EN
Властивості шарів ґрунту та вибір буртових відер
Кожний шар ґрунту має власні механічні властивості, що впливають на ефективність буріння та зношування ковша. Глина, пісок, гравій і вивітрений камінь мають різну межу міцності на зсув і ступінь абразивності, а також відрізняються за здатністю до зчеплення. Ці фактори визначають, як ковш взаємодіє з шарами ґрунту під час процесу різання, а також як він утримує й вивантажує ґрунт. Глина характеризується високою межею міцності на зсув і високою зчеплювальною здатністю. Тому для роботи з нею потрібні ковші з товстими плитами. Гравій високоабразивний, а м’який камінь спричиняє зношування ковша. Для роботи з вивітреним каменем потрібна спеціальна конструкція ковша, здатна витримувати ударні навантаження й різати камінь. Такі ковші повинні бути стандартизованими в регіонах їх використання через значну неоднорідність властивостей ґрунту. Наприклад, властивості ґрунту можуть змінюватися від м’якого піску до сильно ущільненого вивітреного каменю. Це може призвести до виникнення високого крутного моменту, уповільнення процесу різання та прискореного зношування бура. Дані, зібрані в 2022–2023 роках у рамках проектів зі спорудження паль у Північній Америці, свідчать про те, що ігнорування цих властивостей збільшує загальні витрати на буріння приблизно на 40 % через виходи з ладу ковшів і затягування процесу буріння.
Тип ґрунту, міцність ґрунту на зсув, абразивність, зчеплення, рекомендована адаптація ковша
Глина, висока, низька, висока, посилені бічні плити
Пісок, низька, помірна, низька, велике співвідношення відкриття
Щебінь, помірна, висока, відсутнє, важкі зуби
Вивітрений камінь, дуже висока, дуже висока, змінне, спеціальна конструкція різців
Адаптація конструкції бурильного ковша для ґрунтових та скельних утворень
Певні шари з високим опором і високою абразивністю вимагають спеціальної конструкції/геометрії зубів, посилення бічних плит та певного співвідношення відкриття.
Конструкція зубів ковша та співвідношення відкритої частини ковша мають вирішальне значення для визначення типу ґрунту, з яким може працювати ковш. Широкі зуби ковша, розташовані близько один до одного, забезпечують безперервне зрізання зчепленого ґрунту. Для ґрунту, що містить тверді й тріщинуваті породи, зуби ковша повинні мати заострену форму й розташовуватися з більшим розступом. Також слід враховувати підсилення бічних плит і співвідношення відкритої частини ковша. Бічні плити утворюють бічні стінки ковша, а співвідношення відкритої частини ковша впливає на його робочі можливості. Зменшення (на 15–20 %) співвідношення відкритої частини ковша збільшує його місткість при роботі з грубим, тріщинуватим і твердим ґрунтом, але уповільнює вивантаження матеріалів; натомість збільшення (на 25–35 %) цього співвідношення поліпшує витікання дрібнозернистого й менш зчепленого ґрунту. Використання одного й того самого типу ковша при переході від глини до твердої породи призводить до зниження бажаної глибини проникнення в ґрунт приблизно на 40 % в ході цього експерименту, що підкреслює необхідність розробки спеціалізованих конструкцій ковшів для конкретних завдань.
Специфікації матеріалів підкреслюють важливість марок легованої сталі та досягнень у галузі термічної обробки для терміну служби збільшених ковшів.
Тривалість експлуатації сталі залежить як від способу її обробки, так і від технологічного процесу виготовлення. У умовах абразивних гірських порід зазвичай застосовують леговані сталі, наприклад, 30CrMo або 40CrNiMo, які піддають термічній обробці до межі міцності не менше 1000 МПа. Індукційне або полум’яне поверхневе загартування підвищує твердість зубців і бічних плит до 48–52 HRC, що забезпечує покращення стійкості до зносу при роботі з гранітом або кварцитом. Навпаки, для ковшів, що переважно працюють з глиною або піском, можна використовувати менш дорогу сталь 20Mn з базовою закалкою. Це забезпечує достатню ударну в’язкість за низької вартості й уникнення надмірного витрачання ресурсів. Варто зазначити, що при виготовленні ковшів для руйнування гірських порід подвійним різанням після зварювання обов’язково потрібна відпалка зняття напружень, щоб уникнути тріщин, які можуть виникнути під час виробництва. Американське товариство випробувань і матеріалів (ASTM) A615/A615M та міжнародний стандарт ISO 6892-1 встановлюють вимоги щодо мінімального випробування механічних властивостей цих матеріалів; дотримання цих стандартів забезпечує узгодженість у серійному виробництві. Якщо термічна обробка та вибір матеріалу не узгоджені з умовами формування гірських порід, термін служби ковшів скорочується приблизно на 50 % у разі неочікуваних лінз гірських порід. Це призводить до зростання витрат на технічне обслуговування та заміну обладнання під час непланових простоїв у процесі руйнування гірських порід.
Адаптивне розгортання бурильних відер для максимізації ефективності буріння
Докази застосування: ознаки зниження обертів/крутяного моменту: коли слід змінювати відра під час буріння
Існує багато ознак того, що зниження продуктивності вказує на невідповідність між типом ґрунту та використовуваним ковшем. Зниження стабільних обертів двигуна на 15 % або більше порівняно з нормою, коливання крутного моменту в межах ±25 % від номінального значення під час переключення передач, а також наявність незвичайних гармонійних вібрацій — усе це є ознаками неефективної роботи механізмів, спричиненої зміною типу ґрунту. Такі вимірювання та спостереження можна отримати за допомогою спеціалізованих систем виробників оригінального обладнання (OEM), наприклад, телеметричної системи Bauer серії BG або системи Casagrande SmartDrill. За допомогою цих систем оператори можуть оперативно замінювати ковші, щоб уникнути пошкоджень. Згідно з Доповіддю про еталонні показники роботи 2023 року Міжнародної асоціації підрядників з фундаментних робіт (IFCA), зміни, які дозволяють дані про реальний час втрати продуктивності, можна внести протягом менше ніж 30 хвилин. Використання цих даних та технологій дозволило скоротити середній час простою на 36 %. Правильне підбір інструментів забезпечує швидкість проникнення в межах ±5 % від заданої мети, а оптимальна швидкість проникнення сприяє підвищенню загального коефіцієнта використання обладнання на 18–34 %.
Інтеграція геотехнічних журналів і даних у реальному часі для ефективної організації замовлень на бурильні відра
Ведучі підрядники використовують поєднання інтерпретованих геотехнічних журналів (профілів CPTu, значень N у стандартному зондуванні SPT та лабораторних даних про випробування на зсувну міцність) і поточних даних із бурильних установок для розробки прогнозних замовлень на бурильні відра. Прогнозні замовлення на бурильні відра працюють шляхом послідовного використання бурильних відер, що відповідає межам геотехнічних даних у різних шарах ґрунту (наприклад, черговість: лопаті для глини, потім різаки для гравію, а далі — шнеки для скельних порід). Підрядники, які застосовують прогнозні замовлення на бурильні відра, повідомляють про зменшення потреби в переділці робіт на 27 % та зменшення частоти заміни бурильного інструменту під час буріння на 32 %. Прогнозні замовлення на бурильні відра також покращили можливість утримувати свердловини в межах припустимого відхилення 2 мм на 30 м і відповідають різним вимогам до будівництва інфраструктури, зокрема стандартам ASTM D1586 та EN 1997-2. Прогнозні замовлення на бурильні відра змінюють процес планування бурильного інструменту та відер під час буріння — від реактивного до планового, орієнтованого на дані.
Часті запитання
П. Чому властивості ґрунту є важливими при виборі бурильного відра?
В. Ефективність роботи бурильного відра та його пошкодження залежать від зсувної міцності, абразивності та зчеплення ґрунту. Правильний вибір конструкції відра та типу ґрунту зменшує пошкодження відра й підвищує його ефективність.
П. Які наслідки різкої зміни типу ґрунту?
В. Різка зміна типу ґрунту може призвести до зростання опору проникненню бурильного відра та інтенсивнішого його зношування через необхідність застосування більшого крутного моменту. Це збільшує потребу в додатковій роботі та вартість проекту.
П. Які чинники враховуються при проектуванні бурильного відра для забезпечення його більшої довговічності?
В. Для підвищення довговічності конструкції бурильного відра важливо враховувати підсилення бічних плит, співвідношення площі отворів, марки легованої сталі, геометрію зубів та термічну обробку. Ці чинники мають бути узгоджені з умовами ґрунту та гірських порід.
П: Що роблять оператори для виявлення неправильного положення ковша під час буріння?
В: Несумісність ковшів може проявлятися постійною втратою обертів на хвилину (RPM), стрибками крутного моменту та аномальними вібраціями під час буріння. Ці ознаки вимагають негайних дій, щоб усунути перерву в роботі й зменшити простої системи.
П: Як спільне використання геотехнічних журналів із моніторингом у реальному часі допомагає?
В: Інтеграція геотехнічних журналів із даними в реальному часі допомагає визначити оптимальне положення ковшів і зменшити необхідність подальшого коригування положення під час буріння. Ця інтеграція в кінцевому підсумку підвищує ефективність проходження різних ґрунтових шарів.
