Технология алмазного бурения


Технология алмазного бурения

Алмазные коронки имеют небольшой диаметр, поэтому бурильные трубы должны иметь ниппельные соединения.

Для коронок диаметром 36 и 46 мм применяются штанги диаметром 33,5 и 42 мм соответственно; для коронок 59 и 76 мм диаметром 50 мм.

Коронка, колонковая труба, переходник и нижние штанги должны быть после свинчивания соосны и прямолинейны. При бурении в крепких породах между коронкой и колонковой трубой необходимо включать алмазный расширитель для калибровки ствола. Это уменьшит время на разбурку скважины и увеличит работоспособность алмазной коронки.

Для борьбы с искривлением скважины рекомендуется ставить второй алмазный расширитель между колонковой трубой и переходником.

В процессе бурения у алмазной коронки уменьшается наружный диаметр, а внутренний диаметр увеличивается. Следовательно, увеличивается и диаметр керна. Поэтому, прежде чем опускать в скважину новую, еще не работавшую коронку, необходимо предварительно проработать забой скважины крестовым долотом для того, чтобы разрушить оставшийся керн. Если не провести такой операции, внутренние алмазы коронки могут быть разрушены керном. При бурении бескерновыми коронками эта операция отпадает.

Спуск инструмента с алмазной коронкой следует производить без толчков и ударов, чтобы не повредить алмазов. Новую, еще поработавшую коронку надо спускать особенно осторожно, при спуске наблюдать, не зажимается ли новая коронка в суженной внизу скважине. Если коронка защемляется, надо приподнять ее и приступить к разбурке скважины - иначе можно сколоть наружные алмазы. Коронку на забой необходимо ставить осторожно, без толчков и ударов.

По данным зарубежной практики, бурение мелкоалмазными коронками диаметром 46 и 36 мм можно вести при 750 - 1500 об/мин. При больших скоростях вращения колонна бурильных труб может сильно выбрировать, что снижает стойкость алмазной коронки. Для уменьшения вибрации бурильные трубы снаружи смазываются специальным густым составом, содержащим канифоль, нигрол, животный жир и др. С увеличением крепости и абразивности породы число оборотов коронки уменьшают. При глубоком бурении скорость вращения снижается до 150 - 250 об/мин.

При постановке на забой новой коронки дают вначале небольшое осевое усилие (150 - 200 кг) и малую скорость вращения; по мере приработки алмазов в коронке в течение 10 - 15 мин нагрузку на коронку и число оборотов ее повышают до нормальных. Осевое усилие на коронку чаще всего доводят до 600 - 800 кг.

Бурение ведут не до полного износа коронки, а при снижении скорости бурения до 2 - 3 см/мин ее меняют.

Промывка при алмазном бурении должна обеспечивать хорошее охлаждение алмазов, так как они при сильном нагреве портятся. Скорость восходящего потока между колонной штанг и стенками скважины должна быть не менее 0,6 - 0,8 м/сек.

При наполнении колонковой трубы керном инструмент поднимают. Для этого над коронкой помещают кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы извлекается. Алмазную коронку следует заменить в случае:

· механического повреждения коронки;

· появления на торце коронки круговых борозд вследствие отсутствия полного перекрытия рабочего торца алмазами;

· сильного оголения алмазов;

· износа коронки по диаметру.

Износившиеся алмазные коронки отправляют на завод, где матрицу растворяют в соответствующих кислотах и отбирают пригодные для бурения алмазы, которые вторично используются в коронках.

При бурении отечественными алмазными коронками скорость вращения обычно принимается в пределах 250 - 450 об/мин. Осевая нагрузка принимается из расчета от 40 до 60 кг на 1 см2 рабочего торца коронки в зависимости от насыщенности торца алмазной коронки алмазами.

9. Для бурения в современно промышленности используют специальные инструменты или детали, которые именуют долотами или коронками. Это насадки на буровые механизмы или установки, что выполняют непосредственно функцию бурения.

Их крепят на роторы, которыми любая буровая установка оборудована в обязательном порядке. Однако долота и коронки могут различаться по своей структуре, так как предназначаются для разработки различных пород. Отдельным классом считаются твердосплавные буровые колонки и долота, о которых сейчас и пойдет речь.

Для бурения необходимо применять долото или коронку. Это главный рабочий инструмент, который берет на себя всю нагрузку от разработки породы. Само по себе долото – это искусственно вылитая из металла матрица, на которую монтируют дополнительные детали. Например, шарошки, зубцы и т.д. При вращении эти зубцы разрабатывают породу и дают человеку возможность выполнять бурение каналов, тоннелей и т.д. Без них невозможно обойтись при разработке шахт, прокладке тоннелей для метро или автомобильных путей, коммуникаций и т.д. Коронки являются по сути тем же долотом, только работают они немного по другому принципу. Стандартное долото разрабатывает породу прямым методом контакта. То есть оно будет бурить землю по всей площади соприкосновения. И возможно даже по краям, если для этого на нем установлены необходимые элементы. Коронки же дают нам возможность работать колонковым методом. Простейший пример таких действий – бурение алмазными коронками бетонных конструкций. Сама коронка имеет форму пустотелого цилиндра. Одна стенка цилиндра является его тыльной стороной, а второй просто нет. Вместо нее коронка по периметру затачивается или оборудуется нарезными бурильными элементами. В основном резцами или чем-то подобным.

Твердосплавные долота и коронки от обычных отличаются используемыми режущими элементами. Учеными уже доказано, что при процессе бурения любых пород есть определенная зависимость износа бурильного инструмента, от нескольких факторов. Чтобы увеличить их срок работы используют твердосплавные металлы. Имеются в виду сплавы из никеля, вольфрама и титана. Существует огромное количество сплавов такого типа, поэтому выделять основные смысла нет. Только стоит понимать, что твердосплавными делают не тело долота или коронки, а сами режущие элементы. Исключения, конечно, имеются, но они чрезвычайно редки. А все дело в том, что буровые долота и коронки полностью из вольфрама или титана – это инструменты огромной прочности, но и не меньшей цены. Использовать их в абсолютном большинстве случаев нерентабельно. Другое дело, когда буровые насадки оборудуют только режущими элементами, которые уже выполняли из твердых сплавов. В таком случае затраты на производство понизятся в десятки раз, а вот долговечность работы и эффективность оборудования обязательно повысится. Долота, как правило, оборудуют врезными пластинами, конусообразными резцами и т.д. Их запрессовывают непосредственно в матрицу или рабочий элемент. Например, твердосплавные частицы всегда запрессовывают в шарошки, таким образом, повышая их надежность и долговечность. Коронки не нуждаются в использовании пластин, на них монтируют очень мелкие резцы, или же прикручивают стираемые расходные насадки из твердых сплавов.

Виды

Твердосплавные долота и коронки от обычных, как правило, отличаются только наличием усиленных резцов, а потому и классификация их тоже практически одинакова. Так, буровые коронки из твердых сплавов по типу конструкции делят на: Зубильные; Для гидроударного бурения; Ребристые; Резцовые; Самозатачивающиеся.

Первый вариант – это коронки для бурения перфораторным методом. Их оборудуют довольно крупными и серьезно заточенными резцами. Системы гидроударного бурения имеют твердосплавное покрытие, которое позволяет им разрабатывать крупные и прочные породы. Например, скальные отложения гранита, абразивных камней и т.д. Ребристые образцы используют для разработки песчаников, глинистых грунтов и карстовых пород. Они чрезвычайно долговечны, так как используются с довольно мягкими грунтами. Резцовыми коронками пользуются, когда надо взаимодействовать со сланцами и известняками. Последний тип инструмента – это самозатачивающиеся модели коронок. Их твердосплавные резцы и режущие пластины разработаны так, чтобы иметь возможность не стираться во время бурения, а наоборот, затачиваться. Такие модели чрезвычайно дороги, но и качество у них соответствующее. Характеристики твердосплавных коронок тоже мало чем отличаются от аналогичных у стандартных моделей. Их диаметры начинаются от 50-70 миллиметров. Верхняя же планка у массовых образцов находится на уровне 700-900 миллиметров. Но это далеко не предел. Длина режущей насадки коронок равняется 35-130 мм. Это если рассматривать средние по своим габаритам модели. Интересен тот факт, что чем больше диаметр рабочего лезвия на коронке, тем дольше оно проработает и будет пригодной к нормальной эксплуатации. Разновидностей долот для бурения тоже хватает, но твердосплавными резцами оборудуют преимущественно две основных разновидности. Имеются в виду долота: Шарошечные; Матричные

Шарошечные долота удобны своей функциональностью и практичностью. На подвижную основу из нескольких лап монтируют шарошки. Именно шарошки и оборудуются твердосплавными резцами. Их диаметр может начинаться от 50 мм и доходить до довольно высоких значений. Как правило, шарошек используется несколько. Самыми популярными считаются трехшарошечные модели, хотя здесь все зависит от конкретной ситуации. Шарошечные долота из твердых сплавов являются оптимальным решением для тех, кому нужно получить качество за приемлемую сумму. Матричные долота отличаются немного другими характеристиками. Они собираются из цельной матрицы, которую могут производить из разных составов. Матрица вращается на роторе, а ее резцы разрабатывают породу. Это более современный тип бурильных инструментов и в последнее время используют его практически везде. Хотя далеко не всегда матричное долото будет лучше, чем шарошечное. Здесь все определяется конкретными условиями и особенностями той или иной ситуации. На матрице можно монтировать резцы любых видов. Используются как стандартные пластины или полуконические вставки, так и дробящие элементы или даже напыление. В этом плане матричные модели долот очень функциональны и, что очень важно, произвести обновление или замену режущего состава довольно легко. Такие типы бурильных инструментов имеют диаметры от 150 и до 1000 миллиметров. Скорость их вращения начинается от 250 оборотов в минуту. Этим они отличаются от шарошечных долот, которые за счет своих особенностей часто используются на скорости в 80-120 оборотов в минуту.

Технология применения.

Особенность использования твердосплавных долот и коронок в том, что за их состоянием нужно очень четко следить. Конечно, повышенная прочность дает вам некоторое поле для маневра, однако качественный уход еще сильнее улучшит качественные характеристики и долговечность бурового инструмента. Плюс стоит заметить, что твердосплавные модели, как правило, нуждаются в постоянной очистке, мойке и смазке. Поэтому их лучше использовать на специальных буровых установках, в которых есть оборудование для постоянной очистки долота. Также потребуется подача бурового масла, которое смазывает резцы, делает их более устойчивыми. Это достигается за счет уменьшения силы трения между породой и самим металлом. При этом эффективность бура не уменьшается, а даже увеличивается. Раз в определенный период зубцы проверяют на качество. Не исключено, что во время работы несколько твердосплавных частей вылетит из бура либо повредиться их седло (это если говорить о матрицах, в которые резцы и пластины запрессовывают на станках). В таком случае их снимают на доработку и ремонтируют в срочном порядке. У коронок такие проблемы наблюдаются намного реже, так как у них площадь сопротивления намного ниже. Однако и здесь придерживаются аналогичных алгоритмов работы и обслуживания.

10.В комплект породоразрушающего инструмента при разве­дочном бурении скважин алмазным способом входят алмазные корон­ки и расширители.

Алмазная коронка при бурении выполняет роль породоразру­шающего наконечника. Алмазный калибровочный расширитель предназначен для сохра­нения диаметра скважины в процессе ее проходки, а также для стабилизации работы коронки на забое скважины.

Алмазные коронки классифицируются по следующим характеристикам:

· крупность объемных и подрезных алмазов;

· свойства матрицы;

· схема раскладки алмазов и насыщенность коронки алмазами;

· характер промывочной системы;

· форма торца матрицы;

· конструкция корпуса.

Крупность алмазов, закладываемых в коронку, определяется твердостью породы и ее структурой,свойства матрицы — абразив­ностью разбуриваемой породы и ее шлама, схема раскладки алмазов в матрице и насыщенность коронки алмазами — упруго-пластичными свойствами породы и характером ее разрушения алмазным нако­нечником, конструкция промывочной системы — видом промывоч­ного агента, а также количеством и величиной частиц шлама.

Таким образом, совокупность основных физико-механических свойств горной породы и определяет рациональную комбинацию конструктивных элементов алмазной коронки для конкретных условий бурения.

Каждый тип алмазной коронки предназначается для бурения определенного комплекса пород.

По конструкции режущей части алмазные буровые наконечники подразделяются на кольцевые (керновые) коронки, предназначенные для бурения скважин кольцевым забоем с отбором керна, иалмаз­ные долота — для бескернового бурения скважин сплошным забоем.

Алмазная коронка состоит из твердосплавной матрицы, ар­мированной алмазами, и стального корпуса.

Матрицу и корпус соеди­няют в процессе изготовления коронки. В матрице имеются про­мывочные каналы, которые разделяют ее на сектора. Материалом для изготовления корпуса коронки служит сталь марки 20-30 по ГОСТ 1050—60. Профиль внутренней части корпуса коронки выполнен конусным для кернорвательного кольца. На на­ружной поверхности корпуса коронки имеется ряд цилин­дрических сверлений, исполь­зуемых при отвинчивании или навинчивании коронки с по­мощью штифтовых ключей.

Резьбовое соединение алмаз­ной коронки с колонковой трубой или корпусом калибро­вочного расширителя выполнено в соответствии с ГОСТ 6238—52.

Основные размеры алмазных буровых коронок для геологораз­ведочного бурения скважин одинарными колонковыми трубами приведены на схеме.

Рис. Стандартная алмазная коронка

Диаметр коронок, D D1 D2 D3 Число промывочных каналов
24,5 18,5
27,5
37,5
50,5 4-6
66,5
82,5
101,5

Кристаллы алмазов, выполняющие в алмазной коронке роль породоразрушающих резцов, располагаются в матрице в опреде­ленном порядке. По своему назначению и расположению в матрице алмазы подразделяются на объемные (торцевые) и подрезные.

Объемными называются алмазы, размещенные внутри матрицы или на ее торцевой поверхности, подрезными — алмазы, располо­женные по наружной и внутренней боковым поверхностям матрицы.

Объемные алмазы выполняют основной объем работы по разруше­нию породы. Подрезные алмазы предохраняют коронку от износа по боковым поверхностям.

Алмазы, используемые в коронках, классифицируют по ка­честву и размерам.

Крупность алмазов определяется по количеству зерен, прихо­дящихся на 1 карат веса (1 карат = 0,2 г).

Алмазные коронки по конструкции подразделяются на три группы: однослойные, многослойные и импрегнированные.

Однослойная: 1 и 2 — объемные алмазы; 3 — подрезные алмазы, 4— матрица коронки, 5 — корпус коронки. Многослойная: 1 — объемные алмазы первого слоя; 2 — алмазы; 3 — коронки; 4 — матрица коронки; 5 — корпус объемные алмазы последующих слоев.

Однослойные коронки армируются алмазами крупностью от 2—5 до 40—60 шт. /карат, которые располагаются в одном, поверх­ностном, слое матрицы. По боковым поверхностям (внутренней и наружной) однослойные коронки армируются подрезными алмазами. Схема однослойной алмазной коронки показана на рис. 2.

При бурении однослойными коронками алмазы, расположенные л поверхностном слое матрицы, постепенно изнашиваются, вслед­ствие чего скорость бурения снижается.

Однослойные коронки предназначены для бурения в горных породах VI—X категорий по буримости. Применение однослойных коронок в породах более высоких категорий нерационально, так как приводит к интенсивному сколу и выкрашиванию алмазов из матрицы и преждевременному износу коронки.

Многослойные алмазные коронки (рис. 3) армируются более мелкими зернами объемных алмазов (60—90 и 90 —120 шт./карат), расположенными в матрице несколькими слоями в порядке, обеспе­чивающем по мере износа алмазов пер­вого слоя обнажение и вступление в ра­боту зерен 2-го слоя и затем — 3-го.

Такое расположение алмазов в матрице обеспечивает «самозатачивание» алмазной коронки в процессе бурения. По вну­тренней и наружной боковым поверхно­стям матрицы многослойные коронки ар­мируются подрезными алмазами более крупных размеров, чем объемные (обычно 30—40 или 40—60 шт./карат).

Многослойные коронки предназначены для бурения в горных породах IX—XI категорий по буримости. Применение их в более мягких породах нерационально, так как матрица коронок, армированная мелкими алмазами, в этом случае быстро шламом, вследствие чего механическая скорость бурения такой коронкой резко падает.

Импрегнированные алмазные коронки армируются объемными алмазами крупностью 120—1200 шт./карат.

Укладка мелких алмазов по определенной схеме практически невозможна. Поэтому объемные алмазы равномерно перемешиваются с матричным материалом, а затем шихта с алмазами укладывается в прессформу и в таком виде прессуется и спекается. Импрегни- рованную коронку можно рассматривать как многослойную коронку с большим количеством слоев.

Подрезные алмазы в импрегнированных коронках укладываются по тем же схемам, что и в однослойных или многослойных коронках. Крупность подрезных алмазов — 30 —40 или 40—60 шт. карат. Работа импрегнированных коронок, так же как и многослойных, основывается на принципе «самозатачивания».

Импрегнированные коронки предназначены для бурения твер­дых и весьма твердых горных пород IX—XII категории по бури­мости.

По свойствам матрицы (твердости и износостойкости) все алмазные коронки подразделяются на три категории:

а) с нормальной матрицей, твердость 20—25 HRC;

б) с твердой матрицей, твердость 30—35 HRC;

в) с очень твердой матрицей, твердость 55—60 HRC.

Разрабатываются конструкции коронок с очень мягкой (10—15 HRC) и мягкой (15—20 HRC) матрицей.

При бурении пород, различающихся по абразивным свойствам, следует применять коронки с матрицами соответствующей твердости и износостойкости.

Коронки с нормальной матрицей следует применять для бурения малоабразивных пород, с твердой — абразивных и с очень твердой — высокоабразивных пород.

Тип коронки определяется ее конструкцией и твердостью матрицы. Каждый тип коронок делится на марки в зависимости от зернистости алмазов, закладываемых в них; марка наносится на корпус коронки.

Рекомендации по выбору и применению алмазных коронок

1.Существенным условием обеспечения эффективности алмазного бурения является правильный выбор алмазной коронки в соответ­ствии с физико-механическими свойствами горных пород.

Выбирать алмазную коронку требуемого типа для бурения кон­кретной группы пород следует, руководствуясь «Классификацией алмазных коронок в соответствии с абразивными свойствами и буримостыо горных пород» и рекомендациями по выбору алмазных коро­нок в соответствии с областями их рационального применения, соста­вленными на основании обобщения накопленного отечественного опы­та алмазного бурения.

2.В основу классификации положены два наиболее важных конструктивных элемента алмазных коронок: крупность объемных алмазов и износостойкость (твердость) матрицы. Соответственно для горных пород в качестве основных классификационных свойств были приняты буримость и абразивность. Остальные конструктивные особенности коронок, а также свойства пород (зернистость, трещиноватость и т. д.) учтены внутри классифика­ционных групп.

11. Получение кондиционного керна из толщи полезного иско­паемого является основной задачей всех поисковых и разведоч­ных колонковых скважин, поэтому при бурении принимают все меры к тому, чтобы получить необходимый по количеству и ка-

честву керн, используя наиболее совершенные технические средства и методы ci o отбора.

Полезные ископаемые, как и горные породы, отличаются большим разнообразием своих физико-механических свойств. Эти свойства и определяют выход керна при бурении геолого­разведочных скважин. При работе с одинарной колонковой тру­бой 100 %-ный выход керна получается только при бурении в твердых монолитных породах. В трещиноватых, разрушен­ных, перемещающихся, слабоустойчивых породах получение керна сопряжено с большими трудностями. В мягких слабо­устойчивых породах керн легко разрушается под действием промывочной жидкости, вращающего колонкового набора, виб­рации. В породах трещиноватых, однородных под действием тех же причин керн разбивается на отдельные куски, что при­водит к самозаклшшвапию его в колонковой трубе и вызывает необходимость подъема бурового снаряда. При бурении пере­межающихся по твердости пород происходит так называемое избирательное истирание, т. с. при разбивке керна на куски разрушаются и выносятся на поверхность промывочными аген­тами в первую очередь более мягкие разности пород. Для пра­вильного выбора технических средств и технологии бурения, обеспечивающих повышение выхода керна, необходимо учиты­вать предложенную ВИТРом классификацию пород по твер­дости п нарушенное™. По твердости (и буримости) породы разделены на пять групп: I группа — в высшей степени твер­дые (XI—XII категории по буримости); II — группа — очень твердые и твердые (VII—X категории по буримости);

III группа — средней твердости (IV—VII категории по бури­мости); IV группа — малой твердости (IV—V категории по бу­римости); V группа — мягкие, рыхлые, сыпучие, размываемые, плывучие (I—III категории по буримости).

По степени нарушенное™ горные породы разбивают на три группы: А — монолитные, слаботрещиноватые, не разрушаются вибрацией и промывкой, имеют 0—10 трещин на 1 м керна; Б — трещиноватые и перемежающиеся по твердости, разруша­ются вибрацией и промывкой 10—20 трещин на 1 м керна; В — раздробленные, хрупкие, размываются, истираются 20— 50 трещин на 1 м керна.

При проведении опробования по полезному ископаемому поль­зуются правилом: с каждой единицы длины опробуемого пере­сечения скважиной полезного ископаемого в пробу необходимо отобрать одинаковое но объему количество материала. Следо­вательно, при бурении в толще полезного ископаемого нужно добиваться полного отбора керна.

В практике представительность опробования при колонко­вом бурении определяют из выражения где тк — погрешность керновой пробы, %’, /пи — фактический выход керна, %; /

infopedia.su

Метод алмазного бурения

На смену отбойным молоткам и перфораторам пришла новая технология, позволяющая более качественно производить любые строительные и ремонтные работы — это алмазное бурение. С помощью такого инновационного оборудования отверстия получаются нужного диаметра идеально отшлифованными, поэтому не нуждаются в дополнительной отделке.

Бурение, производится почти без шума, отсутствует вибрация и пыль. Алмазная резка бетона справится с прочными, твердыми материалами которые используются в строительстве. Например, такое бурение отверстий никаким образом не способно изменить функцию несущих конструкций изготовленных из очень крепкого материала, как железобетон, также легко алмазному сверлению поддается бетон, мрамор, гранит, кирпич, керамика и не только.

Оборудование для алмазного бурения представляет собой комплект, в который входит: электродвигатель, закрепленная на основании стойка и сверло-коронка. Также конструкция имеет водяной пылесос, эффективно удаляющий отработанный материал, состоящий из смеси пыли и воды. Такая установка снабжена системой охлаждения, в качестве охладителя используется холодная проточная вода, подающаяся к рабочему месту бурения, которая в этот момент смывает пыль и не дает ей распространяться.

В основе уникального способа лежит технология, позволяющая безударно осуществлять любое бурение отверстий. Примечательно, что в местах отверстий выхода и начала коронки сверла никогда не возникают и сколы и другие повреждения, в каком бы месте не происходило сверление, также не имеет значения на какой высоте и какого диаметра проделывается отверстие. Такой способ позволяет алмазному буру, имеющему компактные размеры, производить сверлильные работы в очень узких помещениях имеющих ширину полтора метра, само отверстие глубиной может достигать до 3 м и иметь диаметр 800 мм, а его процесс занимает в среднем от 20 до 40 минут.

Метод алмазного сверления производится по разработанной технологии, следующим образом:

- бурильщик отмечает контурные края или наносит отметку по центру, в месте, где должно находиться отверстие;

- потом к поверхности прикрепляется стойка, на которую устанавливается электродвигатель с вставленным буром имеющий необходимый диаметр;

- к буровой установке производится подведение воды, которая предназначается для удаления слоя пыли и системы охлаждения;

- при включении установки водный пылесос всасывает переработанную воду.

Способ такого популярного бурения широко применяется, когда нужно произвести качественное сверление различных отверстий в помещениях под разными углами на высоте у потолка, над полом стенах. Также такие работы подходят для проделывания отверстий в фундаментах, перекрытиях или полах, в местах, где необходимо проделать их для вентиляции, проводов, труб, каналов.

sait-sovetov.net

Технология алмазного сверления, бурения

Автор: admin

Комментариев пока нет

Технология алмазного сверления, бурения.

На проходившем недавно заседании комиссии по модернизации и развитию экономики Президент Российской Федерации заявил : «Интернет в каждый дом!» Достичь этой цели в максимально короткие сроки, с соблюдением качества и обеспечив надежность, возможно при применении технологии алмазного сверления.

Это заявление президента подтолкнуло к активизации деятельности не только Интернет-провайдеров, но и строительные компании, которые начали борьбу за получение госзаказа. Это вполне объяснимо, ведь проведение Интернета — это задача, в том числе, и для строительных фирм (особенно на начальном этапе ее выполнения), требующая применения современных технологий.

Поставлена интересная задача — и в результате найдено не менее интересное и новаторское решение. Имеется в виду, что технология алмазного сверления, активно завоевывающая лидерство в сфере строительства и вытесняющая обычные методы (применение перфораторов и отбойных молотков), теперь будет использоваться при прокладке Интернет-кабелей в жилых, административных и промышленных зданиях.

Алмазное сверление — это современный и наиболее эффективный метод, применяемый для получения отверстий в камне, бетоне, кирпиче и других высокопрочных материалах, что объясняется следующими его очевидными преимуществами.

Возможность выполнять работу с высокой скоростью и производительностью. Получающиеся отверстия имеют идеально точные размеры и ровную поверхность, что исключает необходимость дополнительной обработки. Отсутствие запыленности рабочей зоны и низкий уровень вибрации в процессе проведения работ. Труднодоступные места и тесные помещения — не являются проблемой при применении технологии алмазного сверления. Работы можно выполнять вплотную к поверхности стен, пола, потолка, а также под углом к поверхности. При сверлении не причиняется ущерб несущей конструкции здания, не образуются трещины и сколы.

Именно вследствие этих неоспоримых достоинств, технология алмазного сверления давно с успехом применяется при прокладке различных коммуникационных систем (вентиляционных, отопительных и других) в жилых зданиях. И только лишь в последнее время ее стали активно использовать для развития телекоммуникационных сетей, и в частности, одним из приоритетных направлений в области применения алмазного сверления стало прокладывание Интернет-кабелей.

Обычно прокладка кабеля для сети Интернет в жилых домах включает следующие этапы: сверление отверстий в межэтажных перекрытиях на общих площадках и укладка в них кабелей с применением специальных пластиковых труб. Для выполнения отверстий в межэтажных перекрытиях существует специализированное оборудование, использующее технологию алмазного сверления и предназначенное для выполнения отверстий в бетоне, армированном железобетоне, кирпичной кладке.

Двигатель, станина и режущий инструмент (алмазная коронка) — основные элементы любой установки для алмазного сверления. Поскольку мощность и конфигурация установок существенно зависят от того, какую работу планируется выполнить, технические специалисты советуют при выборе типа установки руководствоваться следующими техническими характеристиками:

1) Мощность двигателя и мобильность.

Сверлильные установки с двигателем мощностью 1,6 — 2,0 кВт имеют небольшие размеры, вес до 17 кг и, что немаловажно, доступны по цене. Такой сравнительно небольшой мощности вполне хватает для сверления отверстий в межэтажных перекрытиях, небольшие размеры и вес обусловливают мобильность. Эти факторы, в сочетании с доступной ценой, позволяют заключить, что подобные установки являются самыми эффективными для прокладывания Интернет-кабелей.

2) Способ крепления станины.

Станина представляет собой опорную стойку для двигателя, и при помощи которой сверлильная установка закрепляется на поверхности, в которой будут выполняться отверстия. Основными распространенными способами крепления сверлильной установки являются крепление с помощью распорной штанги и анкерное крепление.

Использование установок с анкерным способом крепления при выполнении работ в жилых помещениях ограничено в связи с тем, что для них требуется выполнение дополнительных отверстий специально для крепежа. Поэтому в таких случаях обычно используют установки с креплением при помощи распорной штанги, выполненной в виде штыря, который одним концом упирается в пол, а другим — в потолок. Этот способ особенно удобен при работах, проводимых в жилых помещениях, именно из-за отсутствия необходимости сверлить дополнительные отверстия. Существуют и другие способы крепления — вакуумное, сквозное крепление шпилькой, а также при помощи специальных платформ, но они менее распространены.

При проведении сверлильных работ в жилых домах очень важно принять все меры для того, чтобы максимально снизить уровень шума и защитить окружающее пространство от образующейся пыли. Для этого некоторые модели сверлильных установок снабжены дополнительной оснасткой — водяными насосами (ручными или электрическими), посредством которых в процессе сверления подается вода, а также промышленными пылесосами, которые собирают пыль из зоны сверления. Использование установок для сверления, оснащенных такими дополнительными агрегатами, обеспечивает выполнение сверлильных работ без загрязнения окружающего пространства.

Алмазная коронка — это режущий элемент сверлильной установки, выполненный в виде цилиндра с закрепленными в нем алмазными сегментами. Параметры отверстий, которые можно выполнять с их помощью, изменяются в широких пределах: диаметр — от 12 мм до 600 мм, и глубина — до 4 м. Российский рынок предлагает широкий ассортимент алмазных коронок, поэтому очень важно выбрать инструмент не только высокого качества, но и соответствующий виду выполняемых работ. Специалисты ГК «Адель» рекомендуют при выборе учитывать следующие показатели:

Скорость сверления. Скорость сверления коронкой может меняться в интервале от 10 мм/мин до 60 мм/мин. Существенное влияние на нее оказывают свойства обрабатываемого материала и мощность сверлильного оборудования. Качество выполнения отверстий. Этот показатель обычно высокий у всех алмазных коронок любых производителей. Форма и качество поверхности отверстий, выполненных алмазными коронками, таковы, что, как правило, дополнительная обработка не требуется. Ресурс коронки. Ресурс коронки зависит от материала, который подвергается сверлению. Коронки производства ГК «Адель» обладают высоким ресурсом работоспособности. Цена. Цена алмазной коронки зависит от ее размеров (диаметра и длины) и может сильно отличаться в зависимости от фирмы-производителя. Доступность. Важный фактор при выполнении срочных работ — постоянное наличие алмазных коронок на складах, возможность срочного приобретения и замены, немаловажно также при выполнении нестандартных заказов наличие коронок нестандартных размеров. Возможность многократного восстановления. Если коронка имеет возможности для многократного восстановления, это может существенно сократить расходы, поскольку вместо приобретения новой коронки достаточно восстановить старую.

Лишь небольшая часть поставщиков алмазного инструмента соответствует всем критериями, предъявляемым к качественным алмазным коронкам. Это объясняется тем, что производителей алмазных инструментов в Росси не так уж много, а только производители могут выполнить нестандартный или срочный заказ и предоставить гарантию на выпускаемую продукцию. Известных производителей алмазного инструмента в России не более пяти, уверенно гарантирующих выполнение всех перечисленных выше условий.

Специалисты советуют обратить пристальное внимание на диаметр алмазной коронки. Обычно строительные компании применяют коронки диаметром 52 мм. Это является распространенной ошибкой, поскольку диаметр просверленного отверстия получается практически равным диаметру трубы, в которую укладывают кабель. Но стоит учесть тот факт, что в процессе работы происходит постепенное истирание коронки о бетон или кирпич, диаметр просверливаемого отверстия со временем уменьшается и оно становится слишком тесным для трубы. Для предотвращения подобных проблем, а также для эффективной длительной эксплуатации инструмента, следует выбирать коронки диаметром 56 — 58 мм.

Стоит также обратить внимание на длину коронки, специалисты рекомендуют длину 450 мм. Такая коронка может до пяти раз подвергаться восстановлению, что значительно сокращает затраты. А при выборе профессионального высококачественного инструмента, например, сверла с алмазной коронкой «Адель», можно просверлить до 50 межэтажных перекрытий, средняя толщина которых составляет около 25 см.

Технология алмазного сверления и бурения продолжает развиваться. Сегодня для выполнения задач, стоящих в сфере телекоммуникации, и прежде всего, для обеспечения доступности сети Интернет любому россиянину, применяются только самые передовые высокоэффективные методы, в том числе, технологии алмазного сверления.

Поделитесь с друзьями и оцените запись.

Похожие записи:

Один комментарий к записи “ Технология алмазного сверления, бурения ”

Неплохо написано.Ещё один плюс алмазного сверления это то что в отличии от перфораторов такая установка не имеет сильной вибрации и не нарушает целостность материала. Соответственно отсутствует выделение пыли. Мы сейчас заменяем рабочую технику на более современную поэтому приобретение такого оборудования, нам просто необходимо. Ведь сейчас на первый план выходит качество проделанной работы.

Поделитесь своим опытом в ремонте Отменить ответ.

Строительные калькуляторы.

Мы вконтакте.

Если Вы нашли ошибку в тексте выделите ее и нажмите Shift + Enter или нажмите здесь и мы постараемся быстро исправить ошибку.

Спасибо за Ваше сообщение об ошибке. В ближайшее время мы ее исправим.

Популярные.

Новые записи раздела.

Базис-Пром тел. 8-495-725-2615.

Подпишитесь на наши новости.

Спасибо за Ваше сообщение об ошибке. В ближайшее время мы ее исправим.

ceemat.ru

Особенности технологии алмазного бурения.

Применение алмазного бурения в наиболее твердых породах, высокая стоимость алмазов, чувствительность алмазов к ударным нагрузкам, малый размер резцов и зазора между матрицей и породой забоя, характер обнажения алмазных резцов по принципу самозатачивания обуславливает ряд особенностей:

1.Выбор коронки. Алмазное бурение особенно чувствительно к правильному выбору коронки. Для каждого вида и состояния пород можно подобрать наиболее подходящую коронку. Некоторые зарубежные фирмы даже специально изготавливают коронки по образцам пород, в которых предстоит их использовать. Действительно, имеется десятки разновидностей пород, различающихся по своим свойствами состоянию, и десятки вариантов алмазных коронок, различающихся по типу, конструкции, твердости матрицы, сорту и размерам алмазов. Правильный выбор коронки для данных конкретных условий является важной технологической задачей во многом определяющей эффективность бурения.

2.Ресурсосберегающий подход. В связи с высокой стоимостью алмазов, расход алмазов на метр бурения составляет значительную часть себестоимости бурения. Следовательно, при разработке рациональной технологии алмазного бурения, особенно в самых твердых, абразивных, трещиноватых породах, наряду с достижением максимальной производительности необходимо стремиться и к минимальному расходу (износу) алмазов.

3. Чистота забоя.Нельзя спускать в скважину алмазную коронку, если на забое оказались осколки твердого сплава (например, после бурения твердосплавной коронкой или долотом с твердосплавными зубками или штырями), осколки металла или осколки керна твердых пород. Во всех этих случаях забой должен быть тщательно очищен специальным инструментом или коротким рейсом со старой алмазной коронкой

4. Приработка коронки в начале бурения. У всех импрегнированных коронок и у однослойных коронок без заданного выпуска алмазов, алмазы не выступают из матрицы. Чтобы началось бурение, коронка 5 – 10 минут при минимальных значениях осевой нагрузки и частоты вращения трется о породу забоя пока не износится матрица и алмазы выступят на оптимальную величину, после чего начинается нормальное бурение, и параметры режима доводятся до рабочих величин.

5. Контроль наружного диаметра коронки и поддержание диаметра скважины. Поскольку алмазное бурение ведется в основном в твердых и очень твердых породах, стенки скважины почти не разрушаются и диаметр скважины почти точно равен диаметру коронки. В процессе бурения, если в снаряде нет алмазного расширителя, коронка изнашивается не только по торцу, но и по наружному диаметру. В твердых породах это может привести к тому, что следующая коронка с размером по наружному диаметру большим, чем размер скважины в несколько десятых мм, может застрять с суженной части скважины и тогда придется долго и осторожно разбуривать подрезными алмазами стенку скважины Если спускать снаряд неосторожно, то при вхождении коронки в сильно зауженную часть скважины ее матрица может быть сломана (раздавлена). Поэтому на буровых, где ведется алмазное бурение, обязательно имеется штангенциркуль или прибор « индикатор диаметра коронок» Новую коронку спускают в скважину, только если ее диаметр не больше диаметра поднятой из скважины коронки. Для предотвращения износа коронки по наружному диаметру и «конушения» скважины над коронкой в колонковый набор включают алмазный расширитель.

6. Вибрация. При вращательном бурении, для передачи вращения с поверхности от бурового станка на коронку на забое используется колонна бурильных труб, к сожалению, имеющая часто изгибы, несоосность резьбовых соединений, неравномерный износ стенок и другие дефекты. Ось бурильной колонны отклоняется от прямой линии, центр тяжести смещается, и при вращении возникают центробежные силы, пропорциональные квадрату частоты вращения. При небольшой частоте вращения (до 300 – 500 об/мин) эти силы не очень велики и колонна либо не прижимается к стенкам скважины, либо прижимается не очень сильно. Но с увеличением частоты вращения прижатие труб к стенкам скважины резко (в квадратичной зависимости, вспомните формулу центробежной силы!) возрастает, за счет чего возникают релаксационные колебания, колонна начинает вращаться рывками, возникает ВИБРАЦИЯ! Дополнительным источником вибрационных колебаний может быть неравномерность разрушения породы на забое. При вибрации резко возрастают динамические (ударные) нагрузки, как на коронку, так и на бурильную колонну, что может приводить к разрушению алмазов, и самих бурильных труб. При возникновении вибрации бурить практически невозможно. Алмазное бурение наиболее эффективно как раз на больших оборотах, поэтому борьба с вибрацией является важной особенностью алмазного бурения.Борьба с вибрацией является важной задачей в технологии алмазного бурения. В данной работе приведем лишь главные направления:

1). Применение высококачественных бурильных колонн, постоянный контроль за состоянием труб и их соединений, своевременная отбраковка искривленных и изношенных труб и соединений, селективная сборка колонн на трубных базах.

2). Обязательное использование очистных агентов со смазывающими свойствами.

3). Выбор и поддержание параметров режима бурения (осевая нагрузка, частота вращения), не вызывающих вибрацию,

4). Выбор и применение алмазных коронок, обеспечивающих наиболее равномерное разрушение породы и не имеющих геометрических дефектов, вызывающих генерацию колебаний.

5). Применение механических забойных амортизаторов между бурильными трубами и колонковым набором - в настоящее время практически не применяются.

7. Главная особенность алмазного бурения в том, что именно при алмазном бурении в твердых породах наиболее эффективно применять управление процессом бурения по задаваемой величине углубки за оборот! (что описано выше).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 2

Несмотря на то, что алмаз самый твердый и самый износостойкий материал, при разрушении твердых горных пород алмазные резцы тоже изнашиваются. При этом разрушается несколько метров породы, а алмаз изнашивается на доли миллиметра. В однослойных коронках, где размер алмазных резцов составляет 1 – 2,5 мм, износ алмаза допустим на 0,4 – 0,9 мм соответственно, на 30 – 40 % от своего размера, иначе алмазное зерно может выпадать из матрицы и способствовать разрушению оставшихся в коронке алмазов. В импрегнированных коронках, где размер зерен менее 1 мм алмазные зерна изнашиваются полностью и если остатки зерен и выпадут из матрицы, то они в виду их малости будут выноситься с забоя потоком очистного агента.

Одна из основных задач оптимизации технологии алмазного бурения – минимизация расхода алмазов. И по нормативам и по производственным данным расход алмазов для коронок с простым колонковым набором может составлять от 0,1 – 0,2 до 1,0 – 1,5, а в наиболее тяжелых случаях (породы ХII категории, абразивные, трещиноватые) до 3 – 4 карат на метр бурения. Минимизация интенсивности износа алмазов в процессе бурения зависит от многих факторов, главные из которых следующие:

1. Правильный выбор алмазной коронки для данных пород – тип коронки, качество и размер алмазов, твердость матрицы (на грамотном производстве проводят анализ эффективности применения различных коронок в данном блоке пород и выбирают наиболее эффективные по износу алмазов и производительности).

2. Нахождение и поддержание рационального режима бурения, обеспечивающего минимальный износ алмазов, для чего наиболее эффективно применять управление процессом бурения по задаваемой оптимальной величине углубки за оборот!

3. Не допускать перегрева алмазной коронки – обеспечивать своевременную полную очистку забоя от выбуренной породы.

4. Применять очистные агенты, обеспечивающие понижение твердости породы на забое за счет ПАВ, проникающих в микротрещины.

По видам износ алмазных коронок разделяют на нормальный аномальный и аварийный.

Нормальный износ для однослойных коронок определяется по износу алмазов на 30 – 40% их размера или по износу высоты матрицы на 0,4 – 0,9 мм., но обычно визуально по опыту бурильщика. Нормальный износ импрегнированных коронок определяется по полному износу алмазосодержащего слоя матрицы (обычно 4 мм) проявляющемуся прекращением углубки и ростом давления на буровом насосе за счет резкого уменьшения сечения промывочных каналов в коронке.

Аномальный износ, когда в коронке остаются работоспособные алмазы, но дальнейшее бурение такой коронкой становится невозможным. К таким видам износа относятся: образование кольцевых канавок на торце матрицы, конушение торца матрицы по внутреннему или по наружному диаметру, заполирование алмазов или торца коронки (для импрегнированных). Причины аномального износа разные для разных его форм:

Образование канавок может быть вызвано недостаточным качеством коронки, когда одна из кольцевых линий резанья оказалась насыщена меньшим количеством алмазов или в ней попался слабо закрепленный алмаз, который, выпав из коронки, выбил из матрицы другие алмазы в этой линии резанья. Канавка может образоваться и при попадании на забой посторонних твердых осколков твердого сплава или металла или зерен очень твердой породы.

Конушение, - преждевременный износ наружной или внутренней частей торца матрицы обычно объясняют воздействием мелких обломков керна твердых пород скапливающихся между керном и коронкой или между коронкой и стенками скважины в сочетании с недостаточным качеством (или неправильным выбором) коронки и не лучшим выбором параметров режима бурения.

Заполирование алмазов в однослойнойых или торца коронки в импрегнированных происходит при бурении в очень твердых, но малоабразивных породах. В наиболее твердых породах внедрение алмазов в породу минимально, а при высоких скоростях вращения возрастает выталкивающая сила, и алмазы начинают скользить по поверхности породы, резко возрастает работа сил трения и происходит истирание режущей кромки алмазов. При минимальном количестве малоабразивного шлама матрица практически не изнашивается и обнажение алмазов по мере износа их выступающей части не происходит.

Для борьбы с заполированием, прежде всего, подбирают параметры режима бурения – повышают до предельной величины осевую нагрузку и снижают частоту вращения. Это может позволить компенсировать выталкивающую силу и увеличить глубину внедрения алмазов в породу и перевести процесс трения в процесс разрушения породы, а образующийся шлам будет способствовать истиранию матрицы и обнажению алмазов. К сожалению, в ряде пород подбором параметров режима бурения исключить заполирование не удается.

Более действенным методом борьбы с заполированием является применение высокочастотных гидроударников, которые за счет ударных импульсов позволяют увеличивать глубину внедрения алмазов и значительно уменьшать трение алмазов о породу, что и позволяет устранить или значительно уменьшить заполирование.

Третий путь борьбы с заполированием – механическая заточка коронок. Попытки заточить, начавшую заполировываться коронку, не поднимая ее с забоя во время бурения, путем кратковременного выключения промывки – «варварский» метод, приводящий к повышенному расходу алмазов, а то и к аварии (в некоторых старых работах он рекомендуется в зарубежных категорически запрещен). Механическая заточка заполированной коронки возможна после ее подъема на поверхность на торце вращающегося заточного круга, но очень осторожно, чтобы не повредить алмазы.

Четвертый вариант - восстановление заполированных коронок – метод электролитической заточки. Матрица заполированной коронки подсоединенной к аноду источника постоянного тока погружается в раствор электролита (обычно раствор медного купороса) в металлической емкости, подключенной к катоду того же источника. Под действием постоянного тока частицы меди из матрицы переходят в раствор, она как бы подтаивает, и алмазы обнажаются. Степень обнажения алмазов зависит от силы тока и времени процесса.

Аварийный износ. - когда коронка разрушается на забое.

Это сколы части сектора матрицы или сколы целых секторов. Обычно сколам части сектора предшествует образование микротрещин в матрице, заметных при очень внимательном осмотре коронки перед спуском ее в скважину, для чего на буровой желательно иметь увеличительный оптический прибор. Разрушение коронки может произойти и при чрезмерной осевой нагрузке - коронку можно «раздавить». Разрушение коронки может произойти при большой осевой нагрузке при бурении в трещиноватых породах.

Наиболее страшное для буровиков слово «ПРИЖОГ», Если по какой-либо причине на забой не будет поступать поток очистного агента, коронка и порода начнут (из-за трения) разогреваться без охлаждения и коронка и порода буквально расплавляются и свариваются, Кроме потери коронки, в таком случае происходит и серьезная авария, поскольку приваренную к породе на забое коронку часто не удается сразу поднять и приходится вести долгие аварийные работы по подъему бурового снаряда и чистке забоя скважиныВ приложении №1 приведены формы износа импрегнированных коронок для снарядов BOART LONGYEAR/

Отработка алмазных коронок.

В отличие от твердосплавных коронок и долот, которые после полного износа отправляются в металлолом, алмазные коронки после полного износа работоспособной части объемных резцов (30% у однослойных и полный износ у импрегнированных коронок), сохраняют значительную стоимость. В импрегнированных коронках почти полностью остаются подрезные резцы, в качестве которых применяются более крупные и хорошего качества алмазы. В однослойных коронках для дальнейшего использования пригодны и подрезные и оставшаяся часть объемных алмазов. Поэтому отработанные алмазные коронки в обязательном порядке отправляют на завод на «рекуперацию», где с помощью электролиза или смесью серной и азотной кислот матрицу растворяют, а алмазы как самые химстойкие полностью сохраняются и используются для изготовления новых коронок. При этом такие рекуперированные алмазы считаются более качественными и надежными, поскольку они прошли испытание работой и остались целыми, все слабые и дефектные разрушены в процессе бурения.

. Особенности отработки импрегнированных коронок в породах

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 3

Как указывалось ранее, эффективность любого процесса и бурения, в том числе, определяется двумя показателями:- производительностью и себестоимостью при заданном качестве. Для процесса бурения геологоразведочных скважин простым снарядами такими показателями являются рейсовая скорость и себестоимость метра бурения. Напомним, что рейсовая скорость, являющаяся показателем производительности в рейсе, прямо зависит от двух величин:- механической скорости бурения и величины углубки за рейс. Себестоимость метра бурения также прямо зависит (кроме постоянных затрат) от двух величин:- обратно пропорционально рейсовой скорости бурения и обратно пропорционально износу породоразрушающего инструмента. В свою очередь, углубка за рейс при бурении в твердых породах, как правило, лимитируется износом породоразрушающего инструмента. В породах Х – ХII категорий разведочное колонковое бурение осуществляется импрегнированными алмазными коронками. Механическая скорость бурения в таких условиях жестко определяется оптимальной величиной углубки за оборот и при, определенной условиями бурения, частоте вращения, становится величиной постоянной. Следовательно, повышение эффективности бурения может достигаться по двум направлениям:- повышением углубки за рейс и уменьшением интенсивности износа алмазов. При бурении импрегнированными алмазными коронками в породах Х – ХII категорий эти две стороны процесса тесно связаны и связывает их показатель – проходка на коронку или «ресурс коронки».

Максимальная эффективность (при бурении простыми снарядами) будет достигнута приполной отработке алмазной коронки за один рейс(очевидная истина, но не отраженная в учебной литературе).

Конечно, идеально было бы пробурить всю скважину за один рейс! Однако, это возможно только в мягких породах и при небольшой глубине скважины (см. бурение КГК). В твердых породах, при бурении простыми снарядами, бурение ведется незначительными по величине рейсами, ограниченными главным образом, ресурсом коронки и длиной колонковой трубы. Но и независимо от ограничений , для колонкового бурения имеется разумно ограниченная максимальная углубка за рейс – рейс нецелесообразно увеличивать больше длины свечи бурильных труб, то есть в пределах 12 – 18 метров. С другой стороны ресурс алмазных коронок в породах Х категории и выше практически не достигает этих размеров.

Анализ значительного объема литературных данных ( учтена отработка 14800 коронок) позволяет составить таблицу средних ресурсов импрегнированных алмазных коронок при бурении в породах IХ –ХII категорий. Табл. 17

Таблица 17

Категория пород по буримости Х ХI ХII
Средний ресурс коронок (02И3), м 9,0 8,0 6,0 4,0
Средний расход алмазов, карат/м. 0,8 1,2 2.0 3,0
Нормативный расход алмазов, карат/м. 0,71 0,95 1,30 1,85

Разброс показателей ресурса коронок не превышает 20% и ресурсы отдельных коронок в породах IХ – Х категорий находятся в пределах от 6,9 до 13,9 метров. Данный анализ показывает, что начиная с IХ категории буримых пород, ресурс алмазной коронки, как правило, не превышает разумно максимальной углубки за рейс. Отсюда следует, что при алмазном бурении простыми снарядами в породах IХ – ХII категорий, оптимальная углубка за рейс практически совпадает или ограничивается ресурсом коронки и, следовательно, алмазная импрегнированная коронка может быть полностью отработана за один рейс. Такая методика отработки алмазных коронок позволит получить и максимум производительности – максимум рейсовой скорости (мах Vр при мах hр и Vм = Соnst.), и минимальную себестоимость за счет минимального расхода алмазов. Последнее утверждение обосновано тем, что при отработке алмазных коронок за несколько рейсов при каждом спуско-подъеме и при каждой приработке коронки к забою происходит дополнительный до 10% и более расход алмазов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 4

Дополнительными забойными механизмами.

Значительные объемы геологоразведочного колонкового бурения не очень глубоких скважин осуществляется с использованием простых буровых снарядов, состоящих из бурильной колонны и колонкового набора. Разрушение породы при таком бурении осуществляется резцами коронок за счет вращения бурового снаряда и осевой нагрузки на коронку. Образующийся столбик породы – керн заходит в колонковую трубу и в конце рейса поднимается в ней на поверхность.

Однако в ряде случаев для интенсификации процесса бурения или решения дополнительных задач бурения в простой буровой снаряд может включаться дополнительный забойный механизм.

Применяются три группы забойных механизмов: механизмы создающие ударные импульсы, добавляемые к вращательному движению резцов, механизмы, защищающие керн от разрушения при бурении и забойные двигатели создающие вращательное движение коронки или долота без вращения бурильных труб. Наибольшее применение (но в пределах 5 – 10% от объемов колонкового бурения простыми снарядами) получили механизмы для ударных импульсов и для сохранения керна. Дополнительные механизмы для сохранения керна в особо сложных условиях бурения и механизмы, создающие ударные импульсы могут включаться и в снаряды со съемным керноприемником – ССК.

Применение забойных механизмов, создающих ударные

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 5

При вращательном движении резцов разрушение породы на забое скважины происходит путем резанья, сдвига, скалывания и раздавливания породы статическим приложением нагрузки, как в осевом направлении при внедрении резца в породу, так и в горизонтальной плоскости (крутящий момент) при срезании или скалывании породы (кроме шарошечных долот). Известно, что динамическая прочность материала, как правило, меньше чем статическая, и ударное воздействие на породу будет приводить к ее более интенсивному разрушению. Частые мелкие ударные импульсы вдоль вертикальной оси инструмента создают вибрацию, значительно снижающую трение резцов о породу и керна в колонковой трубе и это явление также может положительно использоваться для улучшения забойных процессов.

Механизмы, создающие ударные импульсы делятся на разновидности по двум направлениям:

По виду источника энергии – потока очистного агента: жидкость - гидроэнергия, воздух – пневмоэнергия,- соответственно – гидроударники и пневмоударники.

По силе и частоте ударных импульсов – высокочастотные и средне частотные.

Насколько роль ударного воздействия на разрушение породы на забое в той или иной степени соизмерима с воздействием вращательного движения резцов, выделяют две разновидности бурения с использованием ударных импульсов в зависимости от силы и, соответственно, роли ударного импульса по отношению к вращательному движению.

Ударно-вращательное, когда разрушение породы происходит главным образом за счет удара, а вращение имеет вспомогательное значение, и вращательно-ударное, когда разрушение породы происходит за счет вращения коронки, а ударные импульсы имеют вспомогательное значение.

При использовании пневмоударников – пневмоударное бурение, здесь имеет место только ударно-вращательный вариант. В гидроударном бурении, наоборот, преобладает вращательно ударный вариант.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 6

При бурении с промывкой для получения ударных импульсов применяются забойные гидравлические механизмы (машины) – гидроударники, использующие для получения ударного импульса энергию потока жидкости в виде энергии гидравлического удара. Подробно устройство и принцип действия гидроударников изложены в практикуме по геологоразведочному бурению на ТПИ.

Как уже указывалось, в геологоразведочном бурении применяются среднечастотные гидроударники с энергией удара – 50 – 70 (до 150) Дж и с частотой 15 – 25 с-1 и высокочастотные гидроударники с энергией удара 10 – 15 Дж и частотой 40 – 50 с-1. Первые – это ударно-вращательное бурение,вторые– вращательно- ударное бурение.

Ударно-вращательнный вариант гидроударного бурения.

При этой разновидности бурения основное разрушение породы на забое происходит за счет воздействия ударного импульса. В наиболее твердых и хрупких породах разрушение породы на забое происходит практически только за счет удара, - осевая нагрузка на коронку в этом случае только обеспечивает контакт резцов с поверхностью забоя и в разрушении породы практически не участвует. Для выполнения этой задачи достаточно поддерживать величину Fос = 1 – 3 кН. (При вращательном бурении– 10 -:- 20кН).

Не участвует напрямую в разрушении породы и вращение коронки. Вращение, как и осевая нагрузка, играет вторичную роль, обеспечивая перемещение резцов вдоль забоя после каждого удара. Для бурения в таких породах применяют специальные коронки гидроударного бурения с крупными твердосплавными резцами пикообразной формы. После передачи удара таким резцом под ним образуется «лунка выкола», размеры которой по глубине и ширине зависят от твердости породы и энергии удара. Чтобы разрушение породы на поверхности забоя проходило равномерно, вращательное перемещение резца должно обеспечивать смещение резца по ходу вращения на величины ширины лунки выкола за время между очередными ударами (рис. 47а).

А. Б.

Рис. 47

Если известна ширина лунки выкола и частота ударов гидроударника, то рациональную частоту вращения, обеспечивающую равномерное разрушение породы, можно определить по выражению:

nрац. = об/мин

Где: i –частота ударов гидроударника, мин-1, δ – ширина лунки выкола, мм, Dср – средний диаметр коронки, мм. В твердых породах ширина лунки выкола составляет от 1 до 5 мм. При этом рациональная частота вращения получается для коронок D=76 мм и при частоте ударов 1000 – 1500 мин-1 от 10 до 30 об/мин. Поскольку в станках с коробкой передач такие малые обороты не предусмотрены, специально для ударно - вращательного бурения в твердых породах, в станке устанавливают понижающий редукт

При ударно-вращательном бурении в породах средней крепости разрушение породы на забое происходит не только за счет ударов. В этих породах в разрушении участвуют уже и осевая нагрузка и вращение коронки. Роль последних тем больше, чем слабее порода. Для бурения в таких породах применяют коронки с более острыми твердосплавными резцами с передним углом приострения, что позволяет разрушать породу, кроме ударных импульсов и за счет внедрения резца под действием осевой нагрузки и срезать часть (не разбитой ударом) породы вращением коронки. В скальных породах средней крепости ширина лунки выкола может составлять до 15 – 20 мм. ( Рис. 45 б).

Поскольку при бурении в таких породах Fос и n начинают играть существенную роль, их значения рекомендуется повышать для Fос до 8 – 10 кН и для n до 60 – 120 об/мин.

Третий параметр режима бурения – расход промывочной жидкости для этой разновидности бурения зависит не от условий очистки забоя скважины и охлаждения коронки, а, главным образом, от необходимости подавать к гидроударнику необходимое количество гидравлической энергии. Для эффективной работы среднечастотных гидроударников даже малого диаметра (76 – 59 мм), требуется расход жидкости порядка Q =100 – 200 л/мин, что значительно больше, чем нужно для вращательного бурения - (20 – 70 л/мин), а при использовании гидроударника D = 151 мм расход жидкости должен составлять Q = 350 – 600 л/мин.В тех случаях, когда излишний поток жидкости вредит процессу бурения - размывает керн или создает самозаклинивание керна, ниже гидроударника в снаряд включают делитель потока, через который лишний расход жидкости сбрасывается в затрубное пространство выше колонковой трубы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 7

Две основные особенности, определяющие и две основные области применения – это возможность использования твердосплавных резцов для бурения в самых твердых породах до Х – ХII категорий по буримости и практическое отсутствие осевой нагрузки на коронку при бурении в твердых породах.

1. Первоначальная разработка и внедрение ударно-вращатедьного гидроударного бурения выполнялась с целью замены дробового и только зарождающегося алмазного бурения в породах IХ – ХI категорий, где вращательное твердосплавное бурение невозможно. В настоящее время ударно-вращательное гидроударное бурение с твердосплавными коронками рационально применять для бурения прослоек пород IХ – ХI категорий при большом диаметре скважин (151 мм.), поскольку алмазные коронки такого диаметра значительно дороже.

2. Отсутствие осевой нагрузки,- второе достоинство ударно- вращательного бурения, позволяет бурить строго вертикальные прямолинейные скважины, поскольку буровой снаряд «весит» в скважине как отвес. (При вращательном бурении с осевой нагрузкой скважины обязательно искривляются и откланяются).

3. При бурении в скальных породах средней крепости ударно-вращательное бурение может несколько повысить скорость бурения, но это, как правило, не окупает дополнительных затрат и трудностей связанных с применением гидроударников и поэтому применяется крайне редко.

4. Недостатками применения ударно-вращательного бурения, кроме необходимости повышенного расхода промывочной жидкости, повышенный износ твердосплавных коронок по наружному диаметру при бурении в твердых породах и возможность конушения скважины.

5. К недостаткам можно отнести необходимость специальных твердосплавных коронок.

Вращательно-ударный вариант гидроударного бурения.

Одно из достоинств ударно-вращательного бурения использование коронок с твердосплавными резцами для бурения пород IХ – ХI категорий является и его серьезным недостатком, поскольку необходимо иметь специальные, более дорогие, чем обычные, твердосплавные коронки. Обычные твердосплавные коронки не выдерживали мощные удары среднечастотных гидроударников.

Для расширения области применения гидроударного бурения были разработаны высокочастотные гидроударники с уменьшенной энергией удара (до 10 – 15 Дж вместо 50 – 70 Дж у среднечастотных), Рассчитывали, что такими гидроударниками можно будет бурить твердые породы с обычными твердосплавными коронками. Производственные испытания вращательно-ударного бурения с обычными твердосплавными коронками, хотя и показали некоторое увеличение скорости бурения и расширение области применения твердосплавных коронок в твердых породах, однако этого оказалось недостаточно для компенсации дополнительных затрат и технологических сложностей связанных с применением гидроударных машин.

Существует легенда о том, что при проведении на полигоне СКБ «Геотехника» сравнения вращательно-ударного бурения твердосплавными коронками с обычным вращательным бурением алмазными коронками произошел такой казус. Инженер-испытатель, проводивший эксперимент, отлучился и, в его отсутствии, бурильщик по недосмотру спустил в скважину снаряд с гидроударником и с алмазной коронкой вместо твердосплавной, и начал бурение. Когда возвратившийся инженер-испытатель обнаружил, что в скважине алмазная коронка с гидроударником, он естественно испугался, что алмазная коронка будет разрушена ударными импульсами. Существовало мнение, что алмазы очень боятся ударных нагрузок и алмазные резцы разрушаются при бурении при наличии ударных импульсов. Однако в данном случае бурение успешно продолжалось, и когда алмазная коронка была поднята на поверхность, оказалось, что алмазные резцы совсем не пострадали и даже выглядели лучше, чем после обычного вращательного бурения. Проведенные в дальнейшем теоретические и экспериментальные исследования показали, что в отличие от беспорядочных ударов при вибрации, упорядоченные направленные вдоль оси умеренны ударные импульсы, практически безопасны для алмазных резцов и, напротив, значительно снижая трение алмаза о породу, облегчают внедрение резцов в породу забоя и, главное, уменьшают истирание режущей кромки резца. При бурении в твердых породах алмазными коронками применение высокочастотных гидроударников позволяет увеличить скорость бурения на 10 – 15%.

Обычно такой прирост скорости бурения не компенсирует дополнительных затрат, связанных с применением гидроударника. Но есть условия, когда применение вращательно-ударного бурения с алмазными коронками весьма эффективно. Это случаи бурения в очень твердых, но малоабразивных породах. В таких породах при очень маленьком внедрении алмаза в породу основная энергия тратится на трение режущей кромки алмаза о породу на торце резца, что приводит к быстрому истиранию режущей кромки и заполированию алмазов. Не будучи полностью изношены, алмазы перестают внедряться в породу и бурение прекращается. Проходка за рейс в таких условиях может составлять всего 0,5 – 1,0 метр. Применение высокочастотного гидроударника, вращательно-ударного бурения, за счет снижения трения и, соответственно, уменьшения заполирования, позволяет в несколько раз повысить углубку за рейс и, за счет этого, производительность бурения.

Что касается технологии вращательно-ударного бурения, то, как следует из термина, основное разрушение породы происходит за счет вращательного движения резцов, а ударные импульсы лишь помогают. Следовательно, параметры режима бурения (осевая нагрузка и частота вращения), в этом случае, те же, что и при вращательном алмазном бурении. Расход очистного агента, а для алмазного бурения это эмульсионные или полимерные жидкости, зависит от характеристики гидроударной машины. Для гидроударников диаметром бурения 76 и 59 мм оптимальный расход жидкости составляет 80 – 50 л/мин, что для алмазного бурения при таких диаметрах многовато. Для подачи нужного расхода жидкости на забой (40 – 20 л/мин соответственно), либо под гидроударником устанавливают делитель потока, обеспечивающий подачу на забой нужного количества промывки, либо осуществляют регулировку гидроударника, позволяющую получить достаточные параметры работы гидроударника (энергию и частоту ударов) при расходах жидкости 40 – 20 л/мин, либо над гидроударником ставят отражатель ударной волны, позволяющий сохранить энергию удара при меньших расходах жидкости.

Второй случай, где эффективно применение вращательно-ударного бурения, это бурение алмазное или твердосплавное в трещиноватых или перемежающихся породах. В таких условиях образующийся столбик породы – керн раскалывается по трещинам или по границам слоев, и отдельные куски керна сдвигаются и заклиниваются внутри колонковой трубы. Мелкие осколки породы могут заклиниваться внутри короночного кольца. Это явление называется» самозаклинивание керна. К сожалению, оно встречается довольно часто при бурении в скальных трещиноватых породах как средней твердости (при твердосплавном бурении), так и в самых твердых (при алмазном бурении). При самозаклинивании керна резко снижается скорость бурения и проходка за рейс и происходит частичное, а то и полное разрушение керна, происходит потеря и производительности и качества бурения.

Бороться с самозаклиниванием трудно и одним из эффективных приемов является применение высокочастотных гидроударников, то есть вращательно-ударного бурения. Упорядоченные осевые ударные импульсы (осевая вибрация) значительно снижают трение кусочков керна о стенки колонковой трубы и коронки «растрясают» их и тем самым уменьшают возможность самозаклинивания керна, что приводит к повышению производительности и качества бурения.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 8

При ударно-вращательном бурении гидроударниками в обычных условиях мы получаем незначительный прирост скорости бурения, часто не окупающий дополнительных затрат, связанных с использованием гидроударника и специальных коронок. Лишь при бурении строго прямолинейных вертикальных скважин и прослоек очень твердых пород в скважинах большого диаметра применение ударно-вращательного бурения гидроударниками рационально.

Другое дело при бурении с продувкой. Энергия потока воздуха, используемого в качестве очистного агента, может эффективно использоваться для создания мощных ударных импульсов в пневмоударных механизмах – пневмоударниках (их устройство и принцип работы рассматривается в практикуме по бурению на ТПИ).

Бурение скважин погружным пневмоударником первым предложил российский инженер А.К.Сидоренко еще в 1938 году. Широкое применение пневмоударного бурения приходится на пятидесятые годы. Однако, в нашей стране при использовании достоинств ударно-вращательного бурения предпочтение отдавали гидроударникам. Ведущие зарубежные фирмы, наоборот, активно развивали пневмоударное бурение, особенно в последние десятилетия с применением компрессоров высокого, до 2,5 МПа, давления.

Практически во всех случаях бурения с продувкой целесообразно и выгодно применять ударно-вращательное бурение пневмоударниками. В слабых и средних породах применение пневмоударного бурения позволяет увеличить скорость бурения от 2 до 4 раз. В крепких породах до Х – ХI категорий, где при продувке не рационально алмазное бурение, применение пневмоударников позволяет использовать коронки с твердосплавными резцами.

В отличие от гидроударного бурения, где ударная мощность создается при сравнительно небольшой скорости потока жидкости за счет концентрации энергии с помощью гидравлического удара, при бурении с продувкой, расход очистного агента (сжатого воздуха или пены) и соответственно скорость потока в десятки раз выше – 20 – 30 м/с. Соответственно кинетическая энергия потока воздуха и без гидроудара получается больше чем гидравлическая энергия с гидроударом.

Проведенные исследования [ ], показали что, более эффективно разрушают породу резцы с притупленным лезвием. При этом эффективность бурения прямо зависит от энергоемкости процесса разрушения породы – чем меньше энергоемкость разрушения породы – q (Дж /см3 ), при данной величине удельной энергии удара – Ауд (Дж/см), тем выше эффективность процесса. С увеличением удельной энергии удара до определенной величины сначала удельная энергоемкость заметно снижается, при дальнейшем увеличении энергии ударов удельная энергоемкость снижается незначительно. Рис 48

Рис. 48

Параметры режима бурения пневмоударниками осевая нагрузка и частота вращения, также как и при ударно-вращательном бурении гидроударниками, мало влияют на результат бурения.

Осевую нагрузку на ПРИ принимают для бурения в твердых абразивных породах 200 – 300 Н, при бурении в родах средней твердости нагрузку можно увеличить до 600 – 800 Н.

Частота вращения также выбирается в пределах 20 – 60 об/мин.

Ударная мощность потока сжатого воздуха складывается из энергии удара и частоты ударов.

Применяемые в геологоразведочном бурении пневмоударники - среднечастотные с частотой ударов i =15 - 30 c-1 , и с мощной энергией удара E = 100 – 300 Дж. Такая энергия получается благодаря высокой скорости потока воздуха при расходе воздуха Q = 6 - 12 м3/мин. Для эффективной работы пневмоударника необходим компрессор, развивающий давление P = 0,6 – 2,5 МПа. Причем, чем выше расход и давление воздуха и, в частности, перепад давления на самом пневмоударнике, тем эффективнее работа пневмоударника и тем больше возможности его использования по глубине скважины. При использовании наиболее распространенных в геологоразведке передвижных компрессорных станций с давлением до 0,8 – 1,0 мПа пневмоударное бурение возможно лишь до глубины 300 – 400 м, а в скважинах с водопроявлениями глубина пневмоударного бурения может ограничиваться 100 – 150 м.

При пневмоударном бурении геологическая информация может получаться не только за счет керна, но за счет полного сбора шламового материала. При бурении с продувкой «сухих» скважин можно собирать практически 100% разбуренной породы. Это позволяет значительно шире использовать бескерновый вариант бурения с использованием долот с плоским торцом, которые неправильно называют «коронки сплошного забоя». – КПС. Такое название неточное, но общепринятое. Еще более качественное геологическое опробование по шламу может быть получено при использовании кольцевых пневмоударников, работающих на двойной колонне труб, когда весь шлам разрушенной породы поднимается по внутренней трубе и полностью собирается на поверхности. Применение кольцевых пневмоударников и компрессоров повышенного давления позволяет значительно увеличить глубину пневмоударного бурения скважин до 1300 – 1500 метров. В настоящее время имеется достаточный выбор компрессоров повышенного давления до 2,5 МПа, как отечественных так и зарубежных.

Основные сложности пневмоударного бурения (как и вообще бурения с продувкой), связаны с водопроявлениями в скважине, При малых водопроявлениях шлам намокает, становится липким и налипает на бурильные и колонковую трубы и на стенки скважины, образуя «сальники», которые могут перекрывать кольцевое пространство скважины и приводить к затяжкам и прихватам снаряда. При больших водопритоках в скважину, может нехвавтить давления компрессора, чтобы продавить водяную пробку. Такие водопроявления можно преодолеть, применяя в качестве очистного агента пену. Использование пены при пневмоударном бурении, кроме предотвращения осложнений не только не снижает показатели пневмоударного бурения, но еще резко повышает возможности и эффективность этого вида бурения, поскольку пена закачивается в скважину дожимным устройством, создающим давление значительно большее, чем может компрессор.

Достоинства и недостатки пневмоударного бурения примерно те же, что и ударно-вращательного бурения гидроударниками – отличие в том, что пневмоударники имея более мощный удар, позволяют повысить скорость бурения в 2 – 4 раза, а гидроударники лишь до 1,5 раза.

Кроме бурения геологоразведочных скважин для разведки ТПИ, пневмоударное бурение успешно применяется при бурении скважин на воду и очень широко применяется (является основным видом) при бурении взрывных и технических скважин, особенно при бурении из подземных горных выработок.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 9

1. Применяется два варианта бурения с применением ударных импульсов.

Ударно-вращательное, когда разрушение породы происходит за счет ударов, а вращение играет вспомогательную роль. В этом случае энергия удара составляет от 50 – 70 до 300 Дж, частота ударов от 900 до 1500 в мин (15 – 25 с-1).

Врщательно-ударное, когда разрушение породы осуществляется за счет вращательного движения коронки, а ударные импульсы играют вспомогательную роль, значительно уменьшая трение резцов о породу или кусков керна о колонковую трубу. В этом варианте энергия ударов составляет 10 -15 Дж, частота ударов 40 – 60 с-1. Вращательно-ударное бурение осуществляется только гидроударниками.

2. Ударно вращательное бурение гидроударниками осуществляется коронками с крупными твердосплавными резцами, при необходимости бурения вертикальных прямолинейных (отвесных) скважин и при бурении пропластков крепких пород IХ – ХII категорий по буримости в скважинах большого диаметра, алмазных коронок для которых не имеется.

3. Особенности технологии ударно-вращательного бурения в том, что осевая нагрузка значительно меньше, чем при вращательном бурении и тем меньше чем тверже порода. То же относится и к частоте вращения (для более твердых пород Fос. = 1-3 кН, n = 10 – 30 об/мин, для средних пород Fос. = 6 = 8 кН, n = 70 – 120 об/мин)

Для эффективной работы ударных машин требуется повышенный расход жидкости или воздуха (100 – 600 л/мин для гидроударника и 6 – 12 м3 для пневмоударника).

4. Ударно-вращательное бурение пневмоударниками с энергией удара до 300 Дж в породах от VII до ХI позволяет увеличить скорость бурения в 2 – 4 раза и заменить алмазное бурение в этих породах.

5. Вращательно-ударное гидроударное бурение, при котором разрушение породы осуществляется за счет вращательного движения коронки, а ударные импульсы выполняют вспомогательную роль, эффективно применять для бурения с алмазными коронками в породах, где происходит заполирование алмазов. Второй случай эффективного применения вращательно-ударного бурения – твердосплавное и алмазное бурение в породах, где происходит самозаклинивание керна.

В остальных случаях применение вращательно-ударного бурения мало эффективно и не оправдывает дополнительных трудностей, связанных с применением гидроударников. При использовании пневмоударников вращательно-ударный вариант бурения не применяется.

6. Недостаток применения ударно-вращательного бурения с применением коронок или долот с твердосплавными резцами в породах IX – XII категорий по буримости повышенный износ по наружному диаметру, из-за чего может происходить «конушение» скважины. В результате приходится снижать углубку за рейс.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 10

Геологоразведочное бурение (как и бурение эксплуатационных скважин на нефть, газ и воду) – это механическое вращательное бурение. Даже при применении ударных импульсов для разрушения породы на забое скважины, вращательное движение породоразрушающего инструмента является обязательным. Вращение в геологоразведочном бурении создается вращателем бурового станка и передается на ПРИ колонной бурильных труб. Вращение бурильной колонны является серьезной проблемой вращательного бурения: - значительные затраты мощности, пропорциональные глубине скважины и практически квадрату частоты вращения, износ и обрывы достаточно дорогих бурильных труб, возникновение вибрации при высоких оборотах, влияние на искривление оси скважины.

Изначально буровики искали возможности обеспечить вращение ПРИ без вращения бурильной колонны. В двадцатые годы прошлого века в нашей стране был разработан работоспособный забойный двигатель – турбобур.Однако турбобур, будучи гидравлическим двигателем динамического действия, мог работать только на сравнительно высоких оборотах (600 – 800 об/мин), что вызывало проблемы с износом шарошечных долот. Малогабаритные турбобуры пригодные для геологоразведочного бурения были изготовлены в восьмидесятые годы прошлого века в Китайской Народной Республике. Турбобур имел диаметр 52 мм, развивал 2600 об/мин и мощность 7,2 кВт и обеспечил бурение разведочных скважин глубиной до 880 м. с производительностью более высокой, чем обычное алмазное бурение. В нашей стране в те же годы турбобур для бурения разведочных скважин диаметром 76 мм был изготовлен и успешно испытан энтузиастом этого дела В. Большаковым. Однако дальнейшее развитие и внедрение бурения геологоразведочных скважин малогабаритными турбобурами не получило применения, по-видимому из-за дороговизны и сложности эксплуатации в геологоразведочных условиях, невозможности совмещения со снарядами ССК.

В нефтяном бурении серьезный прорыв во внедрении бурения с забойными двигателями произошел при создании забойных гидравлических винтовых двигателей. Эти двигатели объемного действия, развивают умеренную частоту вращения (150 – 300 об/мин) и большой крутящий момент и, в отличие от турбобуров, успешно работают с шарошечными долотами. Наряду с винтовыми гидравлическими двигателями для бурения нефтяных скважин, нефтяники разработали и малогабаритныевинтовые двигатели с диаметром корпуса 54 и 70 мм для разбуривания парафиновых пробок внутри нефтеподъемных труб. Размеры этих двигателей идеально подходили для геологоразведочного бурения, где наиболее распространены диаметры скважин 59 и 76 мм. Однако оказалось, что при использовании, применяемых в геологоразведке буровых насосов мощность, развиваемая этими двигателями, недостаточна для бурения на рациональных режимах. Так двигатель Д-54развивает максимальную мощность до5 кВт и максимальную частоту вращения до 500 об/мин при подаче жидкости с расходом 180 л/мин и при перепаде давления на двигателе 4,0 мПа. Учитывая гидравлические сопротивления в циркуляционной системе скважины, такие параметры можно получить только при использовании самого мощного бурового насоса геологоразведочного бурения НБ 320/100 и при не очень большой глубине скважины. Расчет забойной мощности по формуле: Nзаб. = 10-4·β·Fос.·r∙n, где β = (μ + А·hоб), обобщенный коэффициент сопротивления, для алмазного бурения β ≈ 0.4,приFос. = 10 кН, для D=59 мм где r= 0,03, показывает:

5квт= 10-4·0,4·104·0,03·n = 0,012·n, что мощности двигателя Д-54 достаточно лишь для бурения при Fос. = 10 кН, с частотой вращения до 410 об/мин. Это значит - возможно бурение на пониженном режиме при максимально возможной гидравлической мощности насоса.

И расчеты и практика показали, что использовать забойные гидравлические двигатели для обычного геологоразведочного бурения не целесообразно и не рентабельно.

Еще при начале турбинного бурения нефтяных скважин было отмечено, что отсутствие вращения бурильной колонны, создает отличные условия для направленного бурения! Над турбобуром или другим забойным двигателем устанавливается «кривой» переходник, колонна ориентируется в нужном направлении и далее вращается долото или коронка, а колонна с кривым переходником и корпусом забойного двигателя не вращаются, повернуты в заданном направлении, куда и отбуривается ствол скважины с заданной интенсивностью.

Именно такое применение и получили забойные гидравлические двигатели в геологоразведочном бурении – для отбуривания отдельных участков скважин в заданном направлении и с заданной интенсивностью при направленном или многозабойном бурении. Для этих целей бурение может вестись и на пониженных значениях параметров режима бурения – выигрыш в качестве за счет некоторого проигрыша в производительности.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 11

Вращательное бурение с забойным двигателем без вращения бурильной колонны – это вторая мечта буровиков.

Первая Мечта – это колонковое бурение с подъемом керна без подъема бурильных труб, когда углубка за рейс зависит только от ресурса коронки.

Колонковое бурение простыми снарядами, состоящими из колонкового набора и колонны бурильных труб, выполняется отдельными рейсами. Величина углубки за рейс зависит от длины колонковой трубы и некоторых других факторов. Обычно величина углубки за рейс составляет от 0,5 – 1,0 и до, максимум, - 8 – 12 метров. В большинстве случаев средняя углубка за рейс составляет 3 – 5 метров. Как отмечалось ранее, чем больше углубка за рейс – тем выше производительность бурения. Теоретически максимальная углубка за рейс при бурении простыми с нарядами должна быть равной длине применяемых свечей бурильных труб (если больше, то возникнет проблема с подъемом колонковой трубы и извлечением керна).

Идеальный случай, - первая мечта буровиков, - бурение разведочной скважины с отбором керна за один рейс!

Практически эта задача решается частично или полностью применением специальных буровых снарядов – частично применением снарядов со съемным керноприемником-ССК, - полностью (иногда) комплектами с гидро (пневмо) транспортом керна – КГК.

Принцип действия этих снарядов приведен в разделе выбор разновидностей бурения, техническое устройство рассматривается в практикуме по бурению на ТПИ, здесь - технология бурения этими специальными снарядами.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 12

Для бурения геологоразведочных скважин применяются два варианта отечественных снарядов со съемными керноприемником – снаряды (комплекты) КССК – 76, первыми разработанные и внедренные в нашей стране СКБ «Геотехника» - Москва, и снаряды ССК-76, ССК-59 и ССК-46 , разработанные позднее в Ленинградском ВИТР´е.

. В конце восьмидесятых годов в «СКБ Геотехника» были разработаны комплекты КССК-59 и КССК-95, но в связи с перестройкой, не были внедрены.

В последнее время у нас преимущественно применяются снаряды ССК фирмы BOART LONGYEAR , аналогичные нашим ССК, (точнее наши аналогичны Лонгировским снарядам). Практически все снаряды ССК имеют одинаковое принципиальное устройство и отличаются только деталями исполнения отдельных узлов

Снаряды КССК-76 предназначены для бурения в сложных геологических разрезах перемежающихся пород VI – XI категорий по буримости. Эти снаряды отличаются более прочными бурильными трубами с муфтово-замковыми соединениями, что позволяет бурить скважины в сложных геологических разрезах, повышенной глубины (до 2000 м для стальных труб и до 3000 м для легкосплавных бурильных труб) и при максимальных значениях осевой нагрузки на коронку. Максимальная глубина бурения снарядом КССК составила 3600 метров. Наличие прорезей на замковых соединениях КССК позволяет использовать обычные средства механизации спускоподъемных операций – серийные полуавтоматические элеваторы и труборазворот РТ-1200М.

Снаряды ССК, используют гладкоствольную колонну бурильных труб, соединяемых труба в трубу, и имеющих минимальную толщину стенки в резьбовых соединениях. Такая колонна, с одной стороны имеет достоинство в том, что она, будучи гладкой и прямолинейной (трубы ССК прецизионные, повышенной точности и прямолинейности) позволяет вести бурение на повышенных частотах вращения, но с другой стороны слабые соединения не позволяют передавать большие осевые нагрузки и использовать снаряды для бурения глубоких скважин. В первом случае, при осевых нагрузках более 12 – 15 кН, наружная резьба одной трубы может надвигаться на внутреннюю резьбу другой трубы, во втором случае при глубине скважины более 1200 – 1500 метров под действием силы тяжести колонны в ее верхней части резьба может вырваться. Оба эти обстоятельства ограничивают условия использования снарядов ССК.

В зарубежных снарядах ССК за счет более высокого качества труб эти недостатки менее значимы.

В настоящее время снаряды со съемным керноприемником оснащаются только коронками с алмазными резцами.. Следовательно, технология бурения снарядами ССК сводится, в основном, к технологии алмазного бурения, но с учетом особенностей, связанных с отличиями ССК от обычных снарядов:

Осевая нагрузка на коронку при бурении снарядами ССК отличается от осевой нагрузки на обычные алмазные коронки тем, что толщина торца и, следовательно, площадь торца алмазосодержащей матрицы коронки примерно в 1,5 раза больше, чем у коронки для простых снарядов. Для снарядов КССК осевая нагрузка составляет в зависимости от буримых пород до 20 кН и более. Для снарядов ССК максимальная осевая нагрузка до 15 кН.

Частота вращения, наоборот, при бурении снарядами ССК в благоприятных условиях (однородные монолитные породы) может достигать максимальных значений буровых станков, до 1500 об/мин и более. При бурении снарядами КССК, учитывая и сложные геологические условия, в которых они используются, и несовершенство бурильной колонны частота вращения обычно ограничивается примерно 600 об/мин.

Промывка скважин при бурении снарядами со съемным керноприемником имеет ряд отличий от промывки при бурении простыми снарядами, связанных с увеличенной площадью забоя с одной стороны, и с минимальными кольцевыми зазорами между стенками скважины и бурильными трубами, с другой стороны. С первым связано примерно в 1,5 раза большее количество шлама на единицу углубки, со вторым большие гидравлические сопротивления в затрубном кольцевом сечении и в колонковой трубе и, соответственно, возникновение ощутимого гидроподпора, снижающего действующую осевую нагрузку на коронку. Указанные обстоятельства вызывают противоречия при выборе расхода очистного агента. Для полного удаления шлама с забоя требуется повышенный расход очистного агента, а малые зазоры при больших расходах будут создавать большие сопротивления и понадобятся насосы с повышенным максимальным давлением. Компромиссом является применение жидкостей с минимальными гидросопротивлениями. К таким жидкостям относятся некоторые полимерные и эмульсионные жидкости. Для бурения снарядами КССК, у которых кольцевой зазор больше чем у ССК, и составляет (за счет разбурки стенок скважины в породах средней крепости на 2 – 10 мм) - 5 – 15мм, гидросопротивления не очень велики и можно принимать рациональный расход промывочной жидкости в среднем 30 – 50 л/мин, а при необходимости увеличивать до 70 – 80 л/мин. При бурении снарядами ССК-59 радиальный зазор составляет от 2 до 4 мм и гидросопротивления, имеющие квадратичную зависимость от расхода, составляют весьма значительную величину и, кроме того, вызывают весьма ощутимый гидроподпор. Значения величины гидроподпора в зависимости от расхода промывочной жидкости приведены на рис. 49.

Рис. 49

Учитывая большие гидросопротивления и гидроподпор, расход промывочной жидкости для ССК-59 желательно минимальный, не более 20 – 30 л/мин.

Условия применения и особенности технологии бурения снарядами со съемным керноприемником.

Как уже указывалось, эффективность применения снарядов со съемным керноприемником зависит от соотношения выигрыша, который дает применение ССК, и дополнительных затрат, связанных с большей стоимостью комплектов ССК и усложнением технологии бурения этими снарядами.

Достоинства бурения снарядами ССК следующие:

1.Повышение производительности за счет снижения затрат времени на спуско-подъемные операции. В этом аспекте рост производительности прямо связан с глубиной скважины, чем глубже скважина, тем больше выигрыш от применения ССК. И расчеты и производственный опыт показывают, что дополнительные затраты на ССК будут окупаться ростом производительности при глубине скважины не менее 200 – 300 метров в зависимости от условий бурения и дополнительных обстоятельств.

Бурение с подъемом керна без подъема бурильных труб. Рейс, продолжается до необходимости замены буровой коронки в результате ее износа. При бурении в породах средней крепости (VII – IX категорий) проходка на алмазную коронку ССК составляет 50 – 100 и более метров. В более твердых породах (IX – XI категорий) проходка на коронку может составлять 15 – 60 м, а в породах ХII категории проходка на коронку может не превышать 5 – 15 метров. Если учесть, что и при бурении простыми снарядами с хорошими алмазными коронками в породах ХI – XII категорий можно бурить рейсами длиной в 3 – 8 метров, то в этих условиях применение ССК будет явно невыгодным – та же углубка за рейс, но более дорогим снарядом. В более слабых породах бурение ССК будет оправдано при углубке за рейс не менее 30 – 50 метров.

Ограничение рациональной области применения ССК по минимальному значению углубки за рейс (30 – 50 м в средних породах и 15 – 30 м в породах Х – ХI категорий) может быть преодолено применением разработанных работоспособных съемных раздвижных (алмазных) коронок СРК конструкции Югова (рис 50). Эти коронки, имеющие цанговое устройство, спускаются внутри бурильных труб вместе с керноприемником, автоматически раскрепляются на нижнем конце колонковой трубы, и после заполнения керноприемника керном поднимаются на поверхность вместе с керноприемником. После полного износа коронки она заменяется на новую на поверхности, и новая коронка с керноприемником спускается через бурильные трубы и продолжает бурение. Трубы при этом могут не подниматься на поверхность до конца бурения скважины. Скважина может быть пробурена за один рейс! Подъемы керноприемника с керном и раздвижной коронкой называются керноприемным рейсом и занимают в несколько раз меньше времени, чем подъем бурильной колонны)

Рис. 50

3. Достоинством применения снарядов ССК является и следствие

уменьшения числа спуско-подъемных операций. При каждом спуско-подъеме происходит заметное разрушение стенок скважины, особенно в неустойчивых и перемежающихся породах. Применение ССК уменьшает, таким образом, разрушение стенок скважины и позволяет упростить и, соответственно, удешевить конструкцию скважины.

4. Еще одно достоинство снарядов ССК это то, что сам съемный керноприемник устанавливается в колонковой трубе так, что он во время бурения не вращается и поток промывочной жидкости не попадает внутрь керноприемника, а движется по кольцевому зазору между колонковой трубой и керноприемником. Таким образом, керн в неустойчивых породах защищается от разрушения, и снаряд ССК обеспечивает получение кондиционного керна там, где для этого пришлось бы применять специальные средства для повышения выхода керна.

5. Практически во всех конструкциях керноприемников имеется сигнализатор самозаклинивания керна.

6. Расширение области применения снарядов ССК достигается возможностью включением в керноприемное устройство дополнительных устройств для решения конкретных задач повышения эффективности бурения. Так в ССК могут быть включены такие механизмы как: гидроударник для борьбы с заполированием алмазов и с самозаклиниванием керна, специальные устройства для получения кондиционного керна в сложных геологических условиях («конус», эжекторное устройство) специальные приспособления для бурения горизонтальных и восстающих скважин и другие.

К недостаткам использования снарядов ССК кроме более высокой, чем у простых снарядов, стоимости следует отнести то, что при бурении в трещиноватых и разрушенных породах, рейс при бурении ССК может прерываться и до износа коронки из-за выпадения кусочков керна из керноприемной трубы и расклинивании его в колонковой трубе. Тогда съемный керноприемник не сможет зафиксироваться в колонковой трубе и приходится поднимать весь снаряд. Для борьбы с этим явлением предложено устройство, кроме стандартного кернорвателя, специального кернодержателя, закрывающего нижний конец керноприемной трубы при подъеме керноприемника. О таком устройстве было доложено на научной конференции в МГРИ-РГГРУ нашим студентом Егоровым . . (авторское свидетельство совместно с дедом, нашим выпускником д.т.н. Егоровым Н.Г.)

Поскольку в настоящее время в нашей стране наибольшее распространение получили снаряды со съемным керноприемником зарубежных фирм с преобладанием снарядов фирмы США «Boart Longyear» рассмотрим особенности этих снарядов подробнее.

Фирма Boart Longyear, основанная в США в 1890 году является признанным лидером в области техники и технологии алмазного бурения. С 1953 года она начала внедрение снарядов со съемными керноприемниками – «Wire Line» (у нас ССК) В нашей стране обоснование разработки снарядов со съемным керноприемником начали преподаватели кафедры разведочного бурения МГРИ еще в 1958 году. Затем конструированием отечественных снарядов КССК, приспособленных для бурения в сложных геологических условиях, и с максимальной механизацией (в отличие от снарядов Longyear) начали заниматься в «СКБ Геотехника». С 1969 года снаряды со съемным керноприемником для высокооборотного алмазного бурения в твердых породах начали разрабатывать в Ленинградском научно-исследовательском институте ВИТР. (В отличие от снарядов СКБ – КССК, снаряды ВИТРа называют – ССК).

Следует отметить, что наши снаряды, используя весь зарубежный опыт, в конструктивном отношении даже превосходили зарубежные аналоги, но, к сожалению, уступали им по качеству колонны бурильных труб и алмазных коронок.

Преимущества зарубежных снарядов, действительно связано в первую очередь связано с более высоким качеством бурильных труб особенно резьбовых соединений, отработанных за десятки лет.

Второе достоинство в применении технологии бурения последовательно двумя – тремя комплектами снарядов в соответствии с конструкцией скважины. Например начинается бурение комплектом НQ (96,1 мм), затем устанавливается колонна обсадных труб. Иногда вместо обсадных в скважину спускают бурильные трубы с тонкостенной коронкой, которые играют роль обсадных (но обязательно потом извлекаются и опять работают как бурильные на новой скважине). Затем бурение продолжается следующим комплектом NQ (75,7 мм), и далее если нужно, таким же образом переходят на комплект ВQ (59,9 мм).

Третье достоинство зарубежной технологии бурения снарядами ССК и беда нашей технологии, (почему за рубежом бурение снарядами ССК было преобладающим, а у нас только около 10%), заключается в том, что в зарубежных странах колонковое бурение геологоразведочных скважин осуществляется станками с подвижным вращателем, а у нас для этого применяли станки шпиндельного типа. Разница принципиальная! При бурении станками с подвижным вращателем наращивание колонны труб по мере углубки скважины производится без подъема снаряда от забоя трубами того же комплекта, При бурении станком шпиндельного типа в шпинделе находится ведущая труба отличная от бурильных труб комплекта. Следовательно, чтобы наростить очередную бурильную трубу ССК надо поднять весь снаряд на длину замера ведущей трубы, отвернуть ведущую трубу, отодвинуть станок , наростить бурильную трубу ССК, пододвинуть станок, присоединить ведущую трубу. Плохо не только потери времени, но очень плохо нарушать процесс бурения. Подъем и опускание снаряда может вызывать и дополнительный износ инструмента и способствовать различным осложнениям.

Очевидно, что в современной непростой геополитической ситуации, в порядке импортазамещения следует восстановить производство отечественных станков с подвижным вращателем (станки АВ-2, АВ-5, РБК-4) и добиваться повышения качества бурильных труб наших комплектов КССК и ССК.

Поскольку в нашем геологоразведочном бурении преобладает применение снарядов Boart Longyear, в пособии в приложении №1 приводится инструкция «по технологии бурения снарядами ССК BOART LONGYEAR c сохранением стиля первоисточника. В притложении №2 приведены формы торца и формы износа торца импрегнированных коронок фирмы Diamanic.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 13

Вторым вариантом, позволяющим существенно повысить производительность колонкового бурения даже по сравнению со снарядами ССК, является бурение с применением снарядов с гидро или пневмотранспортом керна с забоя скважины на поверхность – снарядов КГК и КПК.

Проблема доставки на поверхность керна всегда была самым слабым местом в колонковом бурении, а бурение колонковой скважины за один рейс было и остается голубой мечтой буровиков.

В основополагающем учебнике для буровиков Б.И.Воздвиженского и Н.И. Куличихина «Разведочное бурение», изданного в 1949 году приводится реальная схема колонкового бурения скважины за один рейс (рис. 53) и утверждается, что «…Бурение скважины длиной 30 – 50 метров в породах 7 – 8 категории можно осуществлять за один рейс». Такая ограниченная длина скважин, по мнению авторов, связана с тем, что гладкие безниппельные соединения труб «…значительно ослабляют прочность колонны». В настоящее время существуют гладкие безниппельные колонны труб для снарядов ССК, выдерживающие нагрузки при бурении скважин глубиной до 1500 м и более и осевые нагрузки до 17 кН. По приведенной схеме в принципе можно было бы бурить скважины за один рейс весьма большой глубины. Другое дело в том, что слабым местом в такой схеме будет сложность герметизации устья скважины и возможность поглощения промывочной жидкости в стенки скважины, не доходя до забоя. Предложенный метод практически является вариантом колонкового бурения с гидротранспортом керна.

Рис. 53.

Слабые места показанной схемы бурения преодолеваются при использовании двойной колонны труб с подачей потока очистного агента к забою по кольцевому межтрубному пространству между трубами и подъемом потока по внутренней трубе вместе с керном и разрушенной породой.

К гидротранспорту добавился пневмотранспорт керна и разрушенной породы (шлама) с использованием в качестве очистного агента воздуха или пены (комплекты КПК и КПШ). Естественно, что для нового метода бурения были разработаны новые технические средства – специальные двойные колонны бурильных труб, специальные, главным образом твердосплавные, коронки и коронки с резцами с АТП, специальная оснастка и даже специальные керноприемные устройства. Для бурения с пневмотранспортом керна разработаны кольцевые пневмоударники. (Подробно технические средства для КГК и КПК рассматриваются в практикуме по бурению на ТПИ).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 14

Первая главная особенность такого вида бурения заключается в том, что не происходит непосредственной промывки забоя, и разрушаемая порода механически за счет конструкции коронки сдвигается к центру забоя и заталкивается в центральный канал. Поток промывочной жидкости подхватывает кусочки керна и шлам внутри выше торца коронки и только с этого места транспортирует их по внутренней трубе на поверхность, не происходит ни промывки забоя, ни охлаждения торца коронки. Это условие однозначно ограничивает область применения данного метода по твердости буримых пород – бурение с КГК возможно только в мягких и самых слабых скальных породах I – IV и лишь с небольшими прослойками более твердых пород V – VI категорий.

Ограничения по твердости буримых пород создают условия для бурения скважины за один рейс, поскольку необходимость прекращения рейса и подъем снаряда связаны с износом буровой коронки, а в мягких породах коронки с мощным твердосплавным вооружением или с резцами из СТМ могут проходить более сотни метров до полного износа

Вторая особенность бурения с КГК – отсутствие циркуляции промывочной жидкости в затрубном пространстве. Поскольку бурение ведется в мягких, слабых, рыхлых, часто неустойчивых, размываемых и разбухающих породах, то при бурении простыми снарядами возникала бы необходимость принимать серьезные меры по закреплению стенок скважины, в том числе колоннами обсадных труб.

При бурении с КГК затрубное пространство заполняется вязкой промывочной жидкостью с повышенной тиксотропностью и при необходимости с повышенной плотностью. Полная циркуляция промывочной жидкости должна происходить только внутри двойной колонны труб. Чтобы поток жидкости не проникал в затрубное пространство и не размывал стенки скважины на наружной части нижнего конца колонковой (нижней) трубы делается пакерирующее устройство, обычно в виде наружной винтовой нарезки, которая в процессе бурения заполняется разрушенной породой, перекрывает кольцевой зазор, и не пропускает жидкость из межтрубного пространства в наружное кольцевое пространство скважины. По мере углубки скважины и при поглощении части жидкости из затрубного пространства, жидкость туда должна пополняться или самотеком из специального зумфа, соединенного с устьем скважины, или путем расхаживания снаряда, при котором жидкость из циркулирующего потока попадает в освобождаемую при подъеме снаряда часть ствола скважины и в затрубное пространство.

Необходимость периодического расхаживания снаряда третья особенность бурения снарядами КГК. Расхаживание – отрыв и приподнимание снаряда от забоя с сохранением вращения и циркуляции и опускание обратно на забой. Путем расхаживания снаряда решается ряд специфических задач бурения с КГК:

- пропуск части промывочной жидкости на забой скважины для дополнительного охлаждения резцов коронки и снижения трения.

- при движении снаряда вниз, жидкость из ствола скважины за счет поршневого эффекта помогает проталкивать породу в центральной части коронки и преодолевать возможные заклинки кусочков керна во внутренней трубе.

Отсутствие циркуляции жидкости на забое и в призабойной части затрубного пространства, вызывает, по мере углубки скважины, рост крутящего момента, В зависимости от плотности и вязкости пород значение Мкр. может составлять от 100 – 150 Нм в начале цикла до 800 – 1000 Нм в конце. Расхаживание снаряда становится необходимым для смачивания забоя и стенок скважины и тем самым снижения сопротивлений и крутящего момента.

Рекомендуемые параметры расхаживания – интервалы между подъемами снаряда и высота подъема приведены в табл. 18 .

Таблица 18

Тип пород Параметры расхаживания
Интервал, м Высота, м
Вязкие глины, суглинки и сыпучие и пески Расхаживание может не применяться
Вязкие глины и суглинки 1 – 1,5 1 – 1,5
Сыпучие пески, супеси 2 – 2,5 0,5
Гравийно-галечные отложения 0,3 – 1,0 0,2 – 0,5
Плотные, устойчивые алевролиты, аргиллиты 0,3 – 0,5 0,1 – 0,5
Песчаники, известняки 0,1 – 0,5 0,1 – 0,5
Окремненные породы 0,05 – 0,1 0,05 – 0,1

Принципы выбора и поддержания параметров режима бурения комплектами КГК также отличается от обычного колонкового бурения. Бурение снарядами с гидротранспортом керна осуществляется станками с подвижным вращателем, обычно с гидромотором, установленным непосредственно на вращателе, и с гидравлической системой подачи.

Управление подачей производится не по осевой нагрузке, а по задаваемой скорости углубки. Такая система приводит к тому, что активными параметрами управления процессом являются скорость углубки и крутящий момент, а осевая нагрузка и частота вращения становятся функциями от них. Как уже указывалось, по мере углубки без отрыва от забоя идет нарастание крутящего момента и снижение частоты вращения. По достижении критической величины Мкр. углубка заканчивается и начинается цикл расхаживания. ИзмененияМкр. и частоты вращения в пределах цикла приведены на рис.54

Рис. 54

Конкретно параметры режима бурения определяются в зависимости от свойств буримых пород и характеристики двигателя привода вращателя. Частота вращения для буровых установок, используемых для бурения комплектами КГК, находится в пределах от 140 до 325 об/мин. Большая частота вращения не может применяться, так как бурение практически ведется «в сухую» при больших крутящих моментах и при охлаждении коронки только самой породой.

Расход промывочной жидкости при бурении КГК должен обеспечивать полную и надежную транспортировку и кусочков керна, и всей разрушенной породы. Для этого скорость восходящего потока должна быть не менее 2 – 4 м/сек в зависимости от плотности и состава пород, а расход жидкости соответственно от 120 до 300 л/мин. Рекомендуемые параметры режима бурения с гидротранспортом керна различных пород приведены в табл. 19

Таблица 19

Тип пород Параметры режима бурения
Частота вращения, об/мин Осевая нагрузка, кН Расход промывочной жидкости, л/мин
Вязкие глины и суглинки 5 – 9 200 – 320
Вязкие и сыпучие глины, суглинки, пески. 5 – 7 220 – 260
Сыпучие пески, супеси 4,5 – 9
Гравийно-галечные отложения 140 – 170 6 - 10 180 – 260
Плотные, устойчивые алевролиты, аргелиты. 7 – 12
Песчаники, известняки. 8 – 16
Окремненные породы. 15 - 18

Поскольку бурение КГК ведется в неустойчивых чреватых осложнениями породах, большое значение имеет выбор промывочной жидкости как для циркуляции внутри снаряда, так для заполнения затрубного пространства.

Жидкость, участвующая в обратной циркуляции, должна обладать хорошей выносной способностью, смазывающими свойствами и, желательно, способностью связывать песчаные и рыхлые породы. Наиболее подходящими для большинства случаев бурения КГК являются водно-полимерные жидкости – вода + 2 – 3% полимера К-9 или гипана. Для бурения в глинистых породах с содержанием щебня полускальных пород рекомендуется вязкий глинистый раствор, также с добавками полимера.

Для заполнения затрубного пространства нужна вязкая, тиксотропная жидкость, для чего рекомендуются вязкие глинистые растворы (вязкость более 30 сек.) С добавками полимера К-9 или гипана. При бурении в глинистых массивах в затрубное пространство может добавляться вода, которая, смешиваясь с разбуриваемой глиной, образует «естественный глинистый раствор».

Специфичным осложнением бурения с комплектами КГК является заклинивание кусочков керна в коронке или во внутренней трубе. Для преодоления подклинивания керна предусмотрена возможность изменения направления циркуляции с обратной на прямую («реверс потока»). В этом случае заклиненные кусочки керна выталкиваются из коронки или внутренней трубы мощным прямым потоком с полным давлением насоса (при обратной циркуляции при заклинивании жидкость может пойти в затрубное пространство). При заклинивании в коронке рыхлой породы, заклинка может быть продавлена повышением осевой нагрузки и расхаживанием снаряда.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

studopedia.ru


Смотрите также