием является твердость породы, а прямолинейность скважины — второстепенным фактором. Это надежные рабочие инструменты, которые редко выходят из строя, но редко впечатляют своей скоростью.
Вогнутая поверхность: универсальный вариант
Вогнутая поверхность имеет неглубокое коническое углубление в центре. Внешний ряд измерительных приборов слегка выступает над центральными вставками.
Это углубление создает эффект слабого отбора керна. По мере бурения в центре углубления образуется небольшой столбик породы. Этот столбик действует как направляющая — он удерживает долото по центру скважины. В результате достигается заметно лучшая прямолинейность скважины, чем при использовании выпуклых или плоских конструкций.
Вогнутая форма также направляет стружку к промывочным каналам в центре, улучшая отвод стружки. Более эффективный отвод означает меньшее количество стружки, трется о поверхность долота между ударами, что приводит к более быстрому проникновению и меньшему износу пластины.
Это наиболее распространенная конструкция торцевой поверхности бурового долота высокого давления на рынке, и это неспроста. Она обеспечивает баланс между скоростью проходки, прямолинейностью скважины и долговечностью при работе с широким спектром типов горных пород. Если вы не уверены, какую конструкцию торцевой поверхности использовать, начните с вогнутой и регулируйте по мере необходимости.
Центральная часть глубоко вогнутой зоны: самые прямые отверстия, самая мягкая порода.
Глубокое вогнутое центральное долото выводит концепцию отбора керна на новый уровень. Центральное углубление выражено — глубокая выемка, которая образует массивный столб породы во время бурения. Эффект центрирования очень сильный. Глубокие отверстия, пробуренные с помощью этой конструкции, остаются удивительно прямыми даже в условиях, когда другие конструкции забоя могли бы смещаться.
Цена: структурная слабость. Глубокое центральное углубление удаляет сталь из зоны наибольшего напряжения на рабочей поверхности долота. Под воздействием сильных ударных нагрузок — особенно в твердых породах — центральная часть может подвергаться усталости и растрескиванию. Глубоко вогнутые долота предназначены исключительно для мягких и среднетвердых пород, где ударные нагрузки ниже, а риск растрескивания рабочей поверхности минимален.
Глубокий вогнутый центр следует использовать, когда прямолинейность скважины является основным требованием, а порода не создает препятствий для проектирования. Естественными областями применения являются бурение водяных скважин, глубокие разведочные скважины и анкерные скважины, где допуски на отклонения очень жесткие.
Как выбрать
Дерево решений становится простым, как только вы понимаете компромиссы:
Твёрдая, абразивная порода + скорость имеет значение + прямолинейность не важна:выпуклое лицо.
Твёрдая, абразивная порода + прочность имеет значение + прямолинейность не важна:плоская поверхность.
Необходимы смешанные условия и сбалансированная производительность:Вогнутая поверхность. Подходит для большинства применений.
Крайне важна прямолинейность породы: мягкая или средней плотности.глубокий вогнутый центр.
Рисунок на рабочей поверхности напечатан на каждом буровом долоте, выходящем из скважины. Обратите внимание на характер износа. Выпуклое долото, износ которого был равномерным по всей рабочей поверхности, хорошо соответствовало породе. Глубоко вогнутое долото с трещиной в центре вышло за пределы расчетной мощности. Долото подскажет вам, правильно ли вы выбрали. Прочитайте рисунок и скорректируйте следующий заказ.
