Lösningar för borrning i hårt berg: Effektiva driftsfärdigheter för hydrauliska bergborrare

Hård bergart med tryckhållfasthet över 150 MPa motverkar borrningen på sätt som mjuka och medelhårda formationer inte gör. Borrkolven av karbid är i kontakt med en yta som inte lätt deformeras—så varje slag måste leverera tillräckligt med energi för att initiera en spricka, inte bara deformera berget elastiskt. Om slagenergin per slag understiger den mängd energi som just denna bergart kräver för att spricka, bidrar slaget endast till värmeutveckling och slitage på borrkolven utan att framskrida i borrningen. Därför misslyckas borrning i hård bergart inte bara på grund av felaktigt vald utrustning, utan även på grund av korrekt utrustning som används med felaktiga parametrar.

De färdigheter som skiljer lönsam borrning i hård bergart från kostsam borrning i hård bergart handlar främst om att känna igen när systemet arbetar korrekt mot berget—och när det bara förbrukar bränsle.

Energitröskelproblemet vid borrning i hård bergart

Varje bergarts typ har en tröskel för slående energi under vilken varje slag endast orsakar elastisk deformation—berget återgår till sitt ursprungliga tillfälle utan permanent sprickbildning. Ovanför denna tröskel initieras och sprider sig sprickor, och borrverktyget förflyttas framåt. Tröskeln ökar med UCS: granit med en UCS på 200 MPa har en mycket högre tröskel än kalksten med en UCS på 80 MPa. En driftborr som levererar 150 J per slag kan borra kalksten effektivt samtidigt som den knappt spräcker granit—not because 150 J is 'low,' but because 150 J is below the threshold for that formation.

Den praktiska konsekvensen: vid borrning i hård bergart bör man inte spara på slagtrycket. Att köra med 80 % av det angivna slagtrycket för att 'spara utrustningen' i hård granit är motverkande – borrmaskinen arbetar längre tid per meter borrat, borrkärnan och borrstängerna utsätts för fler sammanlagda slagcykler per meter framåtgång (eftersom varje slag är mindre effektivt) och den totala förbrukningen av borrstål ökar. Hård bergart kräver maximal energi per slag tillsammans med rätt fördjupningskraft för att bibehålla kontakt under varje slag.

Val av borrkärna: knappgeometrin är viktigare än storleken

För hårda bergarter med hårdhet över 150 MPa avgör knappgeometrin hos borrkärnan hur effektivt slagenenergin omvandlas till sprickutbredning. Ballistiska (koniska) knappar tränger djupare per slag och är lämpliga för homogena hårda bergarter. Sfäriska knappar sprider kontaktytan mer omfattande och är mer slitstarka i sprickiga eller varierande hårda bergarter, där asymmetrisk belastning från sprickorna skulle skava bort en skarpare geometri.

Knappdiameter—diametern på varje karbidinsats—bör motsvara bergartenas hårdhet. Större knappdiameter sprider belastningen över en större yta, vilket minskar den enskilda knappens spänning i extremt hårt berg. Mindre knappdiameter koncentrerar energin vid kontaktpunkten för bättre penetrering i medelhårt berg. Att använda borrgeometri för mjuka berg i hårt granit leder till snabb slitage av karbidknapparna eftersom varje knapp är för liten för att tåla återstötsbelastningen från berggrunden med hög UCS.

Inställningar och justeringsindikatorer för hårt berg

Att identifiera borrverktygens slitage innan det blir katastrofalt

I hårt berg sker slitage av borrverktygen snabbare och är mindre tolererat än i mjuka formationer. De tre indikatorerna som avslöjar borrverktygets skick innan en fullständig inspektion: minskad penetrationshastighet utan någon förändring av driftparametrar (slitet karbid ger mindre spräkenergi per slag), ökad rotationspress utan geologisk förändring (mer vridmoment krävs när karbidkanten vid borrverktygets omkrets slits ner och den yttre diametern minskar, vilket ökar kontaktområdet), samt ökad hets i perkussionsljudet (slitna knappar gör att borrverktygets framsida kommer i mer direkt kontakt med berget, vilket förändrar formen på tryckvågen i stången).

Bytintervall för borrkärl i hård granit bör styras av data om penetrationshastigheten, inte av ett fast tidsintervall i timmar—hastigheten minskar pålitligt när karbidslitet slits, och att upptäcka detta vid en minskning på 15–20 % istället for att vänta tills minskningen når 35–40 % innebär att det slitna borrkärlet har burit på långsammare borrning under betydligt färre meter innan byte. Att spåra antalet borrade meter per borrkärn istället för antalet timmar per borrkärn ger en formationsnormaliserad måttstock som är konsekvent över olika borrkampanjer.

Hantering av gängor på borrstavar i hårt berg

Livslängden för gängan på borrstavar i hård bergart är kortare än i mjuka formationer eftersom kombinationen av maximalt slagenergi, hög rotationsvridmoment och bergartens benägenhet att kila fast borrhuvudet skapar upprepade högspänningscykler vid varje gängfog. Gängfoten är den plats där utmattning initieras. Karburerade kopplingar håller 3–4 gånger längre än standardvärmebehandlade typer i applikationer med hård bergart. Gängsmörjning med rätt anti-klibbrande förening – inte bara vilken fett som helst – förhindrar adhesiv metallöverföring vid gängytorna under stotbelastning.

Gängkontroll efter varje omgång i produktionen av hård bergborrning är standardpraxis på anläggningar med hög utnyttjandegrad. Sprickor i gängans fot är synliga under stark belysning vid den stora diametern; en spricka som upptäcks vid foten indikerar att ett brott är nära förestående under slagbelastning. Att byta ut en sprickad stav innan den går sönder sparar återhämtningsåtgärden för borrsträngen som ett brott mitt i hålet skulle kräva. HOVOO levererar tätningsset för de vanligaste driftarbetarnas modeller som används i hård bergborrning—Epiroc COP 1838+, Sandvik HL/RD-serien, Furukawa HD700—i PU- och HNBR-förbindelser som är lämpliga för driftstemperaturen. Referenser finns på hovooseal.com.