Trikoonrullikute "süda": kolm südamikutüüpi laagrit, mis määravad puurimise tõhususe

Nafta- ja gaasiuuringute ning geoloogiliste puurimiskohtadesrullkoonuse biton nagu "terasest metsaline", mis tungib sügavale maasse ja laager toimib selle metsalise "südamena". See toetab rullkoonuste kiiret pöörlemist, talub keerulist maa-alust survet ja hõõrdumist ning määrab otseselt otsaku kasutusea ja puurimistoimingute tõhususe. Täna jagame lahti kolm rullkoonuse laagritüüpi, uurides nende tehnilisi saladusi ja stsenaariume, kus need suurepärased on.

I. Libisev tihendatud kummilaager: kulutõhus tšempion, usaldusväärne abimees pehmete kuni keskmise kõvade kihtide jaoks

Tavaliste puurimisstsenaariumide korral on libisev suletud kummilaager kogenud "veteran", millel on kõrge kasutusmäär. Selle struktuur ei ole keeruline; südamik koosneb libisevast hõõrdepaarist, mis koosneb legeerterasest tihvtist ja kulumiskindlast sulamist puksist. Sarnaselt kahele täppispaigaldatavale metallkomponendile edastab see jõudu libiseva hõõrdumise kaudu. Puurimisvedeliku sissetungimise vältimiseks spetsiaalse kummitihendiga—nagu radiaalsed tihendirõngad ja otsatihendid—on paigaldatud laagriõõne välisküljele ja õõnsus täidetakse kõrge viskoossusega määrdega, et moodustada "kaitsebarjäär".

Selle laagri suurimad eelised seisnevad selle "stabiilsuses" ja "kulutõhususes". Libisev hõõrdekonstruktsioon võimaldab ühtlaselt jaotada koormust ja suurepärast löögikindlust, võimaldades sellel stabiilselt töötada ka kõrge puurimisrõhu ja suure pöörlemiskiiruse tingimustes. Lisaks on sellel madalad tootmiskulud ja lihtne hooldus—pärast kulumist tuleb otsaku taastamiseks välja vahetada ainult puks. Kummist tihend on aga selle "nõrkus": selle temperatuuritaluvus ei ületa tavaliselt 120 kraadi°C ja selle rõhukindluse piir on umbes 50 MPa, mistõttu on see ebaefektiivne kõrge temperatuuriga sügavates kaevudes või kokkupuutel söövitavate puurimisvedelikega.

Seetõttu on libisevate tihendatud kummilaagrite "peamine lahinguväli" pehmetes kuni keskmise kõvadustega koosseisudes, nagu savi, liivakivi ja lubjakivi. Need sobivad eriti hästi tavapäraseks maismaal puurimiseks,suundpuurimineja madalate kaevude toimingud, kus kulude kontroll on kriitiline. Kui teie puurimisnõuded vastavad nendele stsenaariumidele, on see laager äärmiselt kulutõhus valik.

II. Veerev tihendatud kummilaager: ülitõhus pioneer, keskmist kõva ja kõva kihistu põhitööriist

Kui puurimine nihkub keskmise kõvadusega kuni kõvadele moodustistele, nagu graniit ja basalt, muutub libisevate suletud kummilaagrite efektiivsus ebapiisavaks—ja just siis on kesksel kohal veerevad suletud kummilaagrid. Selle põhitäiustuseks on traditsioonilise libiseva hõõrdepaari asendamine veereelementidega (kuullaagrid või rull-laagrid). Nii rullelemendid kui ka sisemised/välimised rõngad on valmistatud ülitäpsest kulumiskindlast sulamist, säilitades samas kummitihendi ja rasvapõhise tihendus- ja määrimissüsteemi.

Kõige olulisem veerehõõrdumisest tulenev muutus on "vähenenud pingutus": hõõrdetakistus väheneb oluliselt,biti omakäivitusmoment on väiksem ja see võib kergesti saavutada suuremaid pöörlemiskiirusi. Mehaaniline puurimiskiirus suureneb tavaliselt 10–30%, mis on kahtlemata peamine eelis kõrge efektiivsusega puurimisprojektide puhul. Kuid see pärib ka kummitihendite piirangud—selle maksimaalne temperatuuritaluvus on pisut kõrgem kui liuglaagritel, kuid ulatub ainult 130-ni°C, rõhukindlusega umbes 60 MPa. Lisaks on veereelemendid väga tundlikud lisandite suhtes; puurimisvedelikus olevad tahked osakesed võivad kergesti ummistuda, mistõttu seatakse puurimisvedeliku puhtusele kõrgemad nõuded.

Nendest omadustest lähtuvalt kasutatakse veerevaid tihendatud kummilaagreid peamiselt keskmise kõvaduse kuni kõvade kihistute puurimiseks, näiteks sügavate ja ülisügavate kaevude vertikaalsetes osades, samuti suure tõhususega puurimisprojektides, mis nõuavad suurt mehaanilist puurimiskiirust. Puurimisvedeliku valiku osas sobivad need paremini puhta vee ja madala tahke faasiga puurimisvedelike süsteemidega. Nende suure tõhususe eeliste täielikuks realiseerimiseks tuleks suuri tahkeid osakesi sisaldavate puurimisvedelike kasutamist nii palju kui võimalik vältida.

III. Tihendamata veerev õhklaager: kõrgele temperatuurile vastupidav ekspert, spetsiaalne valik ainulaadsete puurimisprotsesside jaoks

Ülikõrge temperatuuri ja ülikõrge rõhuga süvapuurimise stsenaariumide korral, nagu geotermilised kaevud ja põlevkivigaasi süvakaevud, ebaõnnestuvad kahe esimese laagritüübi kummitihendid kõrgete temperatuuride tõttu. Siinkohal saab ainsaks elujõuliseks lahenduseks tihendamata veerev laager. Selle konstruktsioon on üsna ainulaadne: see kasutab veereelemendi hõõrdepaari, kuid välistab täielikult tihendussõlme. Laagri õõnsus on otse ühendatud puurimisainega ning jahutus- ja määrdeainena kasutatakse kõrgsurveõhku või pihustatud puurimisvedelikku.

Ilma tihendite piiranguteta on selle temperatuuritaluvus saavutanud kvalitatiivse hüppe, ulatudes üle 200°C, mis on täielikult võimeline kohanema ülikõrge temperatuuriga maa-aluse keskkonnaga. Samal ajal puhastab kõrgsurveõhk pidevalt laagriõõnsust, mitte ainult ei eemalda hõõrdumisest tekkivat soojust, vaid eemaldab tõhusalt ka sissetungivad lõiked, et vältida laagrite kulumist, parandades oluliselt töökindlust karmides keskkondades. Kuid sellel on ka ainulaadsed "nõuded": sellel on õhuvarustussüsteemile äärmiselt kõrged nõudmised, mis nõuavad stabiilset kõrgsurveõhuallikat. Pealegi mõjutab laagri eluiga otseselt õhuallika puhtus—kui lisandid segunevad õhuallikasse, võib see kergesti laagrit kahjustada.

Seda tüüpi laagritel on suhteliselt spetsiifilised rakendused, mida kasutatakse peamiselt ülikõrge temperatuuri ja ülikõrge rõhuga süvakaevude puurimisel, samuti eriprotsessides, nagu tasakaalustamata puurimine ja õhuga puurimine. Nendes protsessides ei paku kõrgsurveõhk mitte ainult laagrite määrimist ja jahutamist, vaid hoiab ära ka puuraugu kokkuvarisemise, saavutades korraga kaks eesmärki. Tuleb siiski märkida, et see ei ühildu täielikult tavapäraste veepõhiste puurimisvedelike süsteemidega ja võib töötada ainult gaasilises või pihustatud puurimisvedelikus—see on selle peamine rakenduse piirang.

Kokkuvõte: kuidas valida kolme laagri hulgast? Töötingimuste sobitamine on võti

Pärast nende kolme laagri üksikasjade tundmaõppimist on selge, et nende seas pole absoluutset paremust ega alaväärsust—erinevused ainult sobivuses konkreetseteks töötingimusteks. Lihtsamalt öeldes võib valiku põhiloogika kokku võtta kolmes punktis:

Pehmete kuni keskmiselt kõvade moodustiste ja madalate kaevude jaoks, kus kulutõhusus on prioriteet, valige libisev tihendatud kummilaager; keskmise kõvaduse kuni kõvade moodustiste jaoks, kus on vaja suurt puurimiskiirust ja -tõhusust, valige veerev tihendatud kummilaager; ja ülikõrge temperatuuri, ülikõrge rõhuga süvakaevude või spetsiaalsete protsesside (nt õhupuurimise) puhul on tihendamata veerev õhklaager ainus võimalus.

Rullkoonuse otsaku "südamena" mõjutab laagrite valik otseselt puurimistööde maksumust, tõhusust ja ohutust. Loodetakse, et see artikkel aitab teil selgitada kolme laagri põhierinevusi, võimaldades teil valida praktiliste puurimisprojektide jaoks õige "südame" ning tagada iga kord tõhusa ja usaldusväärse puurimise.