Энергопотребление буровых зондов для ГНБ с батарейным питанием

Планирование затрат при проведении буровых работ методом ГНБ включает и вопрос выбора подходящего бурового зонда, устанавливаемого в буровой головке — «пионере». Вопрос касается не только требований к обеспечению необходимой глубины бурения, но и требования к энергопотреблению зонда. Комплекта батарей должно хватать на выполнение полного перехода. В данной работе предлагается несколько практических путей для выбора подходящего бурового зонда и увеличения длительности работы от одного комплекта батарей.

Типы и параметры буровых зондов по энергопотреблению

Начнем с того, что следует различать энергопотребление зондов в свободном пространстве и при установке в буровой головке — «пионере». На рис. 1 приведены примерные границы потребляемого тока от свежих батарей для наиболее распространенных буровых зондов торговых марок DigiTrak и DitchWitch.

Рис. 1. Потребление тока зондов от новых батареек

Первые три позиции соответствуют зондам для локатора SubSite 750, четвертая и пятая позиции — наиболее массовые зонды для локаторов MARK, шестая позиция — относительно редкий четырехбатарейный вариант зонда DXP, седьмая позиция — двухчастотный зонд только для MARK-V, восьмая и девятая позиции — это одночастотный и двухчастотный зонды для ECLIPSE. Границы тока потребления обусловлены построением электронных блоков зондов и определены на основе измерений тока почти у двухсот зондов в процессе восстановительного ремонта.

Широко распространенные зонды DT и DX («желтые» и «красные») для локаторов MARK имеют более восьми вариантов построения электронного блока, которые различаются, в том числе и по току потребления. На рисунке 1 для этих зондов приведены границы потребления в зависимости от вида маркировки (номера) на батарейном отсеке. Это или четырехзначный номер (также может быть буква «А» перед номером), или семизначный номер (относится к «промежуточному варианту» на рисунке 1), или шестизначный номер. Шестизначным номером обозначаются также зонды для MARK-V и ECLIPSE. К сожалению, нет достаточной статистики по зондам D4XP — всего два экземпляра были подвергнуты восстановительному ремонту. Прогнозируемая зона тока потребления для них, отмеченная на рисунке 1, основана на пересчете потребления для зондов DT и DX — снижение примерно в 1,5...1,7 раза. Зелеными прямоугольниками на рисунке 1 отмечены границы тока потребления зондов, прошедших восстановительный ремонт с модернизацией антенного блока.

Несмотря на высокие потребительские качества по своим возможностям, неприглядную картину представляют собой токи потребления зондов для ECLIPSE — это результат недостаточно продуманного построения электронного блока.

Пользователи — буровые мастера — сами могут сделать выбор в пользу того или иного зонда, пользуясь приведенным выше рисунком.

Влияние конструкции и материала «пионера» на энергопотребление бурового зонда

Отсек в «пионере», где устанавливается буровой зонд, в процессе работы подвергается мощнейшим переменным нагрузкам. Естественно, что он выполняется, в большинстве случаев, из инструментальной стали с термообработкой. Также несомненно, что зонд, помещенный в отсек, потребляет больше энергии из-за взаимодействия антенны с материалом «пионера», который является ферромагнетиком с дополнительными потерями на перемагничивание. Необходимая энергия на перемагничивание забирается у антенны, что и влияет на ток потребления. Особенно это заметно у резонансных антенн, которые используются в зондах под торговой маркой DitchWitch (86B, 86BH, 86BG) и в меньшей степени проявляется в не резонансных антеннах зондов для локаторов MARK и ECLIPSE.

Тем не менее, есть несколько правил, позволяющих снизить влияние «пионера» на параметры бурового зонда по энергопотреблению

1. Размер продольных щелей в самом коротком месте (размер «L» на рисунке 2) должен превышать длину антенны зонда на 30-50 мм в зависимости от диаметра отсека под буровой зонд.
2. Диаметр отсека под буровой зонд (размер «D» на рисунке 2) должен быть как можно больше (в разумных пределах).

Длина антенны для зондов DitchWitch равна 177 мм, для зондов DigiTrak, в зависимости от типа, длина антенны находится в пределах 102... 141 мм. В зондах DigiTrak один из концов антенны находится приблизительно в 35 мм от границы батарейного отсека, для зондов DitchWitch характерно симметричное расположение антенны относительно пластмассового корпуса.

Рис. 2. Отсек в пионере

Кроме повышенного энергопотребления, которое может увеличиваться в 2-3 раза по сравнению со «свободным» расположением зонда, уменьшение размера «D» чревато еще одной неприятностью. «Фирменная» буровая головка с открытыми продольными щелями работает как торсион при передаче усилия вращения и из-за продольных щелей происходит ее скручивание с уменьшением диаметра посадочного места под зонд. На рисунке 3 приведена схема явления и возможная форма «пионера» при приложении усилия вращения.

Рис. 3. Вохможная форма пионера при вращение

В итоге на корпусе зонда видны следы сжатия, что может привести к разрушению элементов электронного блока, в том числе и антенны. Это достаточно распространенная причина отказов при использовании «фирменной» буровой головки («пионера») с открытыми продольными щелями. Для надежной работы следует заполнить щели изоляционным абразивостойким материалом, типа стеклотекстолита, хорошо работающим на сжатие, использовать отверстие для зонда увеличенного диаметра. Центрировать при этом зонд в отверстии или штатными средствами (утолщения на концах зонда), или двумя резиновыми кольцами (можно подмотками из изоляционной ленты), расположенными на расстоянии 50-60 мм от концов зонда. Третья подмотка из изоленты посередине не допускается.

Заключение

Борьба с множеством факторов, влияющих на энергопотребление зондов и, как следствие, на продолжительность непрерывной работы от одного комплекта батарей, может быть сведена к нескольким решениям. Во-первых, необходима ревизия конструкции используемой буровой головки («пионера»), во-вторых, наличие нескольких буровых зондов, отличающихся мощностью и, соответственно, током потребления дает свободу выбора в зависимости от типа трассы, глубины ее залегания. И наконец, существует ряд конструкционных решений для буровых зондов, дающих возможность увеличить количество одновременно используемых батарей питания в комплекте и, естественно, длительность непрерывной работы. Последнее следует делать с осторожностью, так как не всякий электронный блок зонда выдержит повышенное напряжение питания. Опыт такой модернизации есть в ООО «Подзембурстрой», Челябинск

Вместе с тем, можно смело утверждать, что вполне реально создать зонд, аналогичный по мощности сигнала, например, зонду DX, но с током потребления 20-25 мА, что более чем в два раза увеличит продолжительность непрерывной работы. В частности, в результате модернизации зондов DT и DX, проводимой в процессе восстановительного ремонта, стабильно получаются токи потребления 35-50 мА при уровне сигнала 620-630 единиц на расстоянии 3,05 м (калибровка). Такой восстановленный зонд является улучшенным аналогом зонда DX по току потребления и одновременно улучшенным вариантом зонда DT по мощности сигнала. Условно такой зонд называется «Малопотребляющий DX».