Краткий ответ
В бурении горных пород есть две основные системы, и разница между ними в том, где находится ударный механизм. В системе с верхним ударником (top hammer) удар создаётся наверху, на буровой машине, и передаётся вниз по буровым штангам; это быстро, но с ростом глубины потери энергии увеличиваются. В системе с погружным пневмоударником (DTH) ударник находится сразу за коронкой, внутри скважины; потерь на передачу нет, поэтому для глубоких и прямых скважин эта система лучше. Коронку выбирают, добавляя к этой разнице систем крепость и абразивность породы.
Две системы, два пути энергии
В системе с верхним ударником энергия удара передаётся от ударника на буровой машине к коронке через колонну буровых штанг. Каждое соединение штанг теряет часть энергии, поэтому по мере углубления скважины скорость бурения падает, а риск отклонения скважины растёт.
В системе DTH ударник находится сразу за коронкой и продвигается внутри скважины. Поскольку удар приходится прямо на коронку, глубина не вызывает потерь энергии. Скважина к тому же остаётся прямее.
На практике это означает следующее: для неглубоких скважин в большом количестве система с верхним ударником быстрее и экономичнее; для глубоких, прямых скважин большого диаметра лучше DTH.
О чём говорит геометрия штыревой коронки?
- Форма штырей: баллистические (заострённые) штыри быстрее проходят мягкие и средние по крепости породы; сферические штыри дольше служат в крепких абразивных породах.
- Расположение и число штырей: лобовые штыри выполняют бурение, периферийные (калибрующие) штыри сохраняют диаметр скважины. Если периферийные штыри изнашиваются раньше времени, скважина сужается и коронку заклинивает.
- Геометрия торца: плоский, вогнутый или с утопленным центром; выбор зависит от типа породы и нужной скорости бурения.
- Продувочные каналы: служат для выноса разрушенной породы (бурового шлама) из скважины; их засорение напрямую снижает скорость бурения.
Логика выбора по типу породы
В мягкой малоабразивной породе коронка с баллистическими штырями быстро продвигается, а штыри изнашиваются медленно. Главный критерий здесь скорость бурения.
В крепкой абразивной породе выбирают прочную коронку со сферическими штырями. Скорость бурения падает, но срок службы коронки заметно растёт; с учётом времени, которое уходит на замену коронок, общая производительность получается выше.
В трещиноватой породе с нарушениями сплошности растёт риск заклинивания; в таких массивах состояние периферийных штырей нужно проверять чаще.
Этот выбор нужно пересматривать при смене слоёв в том же карьере; если закрепить один тип коронки за всем карьером, теряется производительность.
Как правильно измерять ресурс коронки
Оценивайте работу коронки не по тому, «сколько скважин пробурено», а по тому, «сколько метров пробурено». Если глубина скважин разная, число скважин вводит в заблуждение. Стоимость метра бурения является единственным честным способом сравнить разные типы коронок, а ведение такого учёта занимает несколько минут.
Ошибки в работе, которые сокращают ресурс коронки
- Недостаточная продувка воздухом или водой: если шлам не выходит из скважины, коронка повторно перемалывает уже разрушенный материал, и штыри быстро изнашиваются.
- Чрезмерное давление подачи: слишком сильное прижатие коронки к породе ломает штыри и не повышает скорость бурения.
- Продолжение работы изношенной коронкой: когда периферийные штыри сработаны, скважина сужается, следующую коронку заклинивает, и штанги работают с перегрузкой.
- Неправильное сочетание штанги и коронки: сочетание с несовпадающей геометрией соединения и теряет энергию, и изнашивает соединение.
- Пропущенный срок переточки: коронка, которую регулярно перетачивают, в сумме бурит больше метров, чем коронка, которую используют до полного износа без переточки.