Технология использования воды вместо воздуха как энергоносителя в гидроударных механизмах известна многие годы. Однако, технические трудности, связанные с коррозией, трещинами в породе и износом, сделали трудным или невыгодным применение этих идей на практике. Эта ситуация стала меняться в начале 90-х годов, когда швецкая горнопромышленная компания LKAB начала использовать воду для управления гидроударниками при бурении скважин. Использование гидравлического удара также означало продолжительное оценивание и усовершенствование системы, которая сегодня является высокоокупаемым и конкурентоспособным методом бурения. Сегодня более 5 млн. м. бурения пробурены при помощи гидравлических систем, управляемых водой в швецкой горной промышленности.
У этого метода много достоинств; самыми важными являются высокая окупаемость и конкурентоспособность продукции. Эта технология предполагает высокую скорость погружения и низкое потребление энергии, а также возможность бурения практически на любую глубину (Томас и Нордель, 2000). Рабочая окружающая среда улучшается после того, как устраняется пыль и воздух, очищенный от масляных остатков. Однако, недостатком является то, что требуется большой поток воды, предпочтительно высокого качества, чтобы управлять гидроударником. Кстати, обычный четырехдюймовый гидроударник требует от 0,2 до 0,4 м3/мин., чтобы достичь конкурентоспособной скорости погружения. Это означает, что вода должна рециркулировать, если этот метод бурения используется в местности, где доступ к воде ограничен или если трудно осуществить размещение отходов. Концентрация частиц в бурильной воде в основном зависит от фактического расхода жидкости, скорости погружения и плотности породы, которую бурят. Массовая концентрация (м3) от 4 до 12 % обычно для породы, которую бурят обычным четырехдюймовым гидроударником. Приблизительно это соответствует 13-27 кг/мин потоку частиц, что означает, что должно быть использовано мощное очистительное оборудование. Размер распространения частиц изменяется в зависимости от некоторых факторов. Свойства породы, устройство бура, ударная энергия -только некоторые из них. Важным ограничивающим фактором при вертикальном или наклонном бурении является скорость выходящей воды, так как она должна быть выше, чем скорость осадка частиц. С другой стороны, частицы будут оседать в скважине и будут разрушаться буром до тех пор, пока размер достаточно мал, чтобы следовать за потоком. Частицы, образованные при бурении скважины четырехдюймовым гидроударником обычно меньше 1мм с массой размеры медианы (d=50) приблизительно 0,1 мм. Чтобы технология была успешной, гидравлическая очистительная система должна быть правильно спроектирована и выполнена, так как качество гидравлики напрямую зависит от срока эксплуатации. Размывающие частицы или активные химические вещества в питающей воде значительно сокращают сроки эксплуатации инструмента, особенно если используются обычные инструменты, сделанные из твердой стали. Однако можно использовать карбид вольфрама как материал для изготовления инструмента, но это увеличит стоимость и потому обычно этот материал используют в инструментах, который бурит шлам. По этой причине знания (так как связанные с водой параметры влияют на срок эксплуатации инструмента и материалов) жизненно важны при проектировании выкокоокупаемых систем.
Интересный факт был получен при практическом применении этих инструментов, особенно в горной промышленности, где автоматические буры произвели миллионы метров скважин четырехдюймовыми гидроударниками. Результаты анализа воды и факты соответствующего срока эксплуатации инструмента показывают, что время между ремонтами соответствует приблизительно 1500 м бурильной породы, тогда как вода содержит максимум 0,02 % твердых частиц. Средняя скорость погружения при таком бурении была 0,9 м/мин, что дало в общем приблизительно 6 млн перемещений поршня между ремонтами, в то время как частота перемещения поршня составляет в среднем 60 Гц. Другие эксперименты показали, что срок эксплуатации коренным образом сокращается большим количеством твердых частиц в воде. Например, срок эксплуатации менее 100 бурильных метров был измерен при содержании в воде около 0, 5 % твердых частиц. Чтобы оценить возможности этой системы, был сконструирован полный мобильный прототип действующего агрегата с использованием дешевых гидроударников, работающих на чистой воде. Агрегат включает все компоненты, необходимые для продуктивного бурения, например, системы как для создания давления жидкости при бурении, так и для разделения жидкости (при помощи пластинчатого сгустителя и гидроциклонного агрегата), чтобы облегчить процесс циркуляции. Прототип агрегата сейчас проходит начальную операционную проверку, чтобы установить зависимость между сроком эксплуатации инструмента и содержанием частиц в бурильной жидкости. Системные характеристика для прототипа были установлены в соответствии с действующей моделью, выполненные в Matlab Simulink math package. Размер распространения, концентрация и потоки частиц делают в стратегическом плане модель как подходящий инструмент для развития систем в следующем поколении. Этот доклад описывает процесс в системе прототипа, как он устроен, а также обсуждаются условные результаты для различных конфигураций системы. К тому же приводится факт проверки очищающей способности сгустителя.