V tvrdém horninovém vrtění představují vysoké teploty jednu z největších výzev a ovlivňují zejména vyšší míru opotřebení vrtacích boců. Pokud dojde k vlnám vysokého tepla, mohou se vrtací boky pro tento žár změkčit a následně způsobit rychlejší opotřebení. To je důležité, protože jak se boky změkčují, stávají se méně účinnými při řezání tvrdých materiálů a vrtění se stává méně efektivním. Navíc náhlé tepelné výkyvy mohou vést k tepelné únavě, což způsobuje oslabení vrtacích boců. Výzkum ukazuje, že vysoké teploty mohou snížit životnost vrtacího boku o 30 %, nebo dokonce více. Tato ztráta životnosti boku nejen zvyšuje provozní náklady, ale také způsobuje ztrátu času potřebného na výměnu boku. Proto je pro udržení produktivity vrtění důležité sledovat a řídit tepelné podmínky během vrtění.
Tepelná expanze je dalším problémem, který ovlivňuje efektivitu a užitečný život vrtacího konce pro tvrdé skály. Při zahřátí se materiály rozšiřují, co vytváří stres, který může vést ke mikrorozštěpením a selhání vrtacích prvků. znalost koeficientů tepelné expanze materiálů, ze kterých jsou vrtací konce vyrobeny, je nezbytná. Tato informace pomáhá inženýrům navrhnout konce, které budou schopny odolat tepelným stresům setkávajícím se při vrtání, mezi jinými požadavky. Podle odborníků je doporučeno zvolit rovnováhu mezi tepelnou stabilitou a mechanickou pevností materiálů. Tímto způsobem mohou návrháři zajistit, aby vrtací konec zůstal dostatečně silný v extrémních teplotních podmínkách a dostatečně dlouho vydržel splnit svou práci. Tyto výsledky jsou velmi důležité pro optimalizaci vrtacích konic DTH při vrtání do tvrdé skály vysokých teplot a ukazují potřebu inovací schopných současně řešit tepelné i mechanické problémy.
Tungsten carbide má extrémně vysoký teplotní bod a je dobrou volbou pro odolnost vůči vysokoteplotním aplikacím vrtání. Nové formulace tungsten karbidu dokonce činí termální odolnost, což vede k materiálu, který si zachová sílu i v nejhorších podmínkách. Bylo však nahlášeno, že tungsten karbid vyrobený ve speciální formě je odolný proti teplu nad 800°C a má stupeň odolnosti mnohem vyšší než standardní materiál. Tento vývoj je klíčový pro prodloužení života nástrojů a efektivity vrtání v tvrdých geologických formacích.
Vývoj nových slitinových složek je stále důležitější pro dosažení tvrdších a odolnějších vrtacích hlavic proti teplu. Případové studie ukazují, že určité pokročilé slitinování může prodloužit životnost vrtacích hlavic až o 50 % ve vyžadavkovém prostředí. Tato odolnost je výsledkem symbiotického vztahu mezi kovodělníky a výrobci vrtacích hlavic, pracujícími na vytvoření materiálu, který má rovnováhu mezi tepelnou stabilitou a mechanickou pevností. Použití takových pokročilých slitin prodlužuje životnost hlavice a zvyšuje efektivitu pronikání i ve velmi náročných podmínkách.
Pečlivě navržené rozvržení odtoku kanálů je důležité pro zvýšení chlazení díky lepšímu proudění tekutiny kolem hlavice vrtu. Teplota vyvolaná vrtáním při vysokých teplotách může být efektivně řízena optimalizací tvaru těchto kanálů. Byly provedeny počítačové simulace, které potvrdily, že správně navržené odtokové kanály mohou významně zvýšit účinnost chlazení. Takové uspořádání zlepšuje distribuci tekutiny a také pomáhá při prevenci vytváření tepla v hlavici vrtu. Tyto výsledky jsou dále podporovány terénními testy, které ukazují významné snížení teploty a mnohem vyšší odolnost s moderním návrhem odtoku hlavic vrtu. Tyto techniky poskytují prodlouženou životnost a výkonnost hlavic vrtu.
Znalost efektu proudění je klíčová pro řízení odvádění tepla během vrtání v náročných podmínkách. Optimalizace návrhu vrtáku na vytvoření lepších vzorů proudění vzduchu musí být důležitým faktorem při zlepšení tepelného uvolnění. Tyto změny umožňují efektivnější odvádění tepla – něco, co je klíčové pro životnost vrtáků. Testy v terénu ukázaly, že úspěšné návrhy proudění vzduchu mohou významně snížit tepelné zátěž na vrtácích a zvýšit jejich životnost. Takové optimalizace udržují integritu vrtáku a usnadňují efektivní a spolehlivé vrtací operace v hloubce při vysokých teplotách. Je patrné, že využití dynamiky proudění vzduchu je klíčové pro optimalizaci geometrie vrtáku a zajistění jeho účinnosti při tvrdém vrtání.
Geometrie tlačítka silně ovlivňuje účinnost správy tepla během vrtání. Kulaté formy tlačítek ukázaly lepší tepelnou regulaci ve srovnání s konvenčními balistickými tvary. Výsledky výzkumu prokázaly, že kulatá tlačítka mohou snížit bodové zatížení, což vedlo k redukci tepelných zdrojů při vrtání. To je klíčové při vrtání vysokotemperatuřních tvrdých hornin, protože odstranění tepla je nezbytné pro efektivitu a udržování operace. Výkonnostní ukazatele pro různé návrhy ukazují rostoucí trend pro kulaté konfigurace v současných vrtacích hlavicích s cílem dosáhnout lepšího tepelného řízení a zvýšení trvanlivosti.
Umístění tlačítek na vrtacích bursách je klíčové pro snížení lokálního sběru tepla během vrtání. S optimálně uspořádanými tlačítky se zlepšuje výkon bursy a pracovní efektivita, přičemž se minimalizuje možnost poškození tlačítek, což prodlužuje životnost bursy. Inženýrská studie ukázala, že správně umístěná tlačítka mohou přinést významné vylepšení ve správě tepla, což snižuje pravděpodobnost terických trhlin díky podpoře rovnoměrného rozložení tlaku na vrtací burse. Tato strategie zmírní sběr tepla a poskytne vyšší odolnost a stabilitu vrtacích nástrojů, což je důležitým faktorem při návrhu a používání DTH vrtacích burs.
Výkon navržených DTH brousků je prokázán v několika studiích z praxe, a tyto studie dokazují, že optimalizované DTH brousky fungují mnohem lépe v náročných podmínkách vrtání. Všechny tyto studie zdůrazňují, že upravené brousky jsou lepší než neporušené, zejména v extrémních podmínkách, kde konvenční brousky obvykle nefungují. Bylo otestováno a dokázáno, že při správném nastavení mohou brousky poskytnout zvýšenou životnost a lepší ROP, aby se zajistilo úspěšné vrtání v projektech, kde jiné selhaly. Branchové zprávy tyto závěry také podporují, dokumentují-li, jak tyto inovace změnily způsob vrtání a otevřely nové formace, které kdysi považovali za příliš těžké ke zvládnutí pomocí konvenčního vybavení. Metriky výkonu mezi těmito dvěma scénáři lze porovnat, poté je poměr úspěšnosti projektu a stavební efektivita viditelně zvýšeny díky optimalizaci DTH brousků.
Znalost faktorů zlepšujících průnikovou rychlost je důležitá pro posouzení životaschopnosti DTH brousků za vysokotemperaturálních podmínek. Některé KPI, jako ROP, byly významně zlepšeny (až o 20 % v některých konkrétních aplikacích) při použití optimalizovaných brousků. Toto zlepšení se nestalo náhodou – řídíme to prostřednictvím velmi detailní analýzy dat a probíhajícího výzkumu nástrojů s cílem je dále vylepšovat. Pokud budeme sledovat ukazatele výkonu, pak samozřejmě mohou být DTH brousky postupně a od času k času optimalizovány z hlediska ustavičného růstu a stále sofistikovanějších návrhů, což může vést ke zlepšení efektivity a účinnosti při rozdráždění hornin a vrtání pomocí DTH brousků. Tento směr je v souladu s konečným cílem optimalizace návrhu DTH brousků pro vrtání vysokotemperaturálních a tvrdých hornin, s dosahováním udržitelných praktických a komerčních zisků na dlouhou dobu.
Vysoké teploty mohou změkčit materiály vrtacích kovů, což vede ke zrychlenému poškození, snížené schopnosti řezat a porušení strukturní integrity. Kromě toho může tepelné unavení dále degradovat vrtáky.
Tepelné roztažení může způsobit, že materiály se během ohřevu rozšiřují, čímž vzniká stres vedoucí k mikrorozbitím a následné škodě na součástech vrtání.
Hliníkový karbid a pokročilé slitiny slitin jsou vhodné pro vrtání při vysokých teplotách díky své tepelné stabilitě, mechanické síle a odolnosti proti vyndávání.
Dynamika vzdušného proudu je klíčová pro řízení nárůstu tepla, usnadnění lepšího odebírání tepla a prodloužení životnosti vrtacích kusů v podmínkách vysokých teplot.
EN
