Поднимаем планку

Буровая коронка — это рабочая часть продуманной инженерной системы, которая преобразует гидравлическую энергию в ударные волны, разрушающие породу. К созданию новой уникальной коронки компанию Sandvik Mining подтолкнула ситуация, в которой оказался один из заказчиков на севере Швеции: заказчика беспокоил достаточно низкий срок службы инструмента. Главный инженер Андреас Риндешер потратил три года на интенсивные конструкторские работы, и теперь на его лице — заслуженная радость: новаторская конструкция с выступающим центром увидела свет.

«Чтобы добиться от коронки тех результатов, которые нам нужны, пришлось придумать абсолютно новую конструкцию», — рассказывает Риндешер.

Одним из ключевых участников этого научно-исследовательского и опытно-конструкторского проекта был менеджер проектов Роберт Грандин.

«Все началось с решения проблемы, которая возникла у клиента, работающего в экстремальных условиях. А теперь это решение стало стандартным и его можно использовать повсеместно, — объясняет Грандин. — Оно оказалось настолько успешным, что мы стали использовать эту высокоспециализированную технологию также и для других диаметров и условий эксплуатации».

«Новая коронка реже нуждается в замене, скорость бурения выше. По сравнению со стандартным инструментом, новая конструкция коронки позволяет проходить больше метров за смену, — объясняет Грандин. — Операторы говорят, что им очень нравится эта коронка, потому что они хотят выходить из кабины для замены инструмента ровно столько раз, сколько действительно нужно, и не чаще».

Одной из основных проблем при проектировании была ограниченность пространства на головке коронки.

«Если вспомнить конструкции, которые у нас были в течение последних лет двадцати, то там практически отсутствовало место, где можно было бы «развернуться», — говорит Риндешер. — Так что нам ничего не оставалось, кроме как придумать абсолютно новую конструкцию».

Основным приоритетом Риндешер и его коллега конструктор Джон Хаммаргрен поставили увеличение срока службы. Главный критерий для утилизации буровой коронки — избыточный износ по периметру, а простейший способ увеличить срок службы — добавление дополнительных вставок на калибрующем венце. Добавлять вставки зачастую проблематично: имеющегося пространства не хватает. Кроме того, увеличение количества карбидных вставок обычно ведет к снижению скорости бурения: та же ударная нагрузка дает меньшее результирующее усилие на одну вставку.

Новая конструкция позволяет решить эти проблемы за счет выступа в передней части, благодаря которому две или три передних вставки выдаются вперед на несколько миллиметров относительно калибрующего венца. Кроме того, передние вставки расположены под небольшим углом относительно оси симметрии буровой коронки. Выступающие вставки формируют небольшое углубление на дне скважины, что оптимизирует распределение усилия, ведущего к разрушению породы.

Инженеры, хорошо разбирающиеся в свойствах инструментальной стали, смогли создать корпус коронки, выдерживающий высокие нагрузки. Расчетный срок службы буровой коронки составляет около 500 метров при проходке абразивных пород — то есть, усталостными свойствами стали пришлось до известной степени пожертвовать ради повышения износостойкости. 

Ключевым фактором, позволяющим увеличить предельно допустимые нагрузки, сегодня является точный и надежный производственный процесс. Непрерывное совершенствование производственной технологии дает возможность выдерживать крайне малые производственные допуски.

Кроме того, в коронках с выступающим центром используется новый сорт цементированного карбида, GC80. «Проблема карбида в том, что он обладает либо хорошей износостойкостью, либо высокой ударной прочностью, — поясняет Грандин. — При разработке GC80 мы хотели найти оптимальный баланс этих двух свойств».

Для этого конструкторы разработали новый производственный метод, позволяющий улучшить износостойкость снаружи и одновременно обеспечить ударную прочность благодаря более мягкой сердцевине.