Trong khoan đá cứng, nhiệt độ cao là một trong những thách thức lớn và chủ yếu gây ra mài mòn mũi khoan. Nếu có các đợt sóng nhiệt lớn, các mũi khoan như vậy có thể bị mềm đi do nhiệt, dẫn đến mài mòn nhanh hơn. Điều này rất quan trọng vì khi mũi khoan bị mềm, chúng trở nên kém hiệu quả hơn trong việc cắt các vật liệu cứng và quá trình khoan sẽ kém hiệu suất. Ngoài ra, những đợt tăng nhiệt đột ngột có thể gây ra mỏi nhiệt, dẫn đến hiện tượng mũi khoan bị biến dạng yếu và cong vênh. Các nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cao làm giảm tuổi thọ của mũi khoan xuống tới 30%, hoặc thậm chí thấp hơn. Sự hao mòn này không chỉ làm tăng chi phí vận hành mà còn gây mất thời gian để thay đổi mũi khoan. Do đó, để duy trì năng suất khoan, điều quan trọng là phải giám sát và kiểm soát điều kiện nhiệt trong quá trình khoan.
Việc giãn nở nhiệt là một vấn đề khác ảnh hưởng đến hiệu quả và tuổi thọ hữu ích của mũi khoan dành cho đá cứng. Khi bị làm nóng, vật liệu giãn nở, tạo ra ứng suất có thể dẫn đến vi nứt và hỏng hóc các phần tử của mũi khoan. Việc nắm rõ hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu mà mũi khoan được chế tạo từ đó là điều cần thiết. Thông tin này giúp các kỹ sư thiết kế các mũi khoan có khả năng chịu đựng được ứng suất nhiệt gặp phải trong quá trình khoan, cùng với các yêu cầu khác. Theo các chuyên gia, nên chọn những vật liệu có sự cân bằng giữa độ ổn định nhiệt và độ bền cơ học. Bằng cách này, các nhà thiết kế có thể đảm bảo rằng mũi khoan sẽ giữ được độ bền trong môi trường nhiệt cực đoan và đủ lâu để hoàn thành công việc của nó. Những kết quả này rất quan trọng đối với việc tối ưu hóa các mũi khoan DTH trong khoan đá cứng ở nhiệt độ cao, và cho thấy nhu cầu cần xem xét các sáng kiến có khả năng giải quyết đồng thời các vấn đề nhiệt và cơ học.
Carbua tungsten có điểm nóng chảy cực kỳ cao và là lựa chọn tốt để chịu được các ứng dụng khoan ở nhiệt độ cao. Các công thức mới của carbua tungsten thậm chí còn có khả năng kháng nhiệt, tạo ra một vật liệu giữ được độ bền trong những điều kiện khắc nghiệt nhất. Tuy nhiên, đã có báo cáo rằng carbua tungsten được sản xuất dưới dạng đặc biệt có khả năng chịu nhiệt trên 800°C và có độ bền cao hơn nhiều so với vật liệu tiêu chuẩn. Sự phát triển này rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ công cụ và hiệu quả khoan trong các cấu trúc địa chất cứng.
Việc phát triển các thành phần hợp kim mới ngày càng quan trọng để đạt được đầu khoan cứng hơn và chịu nhiệt tốt hơn. Các trường hợp thực tế cho thấy rằng việc sử dụng một số hợp kim tiên tiến có thể tăng tuổi thọ của đầu khoan lên đến 50% trong các môi trường khắc nghiệt. Độ bền này là kết quả của mối quan hệ cộng sinh giữa các nhà kim loại học và nhà sản xuất đầu khoan, cùng làm việc để tạo ra một vật liệu cân bằng giữa độ ổn định nhiệt và độ mạnh cơ học. Việc tích hợp các hợp kim tiên tiến này không chỉ tăng tuổi thọ của đầu khoan mà còn cải thiện hiệu suất xuyên thủng trong các điều kiện môi trường cực kỳ khắc nghiệt.
Việc thiết kế cẩn thận các bố cục kênh xả là quan trọng trong việc tăng cường hiệu quả làm mát bằng cách cải thiện dòng chảy chất lỏng xung quanh đầu khoan. Lượng nhiệt sinh ra khi khoan ở nhiệt độ cao có thể được kiểm soát tốt thông qua hình dạng tối ưu của các kênh này. Các mô phỏng máy tính đã được thực hiện và chúng cho thấy rằng các kênh xả được thiết kế đúng cách có thể nâng cao đáng kể hiệu suất làm mát. Những sắp xếp như vậy cung cấp sự phân phối chất lỏng tốt hơn, từ đó giúp ngăn ngừa sự sinh nhiệt bên trong đầu khoan. Những kết quả này còn được hỗ trợ thêm bởi các thử nghiệm thực địa, cho thấy sự giảm đáng kể nhiệt độ và độ bền cao hơn nhiều với thiết kế xả hiện đại cho đầu khoan. Các kỹ thuật này cung cấp tuổi thọ và hiệu suất lâu dài hơn cho đầu khoan.
Việc nắm bắt hiệu ứng dòng chảy là điều quan trọng cho việc kiểm soát sự tản nhiệt trong quá trình khoan ở môi trường khắc nghiệt. Tối ưu hóa thiết kế đầu khoan để tạo ra các mẫu lưu thông không khí tốt hơn phải là một yếu tố thiết yếu khi nói đến cải thiện khả năng giảm nhiệt. Những thay đổi này cho phép tản nhiệt hiệu quả hơn - điều này rất quan trọng đối với tuổi thọ của các đầu khoan. Thử nghiệm thực địa đã cho thấy rằng các thiết kế luồng khí thành công có thể làm giảm đáng kể stress nhiệt trên đầu khoan và tăng thời gian sử dụng của chúng. Các tối ưu hóa như vậy duy trì độ nguyên vẹn của đầu khoan và hỗ trợ các hoạt động khoan dưới lỗ hiệu quả và đáng tin cậy ở nhiệt độ cao. Có thể thấy rằng việc sử dụng động lực học luồng khí là rất quan trọng cho việc tối ưu hóa hình học của đầu khoan và đảm bảo hiệu quả của đầu khoan trong điều kiện khoan khó khăn.
Hình dạng nút bấm ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả quản lý nhiệt trong quá trình khoan. Các hình dạng nút bấm hình cầu đã chứng minh khả năng điều tiết nhiệt tốt hơn so với các hình dạng thông thường. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng các nút tròn có thể giảm tải trọng tại điểm, dẫn đến việc giảm nguồn nhiệt trong quá trình khoan. Điều này rất quan trọng cho việc khoan đá cứng ở nhiệt độ cao vì việc loại bỏ nhiệt là bắt buộc để đạt được hiệu quả và duy trì hoạt động. Các chỉ số hiệu suất của các thiết kế khác nhau cho thấy xu hướng tăng đối với cấu hình hình cầu trong các đầu khoan hiện tại với mục tiêu kiểm soát nhiệt tốt hơn và tăng độ bền.
Vị trí của các nút trên mũi khoan là yếu tố then chốt trong việc giảm thiểu sự tích tụ nhiệt cục bộ trong quá trình khoan. Với cách sắp xếp nút tối ưu, hiệu suất và hiệu quả làm việc của mũi khoan được cải thiện hơn nữa, đồng thời khả năng mài mòn các nút cũng được giảm thiểu, kéo dài tuổi thọ của mũi khoan. Nghiên cứu kỹ thuật cũng cho thấy rằng việc bố trí nút hợp lý có thể mang lại cải tiến đáng kể trong quản lý nhiệt, giảm khả năng xuất hiện các vết nứt nhiệt bằng cách thúc đẩy phân bố áp lực đều hơn trên mũi khoan. Chiến lược này sẽ giảm thiểu sự tập trung nhiệt và cung cấp độ bền và ổn định cao hơn cho các công cụ khoan, điều này làm cho nó trở thành một yếu tố quan trọng cần xem xét khi thiết kế và sử dụng mũi khoan DTH.
Hiệu suất của các đầu khoan DTH được thiết kế đã được chứng minh trong một số nghiên cứu trường hợp, và những nghiên cứu này cho thấy rằng các đầu khoan DTH tối ưu hoạt động tốt hơn nhiều trong điều kiện khoan khó khăn. Tất cả các nghiên cứu này nhấn mạnh rằng các đầu khoan đã được sửa đổi vượt trội hơn so với các đầu khoan chưa thay đổi, đặc biệt là trong điều kiện cực đoan mà ở đó các đầu khoan thông thường thường không hoạt động. Ví dụ, nó đã được thử nghiệm và chứng minh rằng khi các đầu khoan được điều chỉnh đúng cách có thể cung cấp tuổi thọ cao hơn và ROP cải thiện để đảm bảo khoan thành công trong các dự án mà những phương pháp khác đã thất bại. Các báo cáo ngành cũng hỗ trợ những kết luận này, ghi nhận cách những phát triển này đã thay đổi cách thức khoan được thực hiện và mở ra các mỏ mới mà trước đây được coi là quá cứng để xử lý bằng thiết bị thông thường. Các chỉ số hiệu suất giữa hai kịch bản như vậy có thể được so sánh, sau đó tỷ lệ thành công của dự án và hiệu quả xây dựng được cải thiện rõ rệt nhờ việc tối ưu hóa các đầu khoan DTH.
Việc nắm bắt các yếu tố cải thiện tỷ lệ thâm nhập là quan trọng để đánh giá khả năng thực hiện của đầu khoan DTH trong điều kiện nhiệt độ cao. Một số KPI như ROP đã được cải thiện đáng kể (lên đến 20% cải thiện trong một số ứng dụng cụ thể) khi sử dụng các đầu khoan tối ưu. Sự cải tiến này không xảy ra tình cờ - chúng tôi đang quản lý nó thông qua việc phân tích dữ liệu chi tiết và nghiên cứu liên tục về các công cụ nhằm nỗ lực cải thiện chúng nhiều hơn nữa. Miễn là chúng ta tiếp tục theo dõi các chỉ số hiệu suất, tự nhiên, các đầu khoan DTH có thể được tinh chỉnh dần dần và định kỳ từ góc độ tăng trưởng liên tục và thiết kế ngày càng tinh xảo hơn, hiệu quả và hiệu suất phá đá và khoan của đầu khoan DHT có thể được tối ưu hóa. Hướng đi này phù hợp với mục tiêu cuối cùng của việc tối ưu hóa thiết kế đầu khoan DTH cho việc khoan trong điều kiện nhiệt độ cao và đá cứng, với lợi nhuận ứng dụng và thương mại bền vững được đạt được, trong dài hạn.
Nhiệt độ cao có thể làm mềm các vật liệu của mũi khoan, dẫn đến mài mòn nhanh hơn, giảm khả năng cắt và ảnh hưởng đến độ bền cấu trúc. Ngoài ra, mệt mỏi nhiệt có thể làm suy giảm thêm các mũi khoan.
Giãn nở nhiệt có thể khiến các vật liệu giãn ra khi bị nóng, gây ra ứng suất dẫn đến vi nứt và tổn hại cuối cùng đến các bộ phận của mũi khoan.
Bột kim cương tổng hợp và các loại hợp kim tiên tiến phù hợp cho việc khoan ở nhiệt độ cao nhờ sự ổn định nhiệt, độ mạnh cơ học và khả năng kháng mài mòn.
Động lực dòng khí rất quan trọng để quản lý sự tích tụ nhiệt, giúp loại bỏ nhiệt tốt hơn và tăng tuổi thọ của đầu khoan trong điều kiện nhiệt độ cao.
EN
