De tre siffrorna som styr varje DTH-hål: rotation, matning och vridmoment

Varje DTH-borrningsoperation handlar om tre parametrar. Rotationshastighet, matningstryck och rotationsmoment. Om du får alla tre rätt borrar hålet sig självt. Om du får någon av dem fel slösar du antingen bort borrkronans livslängd, böjer strängen eller går inte framåt.

Problemet är att dessa tre siffror är beroende av varandra och ständigt förändras – med djup, med berghårdhet, med borrkronslitage. Så här ska man tänka på var och en, med de fältformler och tumregler som erfarna borrare faktiskt använder.

Rotationshastighet: Matcha indexeringen med stöten

Rotationens uppgift är att flytta borrinsatserna till färsk bergart mellan kolvslagen. Borrkronan ska inte träffa samma punkt två gånger, men den ska inte heller rotera så mycket att den lämnar obrutna åsar mellan nedslagskratrarna.

Den optimala punkten, baserad på fälttester i hårt berg: varje stöt bör indexera de yttre diameterinsatserna med en tredjedel till hälften av insatsens egen diameter. Mindre än så och du träffar samma berg igen. Mer än så och du lämnar åsar.

Det finns en formel för detta: rotationshastigheten är lika med slagfrekvensen gånger skärdiametern, dividerat med pi gånger håldiametern.

n = f × d / (π × D)

Där n är rotationshastigheten i varv/min, f är slagfrekvensen i slag per minut, d är mätinsatsens diameter och D är hålets diameter.

Logiken är enkel: skäret behöver flytta en skärdiameter per slag, och hålets omkrets avgör hur många skärdiametrar som får plats i en rotation. Formeln omvandlar den geometrin till ett varvtal.

I praktiken, för brunnsborrning, är arbetsområdet vanligtvis 10-30 varv/min. Långsammare i hårt berg där varje stöt behöver full kontakttid för att brytas, snabbare i mjukt berg där penetrationen är djup och borrkronan kan indexera ytterligare mellan slagen.

Matningstryck: Intervallet är bredare än du tror

Matningstryckets uppgift är att hålla borret placerat mot berget så att kolvens energi går till att spricka istället för att studsa. Rätt värde beror på hammartyp, bergets hårdhet och lufttryck.

Arbetsområdet är 6 till 14,6 kilogram per millimeter borrkronans diameter. I den lägre änden, för mjuk bergart och lågt lufttryck. I den högre änden, för hård bergart och högt lufttryck.

Ett konkret exempel: ett 152 mm borr som arbetar med mindre än 1,7 MPa lufttryck behöver cirka 6 × 152 = 912 kilogram matningskraft. I hårdare berg, tryck mot den övre delen av intervallet – 10, 12, till och med 14 kg per millimeter – och observera borrkronans beteende medan du arbetar.

Djuphålskorrigeringen från föregående artikel gäller även här: den faktiska matningskraften nere i borrhålet är lika med det teoretiska värdet minus vikten av borrsträngen, hammaren och borrkronan. När hålet fördjupas, subtrahera den hängande vikten från mätaravläsningen för att hålla den faktiska borrkronkraften konstant.

Och samma varning: mer matning betyder inte mer penetration. Kolven gör brytningen. Matning är bara kontaktunderhåll. Övermatning och du sliter på skär, belastar splines och böjer strängen utan vinst.

Vridmoment: Siffran ingen beräknar

Vridmomentet får minst uppmärksamhet eftersom det oftast är vad rotationsmotorn levererar. Men det spelar roll, särskilt i djupa borrhål och hårt berg.

Det teoretiska kravet är cirka 1,06 newtonmeter per millimeter borrkronadiameter. I fält bör man räkna med mer – cirka 2,7 N·m per millimeter – för att ta hänsyn till friktion i hålet, skärsår i ringen och det ökande motståndet hos en lång sträng.

Ett borr på 152 mm behöver ungefär 2,7 × 152 = 410 N·m rotationsmoment. Det är arbetsvärdet, inte det teoretiska minimumet. I djupa borrhål, lägg till mer. I hårt, slipande berg, lägg till mer. Momentbehovet ökar ju längre strängen blir och berget hårdare.

Om rotationsmotorn arbetar – den svänger kraftigt, stannar eller blir varm – har vridmomentbehovet överskridit tillförseln. Det är ett tecken på att kontrollera hålet: borrspån som packas, väggen rasar eller borret som fastnar. Gasa inte bara igenom det.

De tre parametrarna tillsammans

Här är ramverket som binder samman alla tre:

• Rotationshastighetstyr hur långt borrkronan indexerar mellan slag. För långsamt slöseri påverkar energin på redan brutet berg. För snabbt lämnar åsar och sliter på skär.

• Matningstryckstyr om borret sitter kvar. För lite studsar hammaren och avfyrar kolven. För mycket slipar skär och belastar splines.

• Vridmomentstyr om borret överhuvudtaget kan rotera. Otillräckligt vridmoment gör att strängen stannar i hålet. För högt vridmomentbehov signalerar ett hålproblem.

De samverkar. Högt matningstryck ökar momentbehovet. Hög rotationshastighet ökar slitaget på skären. Högt vridmoment i mjukt berg innebär att borrkronan packas. De tre siffrorna är ett system, inte en checklista.

Borraren som förstår det här systemet behöver ingen manual. De läser av hålet – borrningshastigheten, returluften, rotationsmotorns ljud, vibrationerna via kontrollerna – och justerar alla tre parametrar tillsammans, konstant, i små steg. Det är skillnaden mellan att borra enligt boken och att borra efter hålet.