EN
Тау жыныстарының классификациясы және қаттылығына негізделген оқ астындағы тістерді таңдау
Тау жыныстарының қаттылығын МПа-мен өлшеу және жұмсақ саздан қатты тау жынысына дейінгі (60 МПа) геологиялық қабаттардың профилі
Жер астындағы қабаттарды зерттеу тастандың қаттылығын мегапаскаль (МПа) бірлігінде өлшеуден басталады. МПа — оқтың тістерінің жұмыс істеу сапасын болжауға мүмкіндік беретін көрсеткіш. 0–5 МПа аралығындағы жұмсақ саз және сазды құм қабаттарында стандартты конусты вольфрам карбидімен қапталған тістерді пайдаланып, тез тереңдікке енуге болады. 10–30 МПа аралығындағы ыдыраған тастанды қабаттары (мысалы, ыдыраған гранит пен жарылған құмтасты) тістердің шағын жарылуы мен тозуын азайту үшін карбид қабатын, күшейтуді және конустылықты қажет етеді. 40–60 МПа аралығындағы қатты әктас қабаттарында тістердің карбид ұштары өте тығыз болуы және ұзын уақыт бойы қырдың тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін жазықталаған профильге ие болуы керек. Негізінде қатты гранит, базальт және кварциттен тұратын 60 МПа-дан асатын қатты тастанды қабаттарын өңдеу үшін диаметрі басқаша (басқа-басқа деңгейлерде) жасалған конструкциялар мен шанктардың комбинациясы қолданылады. Жер асты қабаттарының аумақтық картасын жасау үшін Конустық Пенетрациялық Сынақ (CPT) әдісі қолданылады — бұл нақты уақытта плиталардың қаттылығының градиентін өлшеуге арналған стандартты алаңдық әдіс, ол тікелей оқтың тістерін таңдауға әсер етеді.
Топырақ–тастағы ауысу аймақтары: критикалық тозу тетіктері және «оқ тістерінің» бұзылу режимдері
Топырақ–тастағы ауысу аймақтары — «оқ тістерінің» бұзылуы үшін ең жоғары қауп-қатерлі орта болып табылады; бұл аймақтарда қазіргі іс-әрекеттерде бақыланған барлық уақытша алмастырулардың 60%-ы байқалады (Сахадағы инженерлік есептер, 2023 ж.). Бұл шекаралар асимметриялық жүктемелерді туғызады, нәтижесінде үш түрлі бұзылу режимі пайда болады:
Ұштың ыдырауы — топырақ пен гравиймен жабылған тастың қырлары топыраққа сіңген кезде «оқ тістерінің» карбид ұштарында ыдырауға әкеледі;
Сақинаның иілуі — гравий–тас қабатының шекарасы сақинаның бүкіл қимасына әсер ететін бүйірлік күштерді туғызады, бұл күштер болат сақинаның ағу шегінен асады;
Жеделдетілген сүйір шығындылар — кремний кристалдары карбид ұштарының жиегіне соғылған кезде пайда болады
Соққыға төзімділік пен қаттылық арасындағы компромисс үшін қолданылған жалғыз тиімді оптимизация — сапталар үшін пластикті қорытпалар, ал карбидтер үшін функционалды-градиентті карбидтер қолданылатын конструкция. Сонымен қатар, ерте анықтау критикалық маңызға ие болды: айналу моментінің тербелістеріндегі шығыңқылықтар мен көтерілген тербелістер жақындағы апатты көрсетеді.
Оқ тістерінің материалы бойынша зерттеу: Соққыға төзімділік пен тозуға төзімділік арасындағы тепе-теңдікті қамтамасыз ету
Вольфрам карбидінің ұш геометриялық құрамының ұштың әртүрлі қабаттардағы тозуына әсері
Бульлеттің тістерінің әртүрлі геологиялық аймақтарда қолданылуында қаттылыққа қарағанда архитектура, ақылды материалдар және ультраұсақ вольфрам карбиді арасындағы байланыс маңызды. 0,8 мкм-нан кем түйіршік өлшемі бар цементтелген карбидтің ультраұсақ вольфрам карбиді қарама-қарсы маркалармен салыстырғанда сынғыштыққа қарсы төзімділікті 20% арттырады және соққыға төзімділігін арттырады. Спиральді және көп жолақты профильдері бар күрделі флют архитектурасы қатты мен жұмсақ материалдардың ауыспалы қабаттары бойынша кернеудің таралуын одан әрі жақсартады, сондықтан тозу жылдамдығы төмендейді және құралдың қызмет ету мерзімі ұзақаяды. Осы мысалдар өндірісте қолданылады:
Карбидті ұшты конструкциялар функционалды кесу қабілетін жоғалтқанға дейін карбидсіз конструкцияларға қарағанда 3–5 есе көп карбидті ұшты конструкцияларды қабылдай алады;
Желілі құрылымдары бар ортаңғы қабаттарда қабаттар арасындағы шекаралар анық айқындалмаған жағдайда, желілі дизайнерлік шешімдер қабаттардың алмастырылу жиілігін 40% азайтты.
Жоғары қаттылықтың тек аралас қабаттар мен сынық геологиядағы «Оқ тістерінің» пайдалану мерзіміне тигізетін теріс әсері
Кобальт пен нанокөмірді қолдану арқылы әсіресе жоғары қаттылыққа қол жеткізу күрделі таужыныстар комбинациясында зиянды болуы мүмкін. Құмтастар жағдайында өсуі қажетті тозуға төзімділік пайдалы болса да, кварцит пен басқа геологиялық қоспалар (шамот, әктастың сынық және қабатталған түрлері) жағдайында жұмыс істеуге теріс әсер етуі мүмкін. 1400 HV-тен асатын жоғары соққыға төзімді қорытпалар микрожарықтардың тез дамуына әкелетін сусыздануға бейім, нәтижесінде екі түрлі бұзылу режимі байқалады:
Соққы әсерінен микродефектілер макродефектілерге айналғаннан кейін соққы микродефектілерінің тез экструзиясы;
Циклдық кернеу салдарынан карбид-болат аралығындағы өткір шеттің тұрақты жоғалуы.
Сондықтан қоспа қабатты жағдайларда жоғары қаттылықты қорытпалардан пайда болатын тегіс емес беттілік 1100–1300 HV дизайндарындағы тоқтамен және қаттылықпен дәстүрлі теңестірулерге қарағанда тек 35%-ға дейін төмендейді.
Өнімділікке негізделген оқ тәрізді тістердің сәйкестендірілуі: BKH/BTK және конустық сериялардың тау жынысы қабаттары бойынша салыстыруы
B47K17.5, B47K19, B47K22H және C31HD: 30–80 МПа тау жыныстарындағы тереңдікке ену жылдамдығы, тұрақтылығы және қызмет мерзімі
BKH/BTK немесе конустық сериялардың қайсысын таңдау қажеттілігі тау жынысының қаттылығы мен құрылымдық біртектілігін бағалауды талап етеді:
B47K17.5 (1,1 кг) төмен ену жылдамдығы мен маңызды тұрақтылық жоғалтуы болмаған жағдайда 30–50 МПа тау жыныстарында (сланец, орта тығыздықтағы құмтасты) өте жақсы нәтижелер береді;
B47K19 (1,2 кг) қосымша массасы арқылы осы аралықтардағы соққыны сіңіруге мүмкіндік беретін, 60 МПа-ға дейінгі тау жыныстарында (тозған және тұрақты) қолданылатын өте жоғары тұрақтылыққа ие;
B47K22H (1,25 кг) тығыз, төменгі дәрежелі метаморфтық тау жыныстарында (60–80 МПа) жұмыс істеуге арналған; ол өткізу жылдамдығында елеулі төмендеу болмайтындай етіп жасалған, бірақ соққыға төзімділігі мен алмастыру циклдерінде белгілі дәрежеде төмендеу байқалады;
C31HD (0,5 кг) гравий, мәңгілік тоңдақ немесе күшті жарықшақталған жоғарғы қабаттар сияқты 30 МПа-дан төменгі тау жыныстарын тез өткізуге арналған, бірақ 30 МПа-дан жоғары тау жыныстарында қарапайымдалған геометриясы салдарынан қызмет ету мерзімінде елеулі төмендеу байқалады.
Аралас геологиялық тау жыныстарында ең жоғары тиімділік C31HD құрылыс жерінде және B47K қатты тау жыныстарында қол жеткізіледі; мұнда тау жыныстарының үздіксіздігі минималды тоқтап қалу уақыты арқылы және әсіресе горизонталь бағытта құрылымдық бүтіндіктің сақталуы арқылы қамтамасыз етіледі.
Бұрғылау параметрлері мен оқ астындағы тістерді нақты жағдайларға бейімдеу
Терең қазу технологиясы айналмалы қазу басын қажет етеді. Жоғары кедергі мен қиын қазу ортасы (қатайтылған тасты қабаттар) салдарынан қазу басы жағдайларға бейімделуі керек. Бұл айналмалы бас (20–50 айн/мин), осьтік жүктемелер (5–15 тонна) және қазу басына бағытталған тереңдікке өту қысымын (0,01–0,05 м/мин) қажет етеді. Осы зерттеулер нәтижесінде стандартты бастармен салыстырғанда бастардың ерте тозуы 34%–ға азайды («Геотехникалық инженерия журналы», 2023 ж.). Бастың кедергісіндегі болжанбаған өзгерістер беттің сынуы мен басқа құрылымдық зақымдануларын болдырмау үшін параметрлерді уақытылы реттеуді талап етеді. Тұрақты параметрлерді үздіксіз қолдану басқару сенсорларын қолданатын әдіспен салыстырғанда бастардың ауысу жиілігін 200%–ға арттырады. Қазу басының параметрлерін мақсатты жағдайларға сәйкес басқару мен реттеу теориялық дамытылған кедергіге қатысты бас өзгерістеріне қарағанда интеграцияға көбірек назар аударуды талап етеді. Мысалы, деформация өлшеуіштерін, акустикалық эмиссия бақылау жүйелерін және басқару параметрлерін қазу басына орналастыру.
Жиі қойылатын сұрақтар
MPa дегеніміз не — тастардың деформацияға қарсы төзімділігін өлшеу контекстінде?
MPa (мегапаскаль) — деформацияға қарсы төзімділіктің (тастардың қаттылығы) өлшем бірлігі. Ол оқ жетегінің сапасын бағалау үшін қолданылады.
Неге оқ жетегі топырақ–таста ауысу аймақтарында орналасқан кезде қосымша қауп болады?
Сол аймақтарда жүктеме қатты және теңсіз түрде әсер етеді, бұл оқ жетегінің бұзылуына, сынуына, сабының иілуіне және бұрғылау жетегін алмастыру қажеттілігіне әкелуі мүмкін.
Оқ жетегін сынау кезінде вольфрам карбидін қолданудың қосымша қызметі қандай?
Белгілі бір конструкциялық графитпен бірге қолданылатын вольфрам карбиді (тозуға төзімді және берік материал) оқ жетегінің ұстанымын, әділдігін және матаға тереңдете өту қабілетін жақсартады.
Бейімделетін бұрғылау параметрлері бұрғы тістерінің тұрақтылығын сақтайды, себебі олар қызуға ұшырауды және артық тозуды шектейді.
