Почему ваша новая насадка для кнопки больше, чем указано на этикетке — и почему это преимущество, а не недостаток.
Если вы когда-нибудь измеряли штангенциркулем диаметр нового конического сверла прямо из коробки и обнаруживали, что он на полмиллиметра или даже на миллиметр превышает заявленный диаметр, вы не одиноки в своих подозрениях. Я слышал то же самое от бурильщиков с трёх континентов: «Эй, я заказал сверла на 36 миллиметров. Эти показывают почти 37. Мне попалась не та партия?»
Вы этого не сделали. Вы получили сверло, разработанное человеком, который понимает, как изнашивается твердосплав на первых пяти метрах скважины. Вот что происходит на самом деле — и почему сверло, которое в первый день соответствует своему номинальному диаметру, скорее всего, подведет вас к концу недели.
Кривая износа, о которой никто не говорит
Износ сверла не является линейным процессом. Он не происходит с постоянной, предсказуемой скоростью от первого до последнего метра. В коническом сверле с пуговицами — рабочем инструменте ручного пневматического бурения в карьерах, мелкомасштабной добыче полезных ископаемых и строительстве — самый быстрый износ происходит в самом начале. Первые несколько метров срока службы совершенно нового сверла — это жестокий износ.
Вот почему: новое буровое долото имеет острые кромки твердосплавных вставок и рабочую поверхность по всему диаметру, что обеспечивает максимальную площадь контакта с породой. На этих первых метрах каждая поверхность вставки царапает и измельчает породу при полном зацеплении, а стальной корпус вокруг ряда вставок подвергается абразивному износу от бурового шлама, проносящегося мимо с высокой скоростью. В этой фазе обкатки диаметр долота быстро уменьшается — не из-за дефекта материала, а потому что скорость износа изначально высока, а затем снижается по мере приработки контактных поверхностей и образования небольшой, стабильной изношенной поверхности на вставках.
После первых нескольких метров скорость износа резко выравнивается. Долото находит свой рабочий диаметр, твердосплавные вставки приобретают небольшую плоскую поверхность, которая фактически помогает стабилизировать зону дробления, а рабочая часть сглаживается, образуя профиль, который сохраняет диаметр с минимальной дополнительной потерей на метр. Долото будет бурить с этим стабильным диаметром на протяжении большей части своего срока службы, теряя диаметр медленно и предсказуемо.
Как предварительное увеличение решает проблему еще до ее возникновения
Решение отрасли проблемы износа простое и остроумное: изготавливать буровые долота с небольшим запасом по диаметру, чтобы после первоначального износа в процессе обкатки он стабилизировался на номинальном диаметре. Эти дополнительные 0,5–1,0 миллиметра на новом долоте — это не погрешность допуска, а расчетный запас по диаметру.
Возьмите стандартное конусное сверло диаметром 36 мм. В стандартной комплектации его диаметр будет составлять от 36,5 до 37,0 мм. Просверлите десять метров гранита средней твердости, выньте сверло и измерьте снова — скорее всего, вы увидите от 36,0 до 36,2 мм. Это означает, что сверло «приземлилось» на свой рабочий диаметр, и с этого момента оно будет оставаться близким к 36 мм еще на протяжении десятков метров сверления.
Без предварительного расширения сверло, изготовленное с номинальным диаметром 36,0 мм, после обкатки уменьшится до 35,5 мм или меньше. Каждое просверленное им отверстие будет меньше необходимого диаметра. Следующее сверло в серии — при условии использования того же номинального диаметра — не поместится в отверстие без развертывания. А развертывание отверстия меньшего диаметра — медленный процесс, изнашивающий оборудование и сверло, выполняющее развертывание.
Предварительное увеличение позволяет предотвратить всю эту цепочку проблем еще до ее возникновения.
Что именно определяет размер готового отверстия?
Конструкция до расширения означает, что новое конусное буровое долото на первых нескольких метрах образует отверстие немного большего диаметра, чем нужно — возможно, 36,5–37 мм вместо чистых 36 мм, — но это редко становится проблемой при серийном бурении. Затем долото стабилизируется до номинального диаметра, и если вы используете подобранные долота на протяжении всей программы бурения, каждое отверстие получается стабильным.
Однако диаметр готового отверстия определяется не только сверлом. На него влияют три фактора:
Сама скала.Твердые, абразивные породы — кварцит, плотный гранит, окремненный песчаник — быстрее изнашивают калибровочный ряд, уменьшая диаметр скважины. Трещиноватые, рыхлые или выветренные породы могут оказывать противоположный эффект: стенки скважины крошятся и отслаиваются, в результате чего конечный диаметр оказывается больше и менее равномерным, чем можно было бы ожидать по калибровочному ряду. В любом случае, предварительный буфер расширения дает вам запас для компенсации этих колебаний.
Рабочие параметры буровой установки.Высокое ударное давление в сочетании с высокой скоростью вращения приводит к тому, что долото слегка вращается внутри отверстия — едва заметное колебание, которое на протяжении десятков метров может увеличить диаметр отверстия на полмиллиметра или более. Это не обязательно означает плохое бурение; это просто физика ударной системы с некоторым зазором. Но это означает, что два одинаковых долота, работающих при разном давлении на одной и той же породе, могут создавать отверстия заметно разных размеров.
Руки оператора.Угол сверления, постоянное давление подачи и склонность к вращению сверла для управления диаметром отверстия — все это влияет на конечную форму и диаметр отверстия. Опытный сверлильщик, поддерживающий постоянный угол и постоянную подачу, получит более круглые и ровные отверстия, чем тот, кто борется со сверлом и меняет давление подачи. Предварительное расширение сверла не может исправить непоследовательность действий оператора, но может расширить диапазон приемлемых результатов.
Что это значит при покупке битов?
Во-первых: если вы измерите штангенциркулем новый конусный сверло и получите результат больше номинального, уберите штангенциркуль. Сверло исправно. Оно было разработано для измерения именно таким образом.
Во-вторых: при сравнении поставщиков, поинтересуйтесь их допусками до увеличения диаметра. Производитель, который стабильно выдерживает отклонение на 0,5–0,8 мм от номинального значения, тщательно контролирует производственный процесс. Тот, у кого новые сверла отклоняются от номинального значения на 0,2–1,2 мм — иногда меньше номинального, иногда значительно больше — экономит на контроле качества, и эта непоследовательность отразится на результатах сверления.
Третий пункт: подберите долота под тип грунта. В мягких, неабразивных породах допустимо предварительное расширение в нижней части диапазона — около 0,5 мм — поскольку износ при обкатке происходит более плавно. В твердых, абразивных породах, где начальная потеря диаметра происходит резко, следует использовать долота с первоначальным расширением — около 1,0 мм — чтобы рабочий диаметр не опускался ниже номинального слишком рано.
Четвертое: подбирайте буровые долота с подходящими конусными буровыми штангами. Долото, работающее ровно на прямой, хорошо обслуживаемой штанге, будет изнашиваться равномерно по всей окружности. Если же использовать то же долото на слегка изогнутой штанге, то измерительный ряд будет изнашиваться неравномерно — одна сторона будет тереться сильнее, чем другая, — что ускорит потерю диаметра и сведет на нет цель предварительного расширения. Штанга и долото — это система; рассматривайте их как единое целое.
