EN
Свойства на почвените слоеве и избор на кофа за бурене
Всяка почвена пластинка притежава собствени механични свойства, които влияят върху ефективността на буренето и износването на кофата. Глината, пясъкът, чакълът и изветрялата скала имат различни якости на срязване и абразивност и се различават по кохезионните си свойства. Тези фактори определят начина, по който кофата взаимодейства с почвените пластинки по време на процеса на рязане, както и начина, по който кофата задържа и изхвърля почвата. Глината има висока якост на срязване и висока кохезия. Следователно кофата изисква дебели плочи. Чакълът е силно абразивен, а меката скала ще износи кофата. За изветрялата скала е необходима конструкция, която да понася ударните натоварвания и да може да реже скала. Тези кофи трябва да бъдат стандартизирани в регионите, където ще се използват, поради силно променливите свойства на почвата. В един пример свойствата на почвата могат да се променят от мек пясък до силно консолидирана изветряла скала. Това може да доведе до висок въртящ момент, забавено рязане и ускорено износване на бура. Данни, събрани от 2022 до 2023 г. в рамките на проектите за изграждане на пилоти в Северна Америка, показват, че ако тези свойства се пренебрегнат, общите разходи за бурене се увеличават с около 40 % поради повреда на кофата и удължаване на процеса на бурене.
Тип на почвата, якост на срязване, абразивност, кохезия, препоръчана адаптация на кофа
Глина, висока, ниска, висока, усилени странични плочи
Пясък, ниска, умерена, ниска, голямо съотношение на отвореност
Чакъл, умерена, висока, липса, тежки зъбци
Изветрял камък, много висока, много висока, променлива, специализирана конструкция на резачите
Адаптиране на конструкцията на буровата кофа за почвени и скални формации
Някои пластове с високо съпротивление и абразивност изискват специфична конструкция/геометрия на зъбците, усилване на страничните плочи и определено съотношение на отвореност.
Формата и геометрията на зъбите на кофата, както и коефициентът на отвореност на кофата, играят съществена роля при определяне на типа почва, с който кофата може да работи. Зъбите на кофата, които са широки и разположени на малко разстояние един от друг, осигуряват непрекъснато срязване за свързани почви. За почви, съдържащи твърди и фрактурирани скали, зъбите на кофата трябва да са остри и разположени по-раздалечено. Трябва да се вземе предвид и усилването на страничните плочи, както и коефициентът на отвореност на кофата. Страничните плочи образуват страничните стени на кофата, а коефициентът на отвореност влияе върху работоспособността ѝ. Намаляване (с 15–20 %) на коефициента на отвореност увеличава вместимостта на кофата при работа с груба, фрактурирана и твърда почва, но забавя изхвърлянето на материала; обратно, увеличаване (с 25–35 %) на коефициента на отвореност подобрява протичането на по-фини и по-малко свързани почви. Използването на една и съща конструкция на кофа при преминаване от глинести почви към твърди скали води до намаляване с около 40 % на желаната дълбочина на проникване в почвата в рамките на този експеримент и подчертава необходимостта от конструкция, адаптирана за конкретни цели.
Спецификациите на материала подчертават значението, което имат класовете легирани стомани и усъвършенстванията в термичната обработка за експлоатационния живот на удължените кофи.
Дълголетието на стоманата зависи както от обработката, така и от процеса на производство. При абразивни скални условия обикновено се използват легирани стомани като 30CrMo или 40CrNiMo, термообработени до 1000 MPa или повече. Индукционното или пламъчното повърхностно закаляване увеличава твърдостта на върховете на зъбите и страничните плочи до 48–52 HRC, което подобрява устойчивостта към износ при гранит или кварцит. Напротив, кофите за превозване на предимно глина или пясък могат да използват по-евтината стомана 20Mn с основно гасене. Това осигурява недорога ударна вязкост и избягва излишната употреба на ресурси. Важно е да се отбележи, че при използването на кофи за скални работи с двойно рязане е необходимо отпускане на напреженията след заваряването, за да се елиминира риска от пукнатини, възникнали по време на производствения процес. Американското дружество за изпитания и материали (ASTM) A615/A615M и ISO 6892-1 определят стандарти за минималното изпитване на механичните свойства на тези материали, а спазването им гарантира еднаквост между производствените серии. При липса на правилна уравновесеност между термообработката и конструкцията на материала спрямо условията на формиране, експлоатационният живот на кофите намалява с около 50 % при неочаквани скални лещи. Това води до по-високи разходи за поддръжка и замяна по време на непланувани простои при скално формиране.
Адаптивно разпределяне на бурените тръби за максимизиране на ефективността при бурене
Доказателства от приложение: признаци на намаляване на оборотите/въртящия момент — кога трябва да се сменят бурените тръби по време на бурене
Има много начини, по които намаляването на производителността може да показва несъответствие между почвата и използванията кофа. Загуба на постоянни обороти (RPM) с 15 % или повече спрямо нормата, осцилации на въртящия момент с ±25 % от номиналната стойност и наличието на необичайни хармонични вибрации са всички признаци на неефективна механика, причинена от промени в почвените условия. Тези измервания и наблюдения могат да бъдат събрани чрез специализирани системи за телеметрия, интегрирани от производителите на оригинално оборудване (OEM), като например серията Bauer BG и Casagrande SmartDrill. С помощта на тези системи операторите могат да сменят кофите, за да избегнат повреди. Според Доклада за сравнителен анализ на операциите на Международната асоциация на подземните строителни фирми (IFCA) за 2023 г., промените, разрешени от данните за реално време за загуба на производителност, позволяват корекции за по-малко от 30 минути. Използването на тези данни и технологии е довело до намаляване на средното време на простои с 36 %. Правилната подбора на инструментите поддържа скоростта на проникване в рамките на ±5 % от целевата стойност, а скоростта на проникване допринася за подобряване на общата употреба на оборудването с 18 % до 34 %.
Интегриране на геотехнически протоколи и данни в реално време за ефективна организация на поръчките за бурови кофи
Най-добрите подизпълнители използват комбинация от интерпретируеми геотехнически регистри (профили CPTu, стойности N на проба SPT и лабораторно измерени стойности на срязващата якост), както и данни в реално време от бурилните машини, за да разработят предиктивни поръчки за бурилни кофи. Предиктивните поръчки за бурилни кофи работят чрез последователно използване на бурилни кофи, съответстващи на границите на геотехническите данни за бурилните пластове (например, ковшове за глина, последвани от резачи за чакъл и след това от спираловидни бурилни глави за скала). Подизпълнителите, които прилагат предиктивни поръчки за бурилни кофи, съобщават намаляване с 27 % на необходимостта от поправки и намаляване с 32 % на необходимостта от смяна на бурилни инструменти по време на бурене. Предиктивните поръчки за бурилни кофи също така подобряват способността да се поддържат бурилните шахти в рамките на допустимо отклонение от 2 мм на 30 м и отговарят на различни изисквания за строителство на инфраструктура, като например ASTM D1586 и EN 1997-2. Предиктивните поръчки за бурилни кофи променят процеса на планиране на бурилни инструменти и кофи по време на бурене – от реактивен към предварително планиран, фокусиран върху данни.
Често задавани въпроси
В. Защо свойствата на почвата са от значение при избора на бурен кофичен апарат?
О. Производителността и поврежданията на бурен кофичен апарат се влияят от съпротивлението на почвата на срязване, нейната абразивност и кохезия. Подходящият дизайн на кофичния апарат и типа почва намаляват поврежданията върху апарата и подобряват производителността му.
В. Какви са ефектите от рязките промени в типа почва?
О. Рязките промени в типа почва могат да предизвикат увеличено съпротивление при проникване на бурен кофичен апарат и ускорено износване на апарата поради необходимостта от по-висок въртящ момент. Това увеличава нуждата от повторна обработка и разходите за проекта.
В. Какви фактори се вземат предвид при проектирането на бурен кофичен апарат, за да се повиши неговата издръжливост?
О. За да се направи проектирането на бурен кофичен апарат по-издръжливо, е важно да се вземат предвид усилването на страничните плочи, съотношението на отворите, класовете легирани стомани, геометрията на зъбите и термичната обработка. Тези фактори трябва да са адаптирани към условията на почвата и скалата.
В: Какво правят операторите, за да установят несъвпадение на кофите по време на бурене?
А: Несъвместимите кофи могат да се проявяват чрез постоянна загуба на обороти в минута (RPM), възникване на въртящи моменти и аномални вибрации при бурене. Тези признаци изискват незабавни действия, за да се намали прекъсването и да се ограничи простоите на системата.
В: Каква е ползата от обединяването на геотехническите регистри с реалновременното наблюдение?
А: Интегрирането на геотехническите регистри с данните в реално време помага за определяне на най-доброто положение на кофите и ограничава необходимостта от последващи корекции на позицията по време на бурене. Тази интеграция в крайна сметка повишава ефективността при преминаване през различни почвени пластове.
