Шойытпалы және шойытпаға салынған тау жыныстарын бұрғылау құралдары: Қайсысы берік?

Өндіру процестері: Құйма және Бұйралау арқылы Жасалған Тау Жыныстарын Бұрғылау Құралдары Қалай Жасалады

Бұйралау арқылы жасалған бұрғылар: Тығыздық пен беріктікті арттыру үшін бақыланатын деформация

Рок бұрыштары олар қыздырылған металдан үлкен қысым астында пішінделетіндіктен, соғу арқылы жасалған өнімдер көбірек сақталады. Бұл машиналар 5000-ден 25000 тоннаға дейінгі гидравликалық престермен жұмыс істейді, бұл металл кристалдарын өте тығыз бір-біріне жақындатады. 2023 жылғы соңғы зерттеу қызықты нәтиже көрсетті — металдың құйма кезіндегі деформациясын бақылау арқылы ішіндегі микроскопиялық ауа көпіршіктерін құю әдісімен салыстырғанда шамамен үш есе азайтуға болады. Бұл қорытпа болаттан жасалған бөлшектердің тығыздығы куб сантиметріне 7,85 грамнан асатындай етеді. Бұның бәрі нені білдіреді? Металдың үздіксіз соғу процесіне қатысуы осы құралдардың қайталанатын механикалық кернеуді көп ұзақ төзуге мүмкіндік береді. Бұл өте маңызды, себебі тереңдетілген бұрғылау жабдықтары жұмыс істеу кезінде әр секунд сайын елу мен жүз арасындағы рет вибрацияға ұшырайды.

Құйма тау жыныстарын бұрғылау: Балқытылған металды қалыптарға құю және оның шектеулері

Құю процесі негізінен балшық немесе керамикалық қалыптарға балқытылған металды құю дегенді білдіреді. Бұл шынымен күрделі пішіндерді жасауға мүмкіндік береді, бірақ онымен қоса кейбір құрылымдық мәселелер де туындайды. Өткен жылы жүргізілген соңғы материалдар ғылымы зерттеулеріне сәйкес, тастарды құюдың көбінде 5-тен 15 пайызға дейінгі қуыстылық бар. Бұл - металдың ішіндегі өте кішкентай ауа қалташалары, олар жүктеме берілген кезде трещинаның пайда болуының бастапқы нүктелеріне айналады. Күрделі конструкциялары бар жеңіл құралдар үшін құймалы бөлшектер жақсы жұмыс істейді, бірақ соққыға төзімділік жағынан олар шойылтылғандармен салыстырғанда жеткілікті дәрежеде ұстамды болмайды. ASTM E23 Charpy әдістерін қолданып жүргізілген сынақтар құймалы компоненттердің шойылтылған аналогтарындағы соққыға төзімділіктің тек шамамен 32 пайызын ғана құрайтынын көрсетті. Бірнеше алға қарай ойлайтын литейнік қазір құюдан кейін мысалы, осы ақауларды азайтуға көмектесетін ыстық изостатикалық престеу сияқты арнайы өңдеулерді қолданады. Дегенмен, бұл қосымша кезеңдер өндіріс құнын шамамен 18 пайыздан 25 пайызға дейін жоғарылатын кезде, шығындарға әлбетте қосымша қосылады.

Өндіру әдістері мен материалдың біркелкілігіндегі негізгі айырмашылықтар

Сақтандыру кезіндегі қысу күштері бұрғы контурын қайталаған біркелкі металл ағым сызықтарын жасайды, ал құю кезіндегі қатаяю дұрыс емес дән шекараларына әкеледі. Бұл айырмашылықтар гранитті қазу кезінде сақтандырылған бөлшектердің ауыстыруды қажет етпей-ақ 2–3 есе ұзақ қызмет етуінің себебін түсіндіреді.

Сақтандырылған мен құйылған бұрғылардағы микроструктуралық бүтіндік және материалдағы ақаулар

Жоғары қысым астындағы сақтандырылған бұрғылардағы дән құрылымының бағытталуы

1200°C-тан жоғары температурада сақтандыру кезінде болат болаттары экстремал қысым астында сығылады, нәтижесінде металдық дәндер үздіксіз бағытталған үлгілерге ие болады. Бұл бір бағыттағы дән ағыны құйылған нұсқалармен салыстырғанда қысым концентрациясының нүктелерін 42% азайтады ( Southwest Steel Processing, 2023 ), құрылымдық біртектілікті және соққыға төзімділікті арттырады.

Тау жыныстарын бұрғылау құймаларындағы кездейсоқ дән пайда болуы мен қуыс қабаты

Металл құю процесінде балқыған металл теңсіз суыйды, оның салдары мыналар:

• Бағытталған түзілістері жоқ изотропты дәндер
• Қалыпты құймаларда орташа 3–5% құрамындағы беттік қуыстар
• Жүктің 18–26% азайтуына әкелетін ішкі микроскопиялық қуыстар

Осындай тән кемшіліктер циклдік кернеулер әсерінен трещинаның таралуының ықтималдығын арттырады, күрделі конструкциялар үшін құймалы бұрғылардың баға алдынғы орны болса да.

Кездесетін ақаулар: қоспалар, қабаттамалар және құйма материалдардағы қуыстар

Қазіргі заманғы Рентген тексеру жүйелері жону алдындағы ақаулардың 92%-ын анықтайды, олардың барлығын жою үшін құралдарды қосымша өңдеу қажет, бұл мұндай компоненттер үшін әдетте тиімсіз. Шойылмалы емес бұрғылар қатты фазалық біріктіру арқылы осы мәселелерден толығымен құтылады.

Беріктік және сенімділік: Созылу, соққы және шаршау өнімділігі

Шойылған және құймалы металдардың созылу және шаршау беріктігін салыстыру

Түйіршіктің металл түйіршіктері процесс барысында дұрыс орналасқан және олардың арасындағы бос кеңістік аз болғандықтан, соққылы тас қашау құралдарын ұстау арқылы жасаған кезде олардың созылу беріктігі әдетте 15-30 пайызға жоғары болады. Бұл құралдар күнбе-күн құрылыс алаңдарында болатын қайталанатын кернеуге ұшыраған кезде, басқа түрлерімен салыстырғанда тозу белгілері пайда болғанға дейін шамамен екі есе ұзақ қолданылады. Материалдарды сынау миллиондаған циклдан кейін маңызды айырмашылықтарды көрсетеді. Ұстау процесі ішкі қысым нүктелерін жасайды, бұл шағын трещиналардың мүлдем пайда болуын болдырмайды. Құйма қашаулардың түйіршік құрылымы шала-шаба болғандықтан, олар бұл қорғаныстан пайда болмайды және үздіксіз қысымға ұшыраған кезде кішкентай сындар тез таралады.

Қашау Операцияларындағы Соққыға Төзімділік пен Секіріске Қарсы Төзімділік

Перкуссиондық бұрғылау кезінде соғылған бөлшектер сынбай тұра алтын энергияның шамамен 40-60 пайызын ұстай алады. Неліктен? Соғылған материалдардың дәлме-дәл орналасқан дәндер үлгісі арқылы соққы күштерін тарататын тұрақты ішкі құрылымы бар. Алайда, құймалы бұрғылардың әңгімесі басқаша. Оларда жиі ауа қуыстары (тесіктер) мен трещинаның пайда болуы мүмкін нүктелері болып табылатын басқа да қоспалар болады. Зерттеулер осы айырмашылықтың қаншалықты елеулі екенін көрсетеді. Құймалы құралдар әдетте әрбір квадрат сантиметрге 18 джоуль соққы энергиясында бұзылады, ал соғылған құралдар квадрат сантиметрге шамамен 28 джоульге дейін шыдайды. Бұл күнделікті жұмыстың бөлігі болып табылатын кенеттен келетін соққылармен қатты тау жыныстарында жұмыс істеген кезде айырмашылықтың бәрін жасайды.

Шынайы қолданудағы беріктік: Жоғары кернеу ортасындағы істен шығу деңгейі

2023 жылы шахталардан жиналған деректер гранит арқылы жұмыс істеген кезде құймалы тау жынысы бұрғыларын олардың соғылған түрлеріне қарағанда шамамен 2,3 есе жиі ауыстыру қажеттігін көрсетеді. Соғу процесі металдың бетінде пайда болатын сызаттар мен шұңқырлардың пайда болуына кедергі жасайтын қысу кернеулерін туғызады, сондықтан кварцитпен жұмыс істеген кезде соғылған бұрғылар өздерінің сүйір жиектерін шамамен 65 пайыз ұзақ сақтайды. Алайда, құймалы бұрғылар ұзақ уақыт пайдалану қажеттілігіне қарағанда алғашқы құнын үнемдеу маңыздырақ болатын жұмсақ шөгінді тау жыныстарында орындалатын қысқа мерзімді жұмыстар үшін мүлдем қанағаттанарлықтай жұмыс істей алады.

Өнеркәсіптік қолданулардағы қызмет ету мерзімі мен ұзақ мерзімді құн

Орташа және ауыр пайдалану кезіндегі соғылған және құймалы тау жынысы бұрғыларының беріктігі

ASTM International-ның 2023 жылғы соңғы хабарламасына сәйкес, қатты қазба жағдайларында пайдаланылатын шойындан жасалған бұрғыларға қарағанда, ұстау арқылы жасалған тау жыныстарын бұрғылау құралдары үштен бес есеге дейін ұзақ қызмет ете алады. Себебі не? Ұсталған құралдардың тығыз дәнекер құрылымы оларға тұрақты соққы берілген кезде микроскопиялық трещинаның таралуын болдырмауға мүмкіндік береді, бұл тәулігіне сегіз сағаттан астам жұмыс істейтін қазбалар үшін өте маңызды. Алайда, шойыннан құйылған бөлшектер мұндай жүктемелерге соншалықты төзімді бола алмайды. Біз олардың нақты жағдайларда тезірек сынғанын байқадық, әсіресе гранит қазбаларында, онда тұрақты пайдаланудың тек он екі ай ішінде істен шығу деңгейі 20%-дан 40%-ға дейін жетеді, бұл соңғы жылы Халықаралық Мининг инженериясы журналында жарияланған деректерге сәйкес.

Құны мен Қызмет Ету Мерзімі: Уақыт Өте Ұсталған Бөлшектердің Экономикалық Артықшылықтары

Бастапқы құны 50–70% жоғары болса да, ұсталған бұрғылар өмірлік цикл бойынша жоғары құндылық әкеледі:

Бұл модель өмірлік цикл құнын талдау зерттеуінің нәтижелерін көрсетеді және үздіксіз пайдалану кезінде шойылтылған құралдардың 18–24 ай ішінде құны бойынша теңестігіне жететінін көрсетеді.

Шойылтылмаған тескіштер төмен құнмен жеткілікті өнімділік ұсынған кезде

Құймалы бұрғылар алты айдан кем уақытқа созылатын жұмыстарда немесе Моос шкаласы бойынша 5-тен төмен қаттылықтағы жұмсақ тау жыныстарымен жұмыс істегенде жақсы нәтиже береді. Олар басқа нұсқалармен салыстырғанда бастапқы шығындарды үштен бірінен екі үшіне дейін үнемдеуге мүмкіндік береді. Кейбір геологиялық зерттеулерге сәйкес, бұл құралдар өз қабілетін жоғалтпай 7000-10000 соққыға дейін құмтаста жұмыс істей алады, бұл өткен жылғы Mining Equipment Quarterly дереккөзінде айтылғандай, ұқсас жағдайларда ұсталып жасалған бұрғылардың көрсеткішіне жақын. Бұл жүйелерді қолдаумен айналысатын техникалық қызмет көрсетушілерге құймалы бөлшектерді пайдаланудың әрбір тоқсан сайын пористі материалдың бұзылу белгілерін тексеру ұсынылады. Бұл қаражат пен жұмысшылардың қауіпсіздігін назарда ұстай отырып, жұмыстың үздіксіз орындалуын қамтамасыз етеді.

Дұрыс бұрғыны таңдау: Қолдану қажеттілігіне сәйкес ұсталып жасалған немесе құймалы нұсқаны таңдау

Мырыш өндіру мен терең бұрғылауда ұсталып жасалған тау бұрғыларын қолдануға ұсынылатын жағдайлар

Ұңғымалар мен терең құдықтарда кездесетін қиын жағдайларда жақсы жұмыс істейтін тау жыныстарын бұрғылау үшін ұстау арқылы жасалған бұрғылар. Материал күшті қысым астында деформацияланған кезде орын алатын бұл процесс кезінде металдың дәндерінің бағытталуы 2023 жылғы салалық зерттеулерге сәйкес шойыннан жасалған нұсқалармен салыстырғанда осындай құралдардың тозуға төзімділігін шамамен 18% жақсартады. Гранит немесе кварцит сияқты қатты тау жыныстарына тәуліктің төрт тәулігінде 50 МПа-дан астам циклдық кернеулер әсер ететін тоқтаусыз жұмыс істейтін операциялар үшін ұсталған бұрғылар алмастырудың арасында ұзақ уақыт қолданылады. Көпшілік бұрғышылар қатал орталарда күнбе-күн жұмыс істегенде осы айырмашылықтың маңызы зор екенін кез келген сұрақ қойған адамға айтады.

Шойыннан жасалған тау бұрғыларын пайдалану экономикалық тиімді болатын жағдайлар

Тұнба жыныстардың қабаттарында қысқа мерзімді жұмыс істейтіндер үшін, құйма тау жынысы бұрғылары жиі таңдалатын нұсқа болып табылады. Олар басқа түрлерге қарағанда шамамен 23 пайызға аз әсер ету күшіне ие, бірақ беріктік жағынан кемшілігі болса да, оның орнына икемділігімен қамтамасыз етеді. Құю процесі әртүрлі тау жыныстарының жағдайларына сәйкес тез түзетулер енгізуге мүмкіндік береді, бұл, мысалы, глиналар немесе әктас қабаттарымен жұмыс істеу кезінде өте қолайлы. Көбінесе шығындарын бақылайтын адамдар 100 сағаттан аспайтын жалпы жұмыс уақытымен шектелген геологиялық барлау немесе құрылыс жұмыстары үшін осындай құйма модельдерді таңдайды. Егер жұмыс ұзақ болмаса, одан да берік нәрсеге инвестиция салуды оправданиялау мүмкіндігі болмаса, экономикалық тұрғыдан бұл тиімді болып табылады.

Шарттарға байланысты ұсталған мен құйманы таңдау бойынша нұсқаулар

Оптималды таңдауды анықтайтын үш негізгі фактор:

1. Түзілімнің қаттылығы : Мусс шкаласы бойынша 6+ геологиялық қабаттарда ұсталған бұрғылар жақсырақ жұмыс істейді
2. Жобаның көлемі : Екі аптадан кем мерзімді жобалар үшін құйма варианттар бастапқы шығындарды 37% азайтады
3. Соққылық жүктеме жиілігі : Шаблондалған бөлшектер жоғарырақ шыңдық соққы күшінің 12% асып түсуіне шыдайды

Ерекше көрсетілген толық материалдық зерттеулерде , шаблондалған құралдар бастапқы инвестицияның жоғары болуына қарамастан, жоғары әсер ететін, ұзақ мерзімді операцияларда ROI-ны (қайтарым коэффициентін) арттырады. Құйылма шешімдері тез ауыстыру төзімділіктің шектеулерін компенсациялайтын орташа деформациялық жағдайлардағы үзілісті пайдалану үшін тиімді болып қала береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Шаблондалған тау жыныстарын бұрғылау құралдарының құйылма тау жыныстарын бұрғылау құралдарынан қандай артықшылықтары бар?

Шаблондалған тау жыныстарын бұрғылау құралдары бағытталған дәнекер құрылымына байланысты төзімдірек және созылу беріктігі жоғары болып келеді, оларды жоғары әсер ететін және ұзақ мерзімді операциялар үшін одан да қолайлы етеді. Жалпы алғанда, олар құйылма тау жыныстарын бұрғылау құралдарынан ұзақ қызмет етеді және қайталанатын кернеуді жақсырақ ұстайды, қызмет ету мерзімін ұзартады.

Неге кейбіреулер құйылма тау жыныстарын бұрғылау құралдарын таңдайды?

Литьевые тау бұрғылары әдетте қысқа мерзімді жобаларда немесе жұмсақ тау жыныстарымен жұмыс істеген кезде таңдалады, себебі олар алғашқы шығындарды азайтады және литей процесінің өзі күрделі дизайн мүмкіндіктерін ұсынады. Олар жиі пайдаланылмайтын немесе әсер ету салмағы төмен жобалар үшін экономикалық тұрғыдан тиімді.

Қатайтылған және литье тау бұрғылары құны мен қызмет ету мерзімі бойынша қалай салыстырылады?

Қатайтылған тау бұрғыларының бастапқы құны жоғарырақ, бірақ олардың беріктігіне және ауыстыру жиілігінің төмен болуына байланысты ұзақ мерзімді тұрғыдан алғанда тиімдірек болып табылады. Литье тау бұрғылары басында арзан болса да, әсіресе жоғары жүктемелі орталарда уақыт өте келе ауыстыру мен тоқтау шығындары жоғары болуы мүмкін.