Kemény kőfúrási megoldások: hatékony működtetési készségek hidraulikus kőfúróknál

A 150 MPa-nál keményebb szikta kőzet ellenáll a fúrónak olyan módon, amilyen módon a puha és közepesen kemény képződmények nem. A fúrószerszám karbidvégének felülete olyan kőzettel érintkezik, amelyet nem lehet könnyen behorpadni – ezért minden ütésnek elegendő energiát kell szolgáltatnia ahhoz, hogy repedést indítson, nem csupán rugalmasan deformálja a kőzetet. Ha az ütésenkénti ütésenergia kevesebb, mint amennyit az adott kőzet repedéséhez szükséges, akkor az ütés hőt és kopást okoz a fúrószerszámnak, anélkül, hogy előrehaladna a fúrás. Ezért a kemény kőzet fúrása nemcsak a helytelen berendezés-választás miatt megy kudarcba, hanem akkor is, ha a megfelelő berendezést helytelen paraméterek mellett üzemeltetik.

A termelékeny kemény kőzet fúrását az költséges kemény kőzet fúrástól elkülönítő készségek leginkább abban rejlenek, hogy felismerjük, mikor működik a rendszer megfelelően a kőzettel szemben – és mikor egyszerűen csak üzemanyagot éget.

Az energiahatár-probléma kemény kőzet esetén

Minden kőzetfajtának van egy küszöb-ütközési energiája, amely alatt minden ütés csak rugalmas deformációt okoz – a kőzet visszatér eredeti állapotába maradandó törés nélkül. A küszöbérték felett repedések keletkeznek és terjednek, és a fúrófej előrehalad. A küszöbérték nő a kőzet egyaxiális nyomószilárdságával (UCS): a 200 MPa-os gránit küszöbértéke sokkal magasabb, mint az 80 MPa-os mészkőé. Egy olyan fúrógép, amely 150 J energiát szolgáltat ütésenként, hatékonyan fúrhat mészkövet, miközben alig tudja megrepeszteni a gránitot – nem azért, mert a 150 J „alacsony” érték, hanem azért, mert ez az energia a kérdéses kőzetformáció küszöbértéke alatt van.

A gyakorlati következmény: kemény sziklában ne takarékoskodjon a kalapácsnyomásban. A névleges kalapácsnyomás 80%-án történő üzemeltetés a 'berendezés megóvása' érdekében kemény gránitban ellentétes hatású – a fúrógép hosszabb ideig működik méterenként, a fúrófej és a rúd méterenként több összhatás-ciklust szenved, mivel minden egyes ütés kevésbé hatékony, és a teljes fúróacél-fogyasztás növekszik. A kemény sziklához maximális energia szükséges ütésenként, megfelelő tolóerővel, hogy a fúrófej az ütés teljes ideje alatt érintkezésben maradjon a kőzet felületével.

Fúrófej-választás: a gombformák geometriája fontosabb, mint a méret

150 MPa-nál keményebb képződmények esetén a gombformájú fúrófej geometriája határozza meg, milyen hatékonyan alakul át az ütési energia repedésképződésre. A ballisztikus (kúpos) gombok mélyebbre hatolnak ütésenként, és homogén kemény sziklára alkalmasak. A gömb alakú gombok szélesebb érintkezési területet biztosítanak, és ellenállóbbak törött vagy változó keménységű kemény sziklában, ahol a repedések okozta aszimmetrikus terhelés lecsiszolná a hegyesebb geometriájú gombokat.

Gombméret – a karbidbetétek átmérője – egyeznie kell a képződmény keménységével. A nagyobb méretű gombok a terhelést nagyobb felületre osztják el, csökkentve az egyes gombokra ható feszültséget extrém kemény kőzeteknél. A kisebb méretű gombok a kontaktuspontra koncentrálják az energiát, így jobb behatolást biztosítanak közepesen kemény képződményeknél. A puha képződményekhez tervezett fúrófej geometriájának használata kemény gránitban gyors karbidkopást eredményez, mivel az egyes gombok túl kicsik ahhoz, hogy ellenálljanak a magas UCS-értékű kőzetfelület visszaverődési terhelésének.

Kemény kőzet paraméterbeállításai és beállítási jelzők

A fúrófej kopásának felismerése katasztrofális károsodás előtt

Kemény kőzetben a fúrófej kopása gyorsabb és kevésbé toleráns, mint lágy képződményeknél. A három jelző, amely a teljes ellenőrzés előtt tájékoztatja a fúrófej állapotáról: a behatolási sebesség csökkenése paraméterváltozás nélkül (kopott karbid esetén az egyes ütésekhez kevesebb repedésenergia jut), a forgatási nyomás növekedése geológiai változás nélkül (a kaliber karbid kopása miatt több nyomatékra van szükség, és a fúrófej külső átmérője csökken, növelve így a kontakt perimetert), valamint a percussziós hang durvaságának növekedése (kopott gombok esetén a fúrófej felülete közvetlenebb érintkezésbe kerül a kőzettel, megváltoztatva ezzel a rúdban terjedő feszültséghullám alakját).

A kemény gránitban történő fúrófej-csere időpontját a behatolási sebesség adatai, nem pedig egy rögzített időintervallum alapján kell meghatározni – a sebesség előrejelezhetően csökken a keményfém kopása miatt, és ha a csökkenést 15–20%-nál észleljük, nem pedig 35–40%-nál várjuk meg, akkor a kopott fúrófej sokkal kevesebb métert fúrt lassan a cseréje előtt. A fúrófejenként megtett méterek nyomon követése – nem a fúrófejenként eltöltött órák – egy képződményre normalizált mutatót eredményez, amely konzisztens a különböző fúrási kampányok során.

Rúzsszál-kezelés kemény kőzetben

A rúdmenet élettartama kemény kőzetben rövidebb, mint lágy képződményekben, mert a maximális ütőenergia, a nagy forgatónyomaték és a kemény kőzet bitbeforgó tendenciája együttesen ismétlődő, nagy feszültségciklusokat eredményez minden menetkapcsolódásnál. A menetgyökér a fáradás kezdőpontja. Megszénított csatlózók 3–4-szer hosszabb élettartamot biztosít a szokásos hőkezelt típusokhoz képest kemény kőzetekben. A menet kenése a megfelelő ragadásgátló anyaggal – nem bármilyen zsírral – megakadályozza az összeragadó fémetal-átvitelt a menetfelületeken ütőterhelés alatt.

A menetellenőrzés minden kör után a kemény kőzetekben végzett gyártási fúráskor szokásos gyakorlat nagy kihasználtságú helyszíneken. A menetgyök repedése jól látható erős megvilágítás mellett a nagy átmérőn; ha repedést észlelnek a menetgyökön, az ütőterhelés alatt hamarosan törés következik be. Egy repedt rúd cseréje még a törés előtt megmenti a fúrószálat a köztes törés miatti mentési művelettől. A HOVOO tömítőkészleteket szállít a kemény kőzetekben használt fő driftermodellekhez – Epiroc COP 1838+, Sandvik HL/RD sorozat, Furukawa HD700 – PU és HNBR összetételben, amelyek megfelelnek az üzemelési hőmérsékletnek. Hivatkozások: hovooseal.com.