Kaip pasirinkti tinkamą deimantinį šerdies gręžimo įrankį skirtingoms uolienų formacijoms

Uolienų formacijų savybių supratimas: kietumas, abrazyvumas ir struktūra

Uolienų kietumas (Maho ir Šoro skalėmis) ir jo poveikis Almasas Išlaidos greitis

Kiek sunku uoliena lemia didelę įtaką briliantų nusidėvėjimo greičiui branduoliniuose gręžimo darbuose. Granito formacijos, kurių kietumas pagal Mohso skalę yra apie 6–7, labai išsekina briliantų pjūklus, nes sukuria itin didelius slėgio taškus pjovimo paviršiuje. Laboratorinių tyrimų duomenys rodo, kad gręžiant per granitą briliantų nusidėvėjimas gali būti net 40 % didesnis nei gręžiant minkštesnes medžiagas, tokias kaip kreida, kurios kietumas pagal Mohso skalę yra apie 3. Tai reiškia, kad gręžimo operatoriams reikia naudoti stipresnius klijavimo agentus, kad briliantai liktų pritvirtinti prie įrankio, dirbant didelėmis apkrovomis. Taip pat yra vadinamasis Šoro skleroskopo bandymas, kuris matuoja medžiagos atšokamumą ir padeda prognozuoti, ar briliantų segmentai suskils nuolat veikiami smūgių perkusioniniame gręžime. Pasirenkant tinkamus branduolinius gręžtuvus, specialistai vertina tiek Mohso skalės reikšmes, tiek Šoro skaičius, atsižvelgdami į tai, su kokio tipo uoliena jie turi dirbti, siekdami išvengti situacijų, kai briliantai suskyla anksčiau laiko.

Šlifuojamumo indeksas (pvz., Cerchar) ir matricos erozijos rizika kvarco turinčiose uolienose

Šlifuojamumas apibūdina uolienos gebėjimą erodijuoti metalinę matricą, kuri laiko deimantų daleles. Kvarco turintys smiltainiai – ypač tie, kurių Cerchar šlifuojamumo indeksas >3,5 – sukelia greitą matricos eroziją, dėl kurios deimantai išsiskleidžia per anksti ir mažėja gręžimo galvutės tarnavimo trukmė. Šią sąsają patvirtina lauko duomenys:

Kvarco koncentracija	Matricos erozijos naudingumo padidėjimas	Šerdies gręžimo galvutės tarnavimo trukmės sumažėjimas
15–30%	2%	25–30%
>30%	3.5%	50–60%

Tokiose uolienose būtina naudoti minkštąsias matricas su erozijai atspariais priedais (pvz., volframo karbidu ar chromo boridu), kad būtų užtikrintas kontroliuojamas deimantų išsiskleidimas be per didelio nusidėvėjimo.

Konstrukcinė vientisumas: sušvelnėjusi prieš įprastinę uolą ir jos poveikis šerdies išgaunamumui bei gręžimo galvutės stabilumui

Įprastinės uolos leidžia nuolatinį prasiskverbimą ir aukštą šerdies išgaunamumą (>95 %), tuo tarpu sušvelnėjusios formacijos sukelia tris tarpusavyje susijusius iššūkius:

• Šerdies užstrigimas : Suskiltę fragmentai įstrigsta tarp šerdies skliauto sienų, sustabdantys judėjimą
• Dantuko nestabilumas : Asimetrinis apkrovimas sukelia virpesius ir pagrečina deimantų praradimą
• Pavizdžio iškraipymas : Struktūrinės medžiagos žlugimas pažeidžia geologinę interpretaciją

Stabilizuojantys gręžimo skysčiai ir paviršiuje įtvirtinti deimantiniai branduolio dantukai padeda sustiprinti plyšių zonas ekstrahavimo metu – pagerinant branduolio vientisumą ir sumažinant neproduktyvų laiką.

Deimantiniai branduolio dantukų tipai ir jų optimalios taikymo vietos uolienų formacijose

Įprasminti deimantiniai branduolio dantukai kietoms, šlifuojančioms formacijoms, tokioms kaip granitas ir bazaltas

Impregnuoti deimantiniai šerdies gręžimo įrankiai veikia į embedding mažiausius deimanto dalelių kiekius į metalinę matricą, kuri yra suvirinta. Kai išorinė sluoksnio dalis pradeda dėvėtis gręžimo metu, atsiskleidžia naujos deimanto dalelės, todėl įrankis išlaiko nuoseklią našumą net gręžiant sunkiai apdorojamus medžiagų tipus, tokius kaip granitas (6–7 Mohso skalėje) ar tankus bazaltas. Šis konkrečios konstrukcijos įrankis išsiskiria ypatingai kvartzo turinčiose vietovėse (Cerchar skalėje matuojant virš 0,8), kur tradiciniai paviršiaus montuojami įrankiai greitai praranda deimantus dėl šių uolienų abrazyvinės prigimties. Realiojo pasaulio bandymai parodė, kad impregnuoti įrankiai tarnauja apie 35 procentus ilgiau nei standartiniai analogai dirbant silicio turinčiose uolienose, tuo pat metu išsaugant daugiau kaip 90 procentų šerdies mėginio. Taip pat labai svarbu tiksliai nustatyti plovimo slėgį, nes jo neatitikimas gali sukelti matricos paviršiaus „stiklinimą“ ir ilgų gręžimo sesijų metu kilti peršilimo problema.

Paviršiaus montavimo deimantiniai branduoliai minkštiems–vidutiniškai kietiems, įtrūkusiems uolienoms, tokioms kaip šlapias ir orui veikiamas smiltainis

Diamantino šerdies gręžimo įrankiai su paviršiaus nustatymo konstrukcija turi didesnius diamantus, kuriuos atskirai pritvirtina tiesiai ant gręžimo įrankio veido. Šie įrankiai geriausiai tinka minkštesniems medžiagų ar nuosėdų sluoksniams gręžti, kurie nėra labai stabilūs. Šių įrankių forma leidžia jiems gręžti uolienas, kurios nepakenčia didelio slėgio, pvz., šešėlinę ar seną smiltainį, kuris laikui bėgant susilpnėjo (apie 20–80 MPa stiprumo). Šioje srityje kyla problemų, nes šerdies vamzdis kartais ustrigsta, o pavyzdžiai pažeidžiami ištraukiant. Kai šie įrankiai naudojami kartu su gręžimo įranga, kurioje sumažintos vibracijos, operatoriai gali tikėtis apie 92 % šerdies atgavimo net labai trapiose uolienų sluoksniuose. Tačiau čia yra vienas svarbus niuansas. Kadangi diamantai išsikiša labai daug, jie lengvai atsilupa gręžiant kvarcuotose vietose ar labai šiurkščiuose paviršiuose. Tai reiškia, kad šie konkretūs įrankiai nėra geriausias pasirinkimas vietoms, kur trintis gali sukelti problemas.

PDC ir elektroplatinuoti gręžimo įrankiai: specialieji naudojimai labai minkštuose arba labai kintamuose sluoksniuose

Tam tikruose uolienų formavimuose, kurie nėra vientisi arba turi mišrių geologinių sluoksnių, PDC (daugiasluoksniai deimantiniai kompaktiniai) gręžimo įrankiai ir elektrolytiškai dengti gręžimo įrankiai kiekvienas atlieka savo specifinę funkciją. PDC gręžimo įrankiai turi sintetinius deimantinius pjūklus, kurie gali pjauti medžiagas, tokias kaip molis, dumblas ir minkštas anglis, žymiai greičiau nei įprasti deimantiniai gręžimo įrankiai – priklausomai nuo sąlygų, iki trijų–penkių kartų greičiau. Tais atvejais, kai reikia gręžti bandymo skylutes kintančiose gruntų sąlygose, pvz., aliuvialiuose nuosėdų sluoksniuose ar srityse su įvairaus tipo anglių sluoksniais, naudingi yra elektrolytiškai dengti gręžimo įrankiai. Šiuose įrankiuose gamybos metu taikoma labai plona deimantinė danga. Jei jie naudojami kietoms medžiagoms, pvz., granitui, gręžti ar ilgai gręžiant labai šiurkščias medžiagas, jie netrukus susidėvi, nes deimantai greitai nusidėvi dėl mažo išsikišusio paviršiaus ploto. Tačiau trumpesnėms užduotims, kai leidžiama dažnai keisti gręžimo įrankius, šie elektrolytiškai dengti įrankiai veikia ganėtinai gerai tiek iš kainos, tiek iš eksploatacijos požiūrio.

Matrix Bond Engineering: Diamantų išsikišimo, savitarnavimo ir šiluminės našumo pritaikymas formavimo reikalavimams

Minkšti ir kieti rišiklio matricos: diamantų išsikišimo ir nusidėvėjimo eigą kontroliuojant

Deimantiniai įrankiai labai priklauso nuo savo ryšio matricos, kuri kontroliuoja, kiek brangakmenų lieka atvirų pjovimo metu. Kalbant apie minkštas ryšio matricas, jos dėl to greičiau susidėvi, todėl vis nauji deimantai nuolat atsiskleidžia. Tai puikiai veikia su sunkiais medžiagomis, pvz., granitu, kai įrankis praktiškai patys save aštrina dirbdamas. Kita vertus, kietesnės ryšio matricos nesusidėvi taip lengvai dirbant su minkštesniais uolienų tipais, pvz., kvartzu turtingu smiltainiu. Nors tai leidžia ilgiau išlaikyti daugiau deimantų pritvirtintų prie įrankio, yra vienas niuansas – jei ryšio matrica pernelyg kieta palyginti su pjoviamąja medžiaga, paviršius gali būti „išblizgintas“ vietoj to, kad tinkamai pjautų. Gerų rezultatų pasiekti galima tik parinkus tinkamą ryšio matricos tipą konkrečiai užduočiai. Kietoms, nešluoštinėms uolienoms reikia minkštesnių matricų. O sudėtingoms šluoštinėms formacijoms – kietesnių matricų. Įrankių gamintojai daug laiko skiria šių savybių tikslinimui keisdami metalų mišinį gamyboje. Net nedidelės vario, alavo ir nikelio kiekio pakaitos gali būti lemtingos – tarp įrankio, kuris gerai veikia, ir to, kuris per greitai susidėvi.

Kobalto, bronzos ir geležies pagrindu sukurti lydiniai: šilumos laidumo, erozijos atsparumo ir kainos pusiausvyra

Lydinio pasirinkimas labai paveikia įrangos gebėjimą tvarkyti šilumą, atsparumą dilimui ir visų pirma projektų sąnaudas. Kobaltu pagrįsti medžiagų lydiniai išsiskiria tuo, kad jie šilumą laiduoja geriau nei vario ar geležies lydiniai – apie 15–20 procentų. Dėl to jie puikiai pašalina perteklinę šilumą aukšto greičio veiksmų metu arba kai gręžiamos gilios šerdys. Geriau šilumos šalinimas padeda išvengti deimantų virsmo grafitu, kai dirbama su sunkiais uolienų tipais, pvz., bazaltu ar tankiomis granito formacijomis. Vario lydiniai suteikia gerą pusiausvyrą tarp erozijos atsparumo ir vidutinės temperatūros tvarkymo, be to, jie yra pigesni. Šie lydiniai tinkami vidutinės kietumo uolienų formacijoms, pvz., smiltainiui ar šešeliui, neperkraunant biudžeto. Geležies pagrįstos medžiagos suteikia stipriausias mechanines savybes ir leidžia sutaupyti apie 30–40 procentų palyginti su kobaltu pagrįstomis alternatyvomis. Tačiau šioms medžiagoms reikia daug aušinimo skysčio, kuris turi nuolat tekėti per jas, o ilgalaikiams gręžimo darbams jos veikia geriausiai lėtesniais greičiais, kad būtų galima kontroliuoti temperatūrą.

Aljautos tipas	Šilumos laidumas	Erozijos atsparumas	Kainos efektyvumas	Idealus formavimasis
Kobaltas	Puikios	Aukšto	Žemi	Bazaltas, gilus granitas
Bronzs	Vidutinis	Vidmenis	Vidmenis	Smiltainis, šlaitas
Geležis	Žemi	Labai Aukštas	Aukšto	Nešluoštantis šlaitas

Dažniausiai užduodami klausimai

Kam naudojama Mohso skalė gręžiant uolienas?

Mohso skalė naudojama matuoti uolienų formacijų kietumą, padedant gręžimo operatoriams nustatyti tinkamus deimantinius branduoliukus ir rišiklius, reikalingus veiksmingam gręžimui.

Kaip uolienų šluostomumas veikia gręžimo operacijas?

Uolienų šluostomumas, dažnai matuojamas Cerchar indeksu, įtakoja matricos, laikančios deimantų daleles, eroziją, dėl ko deimantiniai gręžtuvai per anksti išsiskleidžia ir susidėvi.

Kodėl skirtingoms uolienų rūšims pageidaujami skirtingi deimantiniai branduoliukai?

Skirtingi diamantino šerdies gręžimo įrankiai, pvz., pritvirtinti arba paviršiuje įmontuoti, parenkami pagal uolos kietumą ir struktūrą, nes tai veikia dėvėjimosi tempą ir šerdies pateikimo kokybę.

Kokią rolę lydiniai vaidina diamantino gręžimo įrankių našumo formavime?

Lydiniai, tokie kaip kobaltas, varinis lydinys ir geležis, veikia diamantino gręžimo įrankių šilumos laidumą ir erozijos atsparumą, taip subalansuodami našumą ir sąnaudų efektyvumą skirtingomis gręžimo sąlygomis.