Түрлүү казу баштарынын тиш формалары катуу таш жана топуракта казуу эффективдүүлүгүнө кандай таасир этет?

Негизги механикалык принципттер: Тиштердин геометриясы энергиянын өтүшүн жана сындыруу режимин кандай белгилейт

Буруу тиштеринин конструкциясы таштардын сындыруу механикасын башкаруучу геометриялык параметрлер аркылуу энергия эффективдүүлүгүн туруктуу белгилейт. Оптималдуу тиш конфигурациясы энергиянын чачырануусун минималдаштырып, тиешелүү кесилүүгө негизделген сындыруу режиминээ гана жеткирет — энергияга көп чыгым келтирген бузулуга эмес.

Чыңгыс бурчу, арткы чөйрө бурчу жана жанар чөйрө бурчу: Алар кесилүүгө же бузулуга негизделген таштардын сындыруусуна туруктуу таасир этет

Чоку бурчусу трещинанын пайда болушуна чоң таасир этет. 90 градустан төмөнкү остро бурчтар кернеэлүү нукталарды жыйнап, трещиналардын тектондук түзүлүштөр аркылуу тез таркашууна жардам берет. Андан сонору, арткы бурчу — бул кескич тиштин тектондук түзүлүшкө каршы бурчу. Бул чыныгында бургулоо иштери учурунда кандай түрдөгү ыдыраш пайда болорун аныктайт. 15–25 градус аралыгындагы төмөнкү бурчтарда негизинен компрессиялык кысымдын таасири байкалат. Бирок бурчу 35–45 градуска чейин чоңойгондо, кернеэ менен ыдыраш аркылуу кесилүү ыдырашы үчүн жакшы шарттар түзүлөт. Жаны бурчу да маанилүү, анткени ал кесилген материалдын (cuttings) чыгышын жана бургулоо башынын жүзүнө таасир этүүчү жанылык күчтөрүнүн таркашуусун түзөт. 20 градустан жогорку активдүү жаны бурчтары липкий тектондук түзүлүштөрдө «балинг» (шар түзүлүшү) көрүнүшүн көп төмөндөтүшү мүмкүн. Саханадагы сыноолордун натыйжасында, бул бардык параметрлерди бирге туура тандаш — кысымга негизделген механизмге салыштырганда, кесилүүгө негизделген шарттарда бургулоо үчүн ар бир бирдикке туура келген энергиянын чыгымын 18–22 процентке чейин төмөндөтүшүн көрсөтөт («Journal of Petroleum Technology» журналы 2023-жылдын санында бул натыйжа жарыяланган).

ЧКЭ далили: Граниттеги төмөнкү арка-чыгыш бурчу (15°) конструкциясында оптималдуу (35°) конструкцияга салыштырғанда удельдүү энергия 27% жогору

Чектүү элементтерди анализдөөнү колдонуу катуу таш материалдары менен иштегенде форманын эффективдүүлүккө таасири кандай экенин аныктоого жардам берет. Мисалы, бул жерде эски 15 градустук артка тартылган чекиттүү дизайндар гранитте жаңы 35 градустук версияларга салыштырғанда энергиянын 27 процентин кошумча чыгарат, анткени алар компрессияны жакшы тутпайт. Туура бурчтун тандалышы чындыгында чоң мааниге ээ. Ал жакшы кесүү жазыгын түзөт жана ишти баялатып турган оор кесилүү маселелерин азайтат. Стресстин таралышын изилдөөдө да кызыктуу нерсе байкалат: 35 градустук дизайндар кесүү четинин айланасындагы фон Мизес стрессти жакында 41 процентке азайтат, бул жылуулуктун топтолушун азайтат жана убакыт өткөн сайын кесүү инструментинин износун баялатат. Бул бардыгы бизге терең геологиялык тузулуштар менен иштегенде, энергиянын чыгымы эң маанилүү болгондо, кесүү инструменттеринин наақты формасы жалпы эффективдүүлүккө супер катуу материалдарга гана таянууга караганда чоңдур таасир этет дегенди билдирет.

Бургулаштыргычтын тиштери Катуу тектерде (гранит, кварцит, базальт) дизайн жана бургулоо эффективдүүлүгү

Вольфрам карбидинен жасалган киргизилген (TCI) бурулгычтар: жогорку чөгөртүү басымында износко төзүмдүүлүк менен бузулуга төзүмсүздүк ортосундагы баланс

TCI кескичтери — бул катуу таштарды ойдоо үчүн негизги тандашып алынган кескичтер, анткени алардын издөөгө каршы туруу касиети жакшы. Бирок, биз чыныгы терең чыраларга түшкөндө, басым чоңдугу чоңдой баштаганда, карбид тиштерде чыңалуу сызаттары пайда болот. Биздин FEA натыйжаларын караганда, төмөнкү арка ракет бурчу (15 градус чамасында) дизайндары граниттен өткөндө идеалдуу 35 градус бурчунан салыштырмалуу 27 процентке көбүрөөк энергия талап кылат. Бул кошумча чыңалуу кескичтердин тез издөөсүнө да алып келет. Биз жер астында 1500 метрден өткөндө, жагындагы таш басымы 50 МПа дан өткөндө, шарттар дагы да катуулашат. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, кварцит формацияларында басымдын ар бир кошумча 10 МПа сыйынышы кескичтердеги сызаттарды 18 процентке чамасында көбөйтөт. Дурус карбид сортун тандоо мындай учурда өтө маанилүү. Ири талаа варианттары түртүштөрдүн тез таасирине жакшы каршы турат, бирок узак мөөнөттө издөөгө убакыт өткөндө тез иштеп кетет; бул операторлорго тапшырма түрүнө жараша чыңалууга чыдамдуулук менен узак мөөнөттүүлүк ортосундагы теңсиздикти сактоону талап кылат.

Миллендик тиштүү биттер кайда жакшы иштейт: 80 МПа кварцитте ротациялык-перкуссиялык өнөрлөштүрүү жана макро-геометриялык чыдамдуулуктун ролу

Компрессиялык күчү 80 МПа дан жогору болгон чыныгы катуу кварцит тектеринен өтүш үчүн, тегерченген тиштүү бурулгучтар (milled tooth bits) адаттагы ТСИ (TCI) бурулгучтардан жалпысынан жакшы натыйжа берет. Бул бурулгучтардын формасы аларга мындай катаң иштер үчүн керек болгон структуралык күч берет. Стальдан жасалган тиштер карбиддик киргизмелерге караганда кайталанган күчкө тууралуу чыдамдуулугу жогору, анткени алар бирден сынып кетпей, башкача айтканда, контролдолгон ыкмада кичинекей чатлактарды пайда кылат. Талаа сыноолорунда бул ыкма бурулгучтардын жалпы санын 40% га чейин азайтканы аныкталган. Башка бир ийгиликтүү жагы — алардын кеңири гуллет (gullet) дизайнды, бул жарылган базальт тектеринде кесилген материалдардын бир-бирине басылып калышын токтотот. Бул иштөөнүн эффективдүүлүгүн 92% га чейин сактап турат, ал эми ошол эле шарттарда стандарттык ТСИ бурулгучтарды колдонгондо бул көрсөткүч 78% га барабар. Сейсмологиялык изилдөөлөр жүргүзүүчү же аралаш катуу тектердин аркылуу тоннелдер куруучу компаниялар үчүн тегерченген тиштүү бурулгучтарга өтүш көбүнчө мүмкүнчүлүк эмес, артыкчылык болуп саналат.

Бургулаштыргычтын тиштери Жумшактан орточо тектерде (глина, сланец, айланган жылдыз ташы) долбоорлоо жана көмүр чыгаруу эффективдүүлүгү

Шар пайда болушунун алдын алуу жана кесилген таштарды алып чыгуунун жакшыртылыши: агрессивдүү бокс талаа жана желеги геометриясынын маанилүү ролу

Глиналы жана сланецтүү тектер менен иштөө бургулоочулар үчүн чыныгы кыйынчылыктарды тудурат, анткени кесилген материалдардын туура эмес алып чыгылышынан бургулуу башынын тегерчеги (bit balling) көрүнүшү пайда болот. Бул кесилген материалдардын баары бургулуу башына жабышып калганда болот, бул баштын айлануусун керек болгондон ашык тездетип, бургулоонун тереңдүгүн азайтат. Жакшырылган жанынан кесүү бурчу (side rake angles) 35–45 градуска жеткенде, кесилген материалдар бургулуу башына жыйланбай, ал эми оюк каналдарга (gully channels) жанынан этеп чыгарат. Эгер бул бурчтардын жакшырылган оюк каналдары менен бирге колдонулса — алардын кеңейтилген бөлүктөрү жана тик тараптары бар, — анда материалдар тезирээк жылжып, жабышпай калат. Сыналган жумшарган кварцтит тектерде (weathered sandstone) жасалган сыноолордо жалпы жабдыктоодон салыштырганда тегерчеги башынын түзүлүшү (balling) маселеси 40 процентке азайган. Туура акып өтүү жолдору биздин иштөөнүн башында жок кылынган кесилген материалдардын үстүнөн кайра бургулоого тоскоолдук кылат; бул иштөөлөрдүн тегерегинде жүрүшүн камсыз кылат жана бул кыйын тектерде перделиштен туган ашыкча жылыттыруу натыйжасында пайда болгон износун азайтат.

Материалдык жана конструкциялык компромисстер: ТЦИ vs. Циклдык бургулоо үчүн тиімдүүлүктү сактоо үчүн фреза менен иштелген тиш

Карбид байланышынын бүтүндүгү, термалык чарчоо жана циклдык жүктөмгө каршы болгон болот тиштин микротрещиналары

Бургу тиштеринин конструкциясы жана алардын иштешүүсүнүн эффективдүүлүгү негизинен операциялык күчтөр таасир эткендээ материалдын бузулушун башкарууга байланыштуу. ТЦИ бургулар үчүн термалык чарчоо чоң проблема, анткени карбид менен негиздин ортосундагы байланыштын бузулушуна себепчи болгон кайталанган кызатуу жана суутуу тиштердин узак бургоо сеансдарынан кийин чыгып кетишине алып келет. Талаа болгон болот тиштери да өз проблемаларын түзөт: алардын таасирге дуушарынан улам убакыт өткөндө майда трещиналар пайда болот, бул айрыкча басым 750 МПа дан жогору болгон гранит тектеринде белгилүү. Чектүү элементтерди анализдөө ТЦИ тиштеринин катуу тектерде бузулгандын алдында 1,8 эсе узун убакыт иштей турганын көрсөтөт, бирок геометриясы абдан агрессивдүү болгондо термалык проблемалар чыгып келет. Болот тиштери башка сюжетти түзөт. Абразивдүү тектерде туруктуу таасир тиштердеги микротрещиналардын иштөөнүн ар бир 100 саатында 0,3–0,5 мм га чейин өсүшүнө алып келет; ошондуктан алар баасы төмөн башталса да, алардын алмаштырылышы тезирээк керек. Жалпы эффективдүүлүк үчүн туура баланс табуу — бул туура инструментти туура ишке ылайыкташтыруу деген сөз. ТЦИ тиштери температура өзгөрүштөрү абдан четтеген эмес жана абразивдүү издер (стирание) негизги проблема болгондо эң жакшы иштейт. Болот тиштери сынып кетүүгө каршы туруктуулук жана түрткүлүү таасирлерге чыдамдуулук маанилүү болгондо таңдалат.

ККБ

Бурчуңдун тиш формасынын энергиялык эффективдүүлүккө таасири кандай?

Бурчуңдун тиш формасы таштын сынып кетиши механикасын аныктап, энергиялык эффективдүүлүккө туурасынан таасир этет. Оптималдык конфигурациялар чыбыртма режимдеринин тиешелүүлүгүн камсыз кылып жана энергиялык чыгымды талап кылган бузулушту болтурбай, энергиялык чыгымды минималдаштырат.

Чоку бурчуңу, арткы чыбыртма бурчуңу жана жаны чыбыртма бурчуңу таштын бузулушуна кандай таасир этет?

Чоку бурчуңу сынып кетишинин башталышын аныктайт; тар бурчуңдар кернеэни жыйнап, трещиналардын таралышын жагынан таасир этет. Арткы чыбыртма бурчуңдары бузулуштун түрүнө таасир этет; тик бурчуңдар кернеэ аркылуу чыбыртма бузулушунун пайда болушун жагынан таасир этет. Жаны чыбыртма бурчуңу кесилген материалдын чыгарылышына жана жаны бағыттагы күчтүн таралышына таасир этет; агрессивдүү бурчуңдар шар түзүлүшүн («балинг») азайтат.

Чектүү элементтер анализи (ЧЭА) бурчуңдун иштешүүсүн түшүнүүгө кандай салым кошот?

FEA толуктуктардын таралышын жана энергиянын чыгымын талдоо аркылуу иштешүү сапатын баалоого жардам берет. Ал, мисалы, артка караган кескин бурчунун, эффективносту, тозууга каршылыкты жана толуктуктардын таралышына таасири менен конструкциялык өзгөрүштөрдүн таасирин көрсөтөт, инструменттин формасын жана энергиянын чыгымын оптималдаштырууга жардам берет.

Катуу тектерди бургулоодо фреза менен иштелген тиштүү биттердин традициялык ТЦИлерге (TCIs) каршы артыкчылыктары кандай?

Фреза менен иштелген тиштүү биттер структуралык төзүмдүүлүккө ээ болуп, контролдолгон трещиналарды пайда кылуу аркылуу ашырып койулуштарды азайтат. Алар катуу тектерди бургулоодо жакшы натыйжа берет, эффективдүүлүктү сактап, тосулуш проблемаларын азайтат; ал эми традициялык ТЦИлерде колдонулган хрупкие карбид вставкалар мындай касиетке ээ эмес.

Басымдын жогорку болгон ортодо карбид классын дурус тандоо неге маанилүү?

Басымдын жогорку болгон ортодо карбид классы тозууга жана сынгычтыкка каршылыкка таасир этет. Ири талчалуу карбиддер соқкуларга туруктуураак, бирок тез тозот. Дурус класс тандоо соқкуга туруктуулук менен узак мөөнөткө салонуулууктун ортосундагы теңдикти камсыз кылат, ошондой эле оптималдуу иштешүүнү камсыз кылат.