Может ли сверло с выпуклым центром дольше сохранять точность заточки без ущерба для глубины проникновения?
Когда резьбовое сверло с кнопкой выводится из эксплуатации, это часто происходит не потому, что все твердосплавные кнопки вышли из строя.
Это произошло потому, что сверло ослабло.
Когда внешний диаметр изнашивается ниже допустимого предела, пробуренное отверстие становится недостаточного размера. Это создает проблемы в дальнейшем: низкая точность бурения, трудности с зарядкой, ненадежное качество отверстий под болты и менее предсказуемые результаты взрывных работ. В горнодобывающей промышленности и при строительстве тоннелей буровое долото, которое больше не держит калибр, может повлиять на гораздо большее, чем просто на себестоимость за метр.
Очевидный ответ кажется простым: добавить больше кнопок для отображения информации.
Но разработка микросхем с кнопками никогда не бывает такой простой.
На рабочей поверхности ограниченное пространство. Добавление большего количества или более крупных твердосплавных элементов может снизить силу удара, доступную для каждого элемента. Неправильная компоновка рабочей поверхности также может ограничивать промывку и затруднять удаление шлама. В результате может наблюдаться замедление проникновения, более интенсивное повторное измельчение или ускоренный износ в другой части бурового долота.
Один из способов решения этой конструктивной проблемы — использование выступающей центральной части грани.
Почему потери в измерительном приборе так важны?
Калибровочные кнопки расположены по внешнему краю бурового долота. Их задача — поддерживать диаметр скважины во время бурения и вращения долота. Они подвергаются сильному истиранию со стенками скважины, особенно в твердых или абразивных породах.
Когда кнопки регулировки изнашиваются, сверло начинает вырезать отверстие меньшего диаметра. На первый взгляд это может показаться незначительным, но последствия могут накапливаться:
Диаметр отверстия становится менее стабильным.
Возможно, нарушится выравнивание бурового отверстия.
Последующие взрывные работы или работы по креплению становятся менее предсказуемыми.
Интервалы между шлифовками могут сократиться.
Диаметр отбрасываемого фрагмента достигается раньше.
Для бурового подрядчика срок службы резьбового долота часто является важным фактором, определяющим реальную стоимость. Долото с отличной проникающей способностью, но коротким сроком службы может оказаться не самым экономичным инструментом в работе.
Задача состоит в том, чтобы улучшить защиту измерительного прибора, не создавая при этом поверхность, плохо поддающуюся сверлению.
Компромисс в традиционных рабочих поверхностях сверл
На обычной рабочей поверхности сверла с кнопочным механизмом пространство ограничено. Калибровочные кнопки, передние кнопки, уплотнительные отверстия и канавки — все они конкурируют за одну и ту же площадь.
Увеличение количества калибровочных кнопок может помочь распределить износ и сохранить диаметр. Но это также может уменьшить пространство, доступное для промывки скважин. Если буровой шлам не может эффективно покинуть скважину, он может снова измельчиться под долотом. Это приводит к потере энергии удара и может замедлить проходку.
Добавление более крупных твердосплавных кнопок влечет за собой еще один компромисс. Доступная энергия удара распределяется между большим количеством точек контакта. Если компоновка не спроектирована тщательно, сила разрушения, приложенная к каждой кнопке, может снизиться. В твердых породах это может уменьшить эффективность процесса разрушения.
Именно поэтому выбор биты с кнопками не следует основывать только на количестве кнопок. Положение, высота, угол, схема затирки и профиль поверхности — все это влияет на производительность.
Что меняет лицо с приподнятым центром?
Приподнятая центральная часть приподнимает часть передней панели над уровнем кнопок индикатора. Небольшое количество центральных или передних кнопок расположены немного выше, чем крайние, создавая более выраженный перепад в профиле панели.
Это дополнительное вертикальное измерение дает дизайнеру больше пространства для работы.
Долото позволяет устанавливать дополнительные калибровочные кнопки, оставляя при этом полезное пространство для более крупных промывочных отверстий и дренажных канавок. Приподнятая центральная часть также может создавать слегка утопленный профиль дна отверстия во время бурения. Это изменяет способ взаимодействия передних кнопок с породой и то, как буровой шлам отводится от зоны дробления.
Цель состоит не просто в том, чтобы сделать лицо более сложным. Цель состоит в улучшении взаимосвязи между тремя конкурирующими потребностями:
Защита манометра
Эффективность разрушения горных пород
эвакуация обрезков
Когда эти три элемента сбалансированы, долото может дольше сохранять диаметр, поддерживая при этом производительный цикл бурения.
Более тщательная промывка позволяет сократить количество ненужных повторных дроблений.
Промывку унитазов легко недооценить, пока она не станет проблемой.
Когда измельченная порода остается на дне скважины, долото тратит энергию на разрушение уже измельченного материала. Это часто называют повторным дроблением. Такой способ неэффективно продвигает скважину и может привести к увеличению нагрева и износу рабочей поверхности долота.
Конструкция бурового долота с приподнятым центром позволяет создать больше пространства для более широких или лучше расположенных промывочных каналов. Если схема промывки улучшает движение воды и шлама, обломки могут быстрее покидать забой. Это позволяет твердосплавным элементам более эффективно взаимодействовать со свежей породой.
В результате может быть достигнуто более чистое бурение, уменьшено вторичное разрушение и обеспечена более стабильная проходка.
Реальная выгода зависит от типа породы, параметров бурения, условий продувки воздухом или водой, а также от остальной части бурильной колонны. Но принцип прост: рабочая поверхность долота, эффективно удаляющая шлам, дает твердосплавным элементам больше шансов эффективно работать.
Большее количество кнопок не означает автоматически более медленное сверление.
Вполне обоснованно опасаться, что добавление кнопок индикатора снизит энергию удара.
Однако, хорошо продуманная конструкция с приподнятым центром может решить эту проблему, контролируя высоту и зацепление передних кнопок. Вместо того чтобы заставлять каждую кнопку соприкасаться с породой совершенно одинаково, ступенчатый профиль может направлять процесс разрушения породы.
Выступающие передние кнопки инициируют процесс разрушения. Калибровочные кнопки поддерживают стенки отверстия. Большие промывочные отверстия помогают отводить стружку. Поверхность спроектирована как единая система, а не как набор отдельных твердосплавных вставок.
Это различие имеет значение.
Неправильно спроектированное буровое долото с большим количеством кнопок может бурить медленнее. Правильно спроектированное долото с улучшенным профилем рабочей поверхности может поддерживать глубину проникновения за счет уменьшения повторного дробления и улучшения удаления бурового шлама.
Именно поэтому полевые испытания остаются крайне важными. Одно и то же буровое долото может вести себя по-разному в абразивном граните, трещиноватых породах, влажном грунте или в проходческом блоке с изменчивым геологическим строением.
Где могут быть полезны детали кнопок с приподнятым центром
Резьбовые сверла с выступающим центром могут подходить для применений, где качество отверстия и срок службы калибра имеют особенно важное значение, в том числе:
Разработка подземных шахт
Бурение забоя туннеля
Бурение в условиях абразивных пород при добыче нефти и газа
Отверстия для крепления кровли и опоры грунта
Проекты, где точная установка утолщений и диаметр скважин влияют на последующие работы.
Они не являются универсальным решением для всех проблем бурения. При выборе долота необходимо учитывать твердость породы, абразивность, тип бурового инструмента, диаметр скважины, условия промывки и требуемую схему бурения.
Хорошо подобранная стандартная поверхность может оставаться правильным выбором во многих ситуациях. Ценность конструкции с приподнятым центром проявляется, когда износ калибра, плохое промывание или чрезмерная перешлифовка становятся постоянными затратами.
Что следует оценить перед изменением конструкции бита?
Перед переходом на новый профиль резьбового бурового долота необходимо проверить текущие результаты сверления.
Обратите внимание на износ калибра, скорость проходки, поломку кнопок, износ корпуса долота, точность бурения скважины, характер промывки и интервалы переточки. Эти наблюдения помогут определить, связана ли реальная проблема с конструкцией долота, параметрами бурения, недостаточной промывкой, плохой центровкой или несоответствием долота и породы.
Затем проведите сравнение вариантов конструкции с помощью контролируемых полевых испытаний.
Лучшее буровое долото — это не всегда то, которое имеет больше всего твердосплавных элементов, самое большое промывочное отверстие или самую агрессивную на вид поверхность. Это то, которое сохраняет толщину бура, эффективно бурит и обеспечивает предсказуемую стоимость пробуренного метра в реальных условиях.
Приподнятая центральная часть грани — еще один инженерный инструмент для достижения этого баланса.
