Расширьте предел

В начале 2021 года компания Sandvik Mining and Rock Solutions выпустила новую буровую установку с выносным перфоратором для бурения с поверхности - Pantera DP1600i. Это новейший представитель семейства больших гидравлических буровых установок на гусеничном ходу Pantera DPi, отличающийся высокой скоростью проходки и расширенными возможностями автоматизации для управления парком и оптимизации производительности бурения на основе данных. Однако до сих пор их диапазон размеров отверстий не превышал 152 миллиметров (6 дюймов).

При разработке Pantera DP1600i инженеры-конструкторы стремились найти оптимальный баланс между всеми тремя основными компонентами буровой установки: базовой машиной, буровым инструментом и буровыми инструментами, чтобы иметь возможность бурить скважины большого размера от 140 до 178 миллиметров (5,5-7 дюймов).

Базовая машина основана на надежной и проверенной платформе Pantera серии DPi, модернизированной с помощью критически важных деталей в гидравлической системе и измененной конструкции стрелы, чтобы нести более мощный перфоратор. Это позволяет повысить производительность и, в конечном счете, увеличить размер скважины без увеличения площади буровой установки.

"У нас есть большой опыт работы с буровыми станками с выносным перфоратором для бурения с поверхности, начиная с 2008 года, поэтому модернизация существующей платформы для нового решения была естественным выбором", - объясняет Ярно Вии-таниеми, менеджер по продукции для поверхностного бурения Sandvik Mining and Rock Solutions.

Новый перфоратор RD1840C решает задачу повышения энергии ударного действия при бурении без увеличения физических размеров бура за счет более длинного и, соответственно, более тяжелого бурового поршня. Геометрия, длина и вес поршня были оптимизированы для бурового инструмента и целевого, более крупного оптимального размера отверстия в 165 миллиметров, что позволило добиться более эффективной и длинной формы ударной волны и улучшить динамику бурения.

"Ключевым преимуществом концепции Top Hammer XL является то, что три основных компонента буровой системы - буровая установка, перфоратор и буровой инструмент - были пересмотрены, переработаны и взаимно оптимизированы", - говорит Юкка Силтанен,
менеджер по линейке буровых установок в Sandvik Mining and Rock Solutions. "Это действительно работает очень хорошо как единое целое".

В качестве опции RD1840C поставляется с системой мониторинга нагрузки на инструмент Sandvik RockPulse, которая предлагает оператору в режиме реального времени данные измерений трех ключевых параметров бурения: отклика бурового долота, нагрузки на инструмент и уровня подачи. Система в режиме реального времени измеряет волны напряжения, возникающие при каждом ударе поршня, и это помогает оператору избежать плохого контакта с породой и чрезмерных растягивающих напряжений, а также перегрузки или недоподачи.

Инструментальная система, оптимизированная для концепции буровой установки с выносным перфоратором XL, - это новое семейство Sandvik LT90. При разработке этих инструментов для горных пород возникла проблема более длинной и мощной ударной волны, генерируемой новым перфоратором RD1840C. Точнее, как передать ее контролируемым образом на забой скважины с минимальными потерями энергии для максимальной скорости проходки.

"У нас больше энергии во всей системе, - говорит Фредрик Бьорк, менеджер по продукции буровых инструментов для поверхностного бурения компании Sandvik Mining and Rock Solutions, - Если не дробить породу с этой энергией, то она разрушит бурильную колонну и резьбу. Она превратится в тепло".

Проблема была решена в основном за счет улучшения динамики бурения, что, в свою очередь, требует тщательного балансирования нескольких потенциально противоречивых параметров. Один из них - жесткость бурильной колонны для получения прямых отверстий и в то же время избежание чрезмерной жесткости для предотвращения поломки бурового инструмента при изгибе. Ограничение жесткости практически также означает отказ от слишком больших диаметров штанг, поскольку это приведет к увеличению напряжений в резьбовых соединениях при изгибе.

В резьбе штанги баланс заключается в том, чтобы сделать резьбу как можно более тонкой, но при этом достаточно прочной для оптимизации характеристик сцепления бурильной колонны. Практическая польза от этого - легкое нарезание и снятие резьбы на штангах и долотах.

Еще один ключевой баланс - между износостойкостью и твердостью, поскольку слишком твердая инструментальная сталь будет также слишком хрупкой. Главным преимуществом Sandvik в этом отношении являются ноу-хау по маркам стали и термообработке, имеющиеся в компании Sandviken, Швеция.

Перфоратор RD1840C прошел тысячи часов стендовых испытаний, а вся буровая установка прошла более 100 000 метров реального бурения в сложных горных условиях. Полевые испытания проводились в Северной Европе с января 2019 года, что означает, что решение "Выносной перфоратор XL" должно было выдержать широкий спектр условий, характерных для субарктических районов, включая два зимних сезона с минимальной температурой около -40 ˚C, а также жаркую летнюю погоду до 30 ˚C. Буровая установка и инструменты выдержали все испытания.

Результаты показывают снижение расхода топлива на 50 %, снижение общей стоимости бурения на 25 % и увеличение производительности на 15 % по сравнению с методом бурения с погружным пневмоударником*. Кроме того, новые горные инструменты обеспечивают превосходный срок службы коронки по сравнению с конкурирующими продуктами и технологиями. Чтобы проиллюстрировать масштаб экономии топлива в типичных условиях добычи, она сопоставима с годовым потреблением 107 средних семейных автомобилей. Эти преимущества также доступны при добыче полезных ископаемых на большой высоте. 50-процентное сокращение расхода топлива, естественно, оказывает значительное влияние и на выбросы CO2.

Sandvik является первым производителем оборудования, представившим такую инновационную технологию бурения с выносной перфораторной установкой, которая позволяет достичь экономически эффективных результатов при бурении отверстий большого размера. Top Hammer XL расширяет диапазон размеров отверстий технологии бурения с выносным перфоратором до 178 миллиметров (7 дюймов), делая изначально более экономичные буры с выносным перфоратором жизнеспособной альтернативой технологии DTH в значительно больших масштабах, чем раньше.