Formen på borrhålets yta avgör hålets form: En guide till DTH-borrhålsdesign

Du kan specificera rätt diameter, rätt gänga, rätt skärsort – och fortfarande få usla resultat om borrytans geometri är fel för jobbet. Formen på framsidan av ett sänkborrskär avgör tre saker samtidigt: hur snabbt det borras, hur rakt hålet förblir och hur länge borrkroppen håller. Och du kan inte optimera alla tre samtidigt. Du måste välja.

Här är de fyra ansiktsdesignerna du ser i högtrycks-DTH-borrkronor, vad var och en är bra på och var de brister.

Det konvexa ansiktet: Snabbt, men vandrande

En konvex borrsida buktar utåt – mitten är högre än mätraden. Tänk på det som en kupol.

Den kupolformen gör en sak extremt bra: den placerar mittinsatserna i berget först. I medelhårda till hårda, slipande formationer förspricker dessa mittinsatser bergkärnan innan mätraden öppnar hålet till full diameter. Resultatet är höga penetrationshastigheter – borrkronan skär alltid i berg som redan är sprucket.

Avvägningen: hålets rakhet. En kupol har ingen centreringsmekanism. Borrkronan sitter på den högsta kontaktpunkten, och i ojämnt eller sprickigt berg förskjuts den punkten. Hålet vandrar. Om du borrar spränghål där avvikelsetoleranserna är mildare – till exempel produktionsbrott – är detta en acceptabel avvägning. Om du behöver raka hål för fördelade linjer eller mönster med täta avstånd är en konvex yta fel verktyg.

Det platta ansiktet: Överlevaren

Ett platt ytbett är precis vad det låter som – ytan är plan, eller nästan plan. Ingen kupol, ingen fördjupning, bara insatser på en plan yta.

Detta är den strukturellt mest robusta konstruktionen. Det finns ingen tunn sektion i mitten som kan spricka vid kraftiga stötar. Insatserna har ett välstöd av borrkroppens stål bakom dem. Plana borrkronor hanterar de högsta stötenergierna och den hårdaste, mest slipande bergarten – granit, kvartsit, tät basalt – utan de utmattningsproblem som plågar mer skulpterade konstruktioner.

Nackdelarna: plana ytor centrerar inte bra, så hålets rakhet är i bästa fall genomsnittlig. Penetrationshastigheterna är måttliga – det finns ingen försprickbildningseffekt, så varje skär bryter urberg vid varje slag. Och spånavgången kan vara trög eftersom det inte finns någon naturlig trattgeometri som styr borrkaxet in i spolkanalerna.

Plana borr är valet när berghårdhet är den dominerande begränsningen och hålets rakhet är en sekundär faktor. De är arbetshästar som sällan misslyckas katastrofalt men sällan imponerar med hastighet.

Den konkava ytan: Allroundaren

En konkav yta har en grund konisk fördjupning i mitten. Den yttre mätraden sitter något upphöjd från de mittersta insatserna.

Den fördjupningen skapar en mild kärnborrningseffekt. När borrkronan borrar bildas en liten stenpelare i den mittersta fördjupningen. Den pelaren fungerar som en pilot – den håller borrkronan centrerad i hålet. Resultatet är mätbart bättre hålräthet än konvexa eller plana konstruktioner.

Den konkava formen kanaliserar också spånen mot spolkanalerna i mitten, vilket förbättrar spånavgången. Bättre avgång innebär färre spån som slipar mot borrytan mellan slag, vilket innebär snabbare penetration och lägre skärslitage.

Detta är den vanligaste ytdesignen för högtrycks-DTH-borrkronor på marknaden, och det av goda skäl. Den balanserar penetrationshastighet, hålets rakhet och hållbarhet över en mängd olika bergarter. Om du är osäker på vilken ytdesign du ska använda, börja med konkav och justera därifrån.

Den djupa konkava mitten: Rakaste hål, mjukaste berg

En djup konkav mittborrkrona tar kärnborrkonceptet ett steg längre. Mittfördjupningen är uttalad – en djup fördjupning som bildar en rejäl bergpelare under borrningen. Centreringseffekten är stark. Djupa hål som borras med denna design förblir anmärkningsvärt raka, även under förhållanden där andra ytdesigner skulle avvika.

Kostnaden: strukturell svaghet. Den djupa mitturtagningen avlägsnar stål från det område på borrkronans yta som utsätts för högst spänning. Under tunga slagbelastningar – särskilt i hårt berg – kan mittsektionen utmattas och spricka. Djupa konkava borrkronor är strikt avsedda för mjuka till medelhårda formationer där slagbelastningarna är lägre och risken för sprickbildning i ytan är minimal.

Använd en djup konkav mittpunkt när hålets rakhet är det primära kravet och berget inte bestraffar konstruktionen. Brunnsborrning, djupa prospekteringshål och förankringshål där avvikelsetoleranserna är snäva är de naturliga tillämpningarna.

Hur man väljer

Beslutsträdet är enkelt när du väl känner till avvägningarna:

• Hård, slipande bergart + hastighet spelar roll + rakhet spelar inte roll:konvext ansikte.

• Hård, slipande bergart + hållbarhet spelar roll + rakhet spelar inte roll:platt ansikte.

• Blandade förhållanden + balanserad prestanda behövs:konkav yta. Detta täcker de flesta tillämpningar.

• Mjuk till medelstark sten + rakhet är avgörande:djup konkav mitt.

Mönstret för slitage är tryckt på varje borrkrona som kommer ut ur hålet. Titta på slitagemönstret. Ett konvext borrkrona som slits jämnt över borrhålet passade väl ihop med berget. Ett djupt konkavt borrkrona med en sprucken mittpunkt trycktes förbi sitt designhölje. Borrkronan visar om du valde rätt. Läs den och justera nästa ordning.