Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Бурение скважин

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Бурение алмазным породоразрушающим инструментом

Для бурения горных пород средней твердости, твердых и очень твердых применяются буровые коронки и долота с алмазным вооружением - алмазными резцами как природного, так и искусственного происхождения. Алмазные буровые инструменты подразделяются на импрегнированные и однослойные (рис. 2.20). Для изготовления импрсгнированных применяют мелкие природные и искусственные алмазы, для изготовления однослойных коронок и долот -более крупные и крупные, как правило, природные алмазы.

Буровой инструмент оснащается алмазами различной зернистости, измеряемой в количестве алмазов в карате (штук/карат).

Основные размеры алмазов, применяемых в однослойных буровых инструментах: 2-5 шт/карат - диаметр зерна 3-4 мм; 10 шт/карат - 2,5 мм; 15 шт/карат - 2,0 мм; 20 шт/карат - 1,8 мм; 50 шт/ карат - 1,3 мм; 90 шт/карат - 1,1 мм; 150 шт/карат - 0,9 мм, а в импрегнированных 200-400 шт/карат - 0,7-0,5 мм; менее 400 шт/карат - менее 0,5 мм.

В породах средней твердости (У1-УШ категории по буримости) наилучшие результаты показывают коронки, армированные алмазами зернистостью от 20 до 2 шт/карат, в твердых породах (УШ-Х категория) целесообразно использовать коронки с алмазами зернистостью от 200-20 шт/карат) и в очень твердых породах (Х-ХП категория) - 600-150 шт/карат.

Для изготовления алмазных долот применяют алмазы зернистостью от 1 до 20 шт/карат.

При оснащении буровых инструментов, как правило, боковые подрезные резцы изготавливают из более крупных алмазов, чем торцевые. Места перехода от торцевой к боковой части матрицы армируют также более крупными алмазами.

В связи с появлением таких сверхтвердых материалов как Беарах, крупные природные алмазы зернистостью 2-10 шт/карат в буровом инструменте заменяются резцами из АТП, поскольку они отличаются большей прочностью и износостойкостью.

Величина выпуска алмазов из матрицы зависит от твердости буримых пород и размера алмазов. При бурении пород средней твердости величина выпуска алмазов может быть до 30 % размера алмазов, твердых пород - до 20 %, а максимально твердых - до 10 %.

Вооружение алмазных коронок -однослойной(а)и импрегнированной (б)

Рис. 2.20. Вооружение алмазных коронок -однослойной(а)и импрегнированной (б):

1 - наружные подрезные резцы; 2 - внутренние подрезные резцы; 3 -торцевые резцы; 4 -слои алмазов

Различают коронки без заданного выпуска алмазов, в которых выпуск составляет 5-10 % размера алмаза, и инструмент с заданным выпуском алмазов, в котором выпуск резцов составляет 20-30 % их линейного размера.

Матрицы современного алмазного бурового инструмента изготавливают методом порошковой металлургии путём пропитки или горячего прессования.

В первом случае матрица состоит из частиц тугоплавких металлов, например, карбида вольфрама, кобальта и пластичного связующего металла или сплава, например, меди. Связующее вещество образует при спекании жидкую фазу, объединяющую при остывании все компоненты матрицы, в том числе и алмазы. Порошковые матрицы более износостойки, чем литые, и позволяют использовать более мелкие алмазные зерна.

В каркас матриц, изготовляемых методом пропитки, могут входить в различных соотношениях вольфрам, карбид вольфрама, кобальт, железо, никель. Пропитывающий состав состоит обычно из меди, никеля, алюминия. Кроме того, в состав матрицы могут входить наполнители (до 30 %): зерна релита, гранулы твердого сплава типа ВК и др.

В состав матриц, изготавливаемых способом горячего прессования, могут входить бор, гидрид титана, медь, карбид вольфрама, кобальт, никель, олово, титан, железо, цезий, фосфор, цинк.

Матрицы отличаются твердостью - важнейшей характеристикой, определяющей во многом эффективность алмазного бурового инструмента. Твердость матрицы определяется по методу Роквелла и она может быть такой: НЯс 10-20 - очень мягкая матрица; НЛс 15-20 - мягкая матрица; НЯс 25-30 -матрица средней твердости; НЯс 30-35 - твердая матрица; НЛс 50-55 - очень твердая матрица.

Более твердые матрицы предназначены для бурения абразивных и менее твердых горных пород, мягкие матрицы - для бурения более твердых и менее абразивных горных пород. Правильный выбор твердости матрицы задает темп её изнашивания и, соответственно, обнажения алмазных резцов при бурении, что в результате определяет эффективность бурового процесса. Чрезмерный темп изнашивания матрицы приводит к потере алмазных резцов, а замедленный износ - к изнашиванию самих алмазов (заполирование алмазов).

^ Заполирование алмазов - образование на поверхности алмазов площадок износа, ориентированных параллельно забою скважины и имеющих гладкую полированную поверхность.

В идеальном случае при бурении импрегнированной коронкой износ матрицы и алмазов происходит с одинаковой скоростью.

Вооружение алмазного бурового инструмента во многом определяется насыщенностью матрицы алмазами - отношением объема алмазов к объему матрицы инструмента в процентах. Из опыта бурения следует, что этот показатель должен составлять в среднем 5-10 %. В ряде случаев ведущие фирмы выпускают инструмент с насыщенностью алмазами 15-25 %.

Насыщенность алмазами, ровно как и качество алмазов, определяют ресурс бурового инструмента, его стойкость.

Расход алмазов без рекуперации для организаций Министерства геологии СССР обычно составлял 0,6-0,9 карат/м в зависимости от твердости горных пород и совершенства применяемой технологии бурения.

^ Рекуперация (лат. гесиреШоп - возвращение, получение обратно) -извлечение сохранившихся алмазов из отработанного алмазного инструмента с целью их повторного использования.

Для бурения применяют однослойные алмазные буровые коронки с зернистостью резцов в основном от 10 до 150 шт/карат, в которых алмазы располагаются на торце в один наружный слой, и импрегнированные алмазные коронки с более мелкими алмазами, которые располагаются в несколько слоев (5-9 слоев) - рис. 2.20. Число слоев алмазов в импрегнированных коронках определяется зернистостью алмазов - чем более мелкие алмазы, тем больше число алмазных слоев имеет коронка.

В однослойных коронках алмазы могут располагаться по следующим основным схемам (рис. 2.21): а - в шахматном порядке; б - по радиальным

/

направлениям; в - по косым радиусам; г - по концентрически окружностям.

Возможны, естественно, и иные схемы размещения алмазов, в том числе ориентированная их установка с учетом направлений максимальной твердости алмазного зерна. Критериями эффективного расположения алмазов в матрице являются равномерное распределение на торце и перекрытие движущимися резцами всего забоя буримой скважины тем количеством алмазов, которое необходимо разместить в коронке.

Схема раскладки алмазов в коронках

Рис. 2.21. Схема раскладки алмазов в коронках

Для повышения прочности соединения алмазов с матрицей применяют грануляцию алмазных зерен, которая состоит в покрытии алмаза металлом. Наиболее интересен вариант «металлизации» алмаза пористым хромом. В этом случае достигается не просто высокая адгезия зерна с матрицей, но и соединение за счет проникновения материала матрицы в поры оболочки из хрома (рис. 2.22). Подобная технология использована при изготовлении коронок компании Boart Longyear.

Схема закрепления алмаза 1 в матрице 2 буровой коронки с помощью покрытия алмаза пористым хромом (3)

Рис. 2.22. Схема закрепления алмаза 1 в матрице 2 буровой коронки с помощью покрытия алмаза пористым хромом (3)

Для бурения в основном применяют необработанные алмазы с острыми режущими гранями, алмазы овализованные и полированные.

Овализованные алмазы получают механической обработкой для придания алмазу округлой формы.

Полирование овализованных алмазов производят для уменьшения силы трения алмазов о породу при бурении. При овализации и последующем полировании алмазов удаляются их выступающие части. В результате образуется гладкая поверхностей камней и округлая форма. Овализация и особенно полирование убирают с поверхности алмаза трещины и дефекты, что повышает прочность алмазного зерна.

Бурят с применением однослойных алмазных коронок горные породы VIII—X категории по буримости. При этом реализуются смятие, раздавливание, резание и скалывание горной породы.

Основные формы алмазных резцов:

дробленый (необработанный) алмаз (по мере износа приобретает овальную форму);

округлый - овализованный алмаз;

Овализованные алмазы в матрице коронки

Рис. 2.23. Овализованные алмазы в матрице коронки

округлый - полированный алмаз.

Размер резцов определяется зернистостью используемых алмазов. Зернистость алмазов изменяется в основном от 10 до 150-200 штук на карат. Соответственно размер зерен - от 2,5 мм до 0,8 и менее.

Овализованные и полированные алмазы реализуют в основном раздавливание, необработанные алмазы с острыми гранями -резание-скалывание. Для повышения эффективности разрушения алмазы в коронках могут устанавливаться ориентированно наиболее твердыми гранями в направлении резания-скалывания.

При повышении размера алмаза процесс разрушения видоизменяется от резания к скалыванию, далее к раздавливанию и к упругому деформированию.

Более крупные и дробленые алмазы применяют для бурения менее твердых горных пород, более мелкие, овализованные и полированные алмазы, -для бурения твердых и крепких горных пород.

Алмазный резец закреплен в твердосплавной матрице, состоящей из вольфрама и кобальта, и выступает из матрицы на высоту, в основном не превышающую 1/3 диаметра алмаза. Алмазный инструмент характеризуется разновысотностью резцов (1г { Фф /*з на рис. 2.23), которая максимальна на начальном этапе прирабатывания инструмента при бурении. Для повышения эффективности разрушения горных пород коронки изготавливают с заданным выступанием алмазов из матрицы.

Бурение горных пород алмазными импрегнированными коронками осуществляется в породах 1Х-ХП категорий по буримости. При бурении реализуется истирание, микрорезание. Для изготовления инструмента применяют природные и искусственные алмазы минимальных размеров. Размер зерна 0,9-0,5 мм (зернистость алмазов 150 и более шт/карат).

Рассмотрим положения механизма разрушения горной породы алмазными резцами с учетом экспериментальных данных, которые показывают значительную роль формы и качества поверхности алмазных резцов в процессе разрушения породы.

На алмазный резец при его работе оказывают действие осевые и тангенциальное усилия, а в породе создается напряженно-деформированное состояние, которое отличается от статического.

Значительное влияние на напряженное состояние и разрушение породы оказывает линейная скорость перемещения резца и коэффициент трения на контакте резец-порода. Это влияние сводится к формированию величины и места положения зон растяжения и сжатия породы под алмазным резцом.

Рассмотрим схемы, обобщая приведенные данные о взаимодействии

Схемы взаимодействия с породой овализованного (а) и полированного (б) алмазных резцов

Рис. 2.24. Схемы взаимодействия с породой овализованного (а) и полированного (б) алмазных резцов

алмазного резца с породой (рис. 2.24, а, б). Резец в данном случае имеет форму шара, т. е. моделирует овализованный или полированный алмазный резец.

Отличием между этими видами резцов является разница в коэффициентах трения, которая очень существенна. Например, коэффициент трения, задающий уровень сил трения резцов о породу, полированного алмаза в 4-10 раз ниже, чем у необработанного и овализованного алмазов.

Снижение коэффициента трения алмазов по породе приводит к снижению крутящего момента, расходу энергии на разрушение горной породы. Так, например, при работе овализованными алмазами расход энергии на единицу проходки в 2-3 раза выше, чем полированными, что позволяет повысить осевую нагрузку на коронку, оснащенную полированными алмазами, и добиться значительного повышения эффективности работы полированных алмазов, в сравнении с необработанными.

На передней грани резца, на которую действует осевая сила Р и тангенциальное усилие Рг по направлению действия результирующего усилия Я, формируется ядро сжатия породы. В ядре сжатия при критическом значении действующего усилия, отмечаются структурные изменения в породе, в результате которых порода переходит в мелкодисперсное состояние.

В результате проведенного анализа можно сделать вывод о том, что при работе овализованного и необработанного алмазов ядро сжатия располагается на передней грани резца (рис. 2.24, а), что приводит к скалыванию и резанию породы, особенно при разрушении горных пород средней твердости.

I

I

Схема для исследования процесса разрушения горной породы алмазным резцом

Рис. 2.25. Схема для исследования процесса разрушения горной породы алмазным резцом

При работе полированного алмаза, особенно при разрушении твердых и крепких горных пород, ядро сжатия смещено под резец (рис. 2.24, б), что приводит к раздавливанию породы. Некоторое смещение ядра сжатия на переднюю грань резца (за счет увеличения угла а) при бурении средних по твердости горных пород дает возможность к скалыванию породы, хотя преимущественно порода по прежнему разрушается раздавливанием.

Опираясь на приведенные данные, рассмотрим процесс вза

имодействия с породой алмазного резца по форме близкого к шару, в

соответствии со схемой, представленной на рис. 2.25.

Условием разрушения горной породы на заданную глубину является процесс разрушения (скалывания или раздавливания с образованием трещины отрыва) породы перед передней гранью резца. Трещина отрыва (аМ на рис. 2.25) формируется от вершины ядра сжатия породы в направлении поверхности забоя. Если отрыва породы по линии аМ не происходит из-за недостаточных напряжений в породе, то, очевидно, будет снижение глубины проникновения резца в породу. Для разрушения породы на заданную глубину следует синхронизировать два параметра - линейную скорость перемещения резца гр и скорость формирования трещины отрыва породы по линии аМ.

Глубины лунки разрушения /гл и внедрения резца в породу /г, расстояние р при статическом вдавливании шарообразного резца представлены формулами

Р =

(2.24)

Полученные формулы характеризуют процесс разрушения породы алмазными резцами. В то же время отмстим, что параметр пр не является очевидным, при всей кажущейся простоте его расчета.

Известно, что при бурении твердых пород алмазным буровым инструментом не все резцы задействованы в процессе разрушения. Например, что у новых неприработанных коронок контактирует с забоем не более 10-20 % алмазных резцов, для приработанных коронок число контактирующих с забоем алмазов увеличивается до 70-80 %. Следует отметить, что приведенные результаты получены по методу отпечатка торца коронок в пластичный металл, т.е. без вращения и работы коронки на забое, и поэтому могут использоваться для расчета числа контактирующих с породой алмазов только при ориентировочном расчете начальной осевой нагрузки.

Приведем результаты экспериментальных работ по изучению процесса разрушения алмазной коронкой оптического стекла, моделирующего горные породы УП-УШ категории по буримости, в режиме реального разрушения методом скоростной киносъемки. Анализ киноматериала позволил указать на следующие особенности работы алмазных коронок:

  • - одновременно разрушают породу 5-25 % алмазов, остальные находятся в упругом контакте с породой;
  • - за короткий интервал времени (30 оборотов коронки вокруг оси скважины) отмечено, что разрушают породу одни и те же алмазы, расположенные с одной стороны коронки вследствие её перекоса;
  • - число алмазов, одновременно разрушающих породу, увеличивается с ростом осевой нагрузки и не меняется при увеличении частоты вращения;
  • - алмазы работают в режиме микроударов;
  • - шлам удаляется в основном через промывочные окна коронок, часть шлама спрессовывается под сбегающей частью сектора, количество шлама под секторами увеличивается с ростом осевого усилия;
  • - при работе коронок образуется зона предразрушения, глубина которой достигает 2-3 мм.

Таким образом, если представить, что коронка в условиях эксперимента работала без перекоса, то число «работающих» алмазных резцов могло быть в два раза больше того количество, которое отмечено экспериментально, т. е. 10-50 %, а в среднем 30 %. Таким образом, можно говорить об участии в одновременном разрушении горной породы в среднем только одного из трех или четырех алмазных резцов, расположенных на торце коронки.

Схемы углубки забоя скважины алмазным инструментом

Рис. 2.26. Схемы углубки забоя скважины алмазным инструментом: а - при /г = /гл и равномерном выступании резцов из матрицы; б -л > /г и равномерном выступании резцов из матрицы; в - при /г = /г , и разновысотности алмазных резцов (неприработанная коронка)

Рассмотрим механизм работы алмазной коронки для выяснения причин отмеченной особенности работы алмазного инструмента. В данном случае возможны два основных варианта механизма углубления при условии равномерного выступания

алмазных резцов из матрицы:

  • - каждый резец обеспечивает разрушение горной породы на толщину слоя, который равен глубине внедрения резца в породу, т. е. 1г = Ия (рис. 2.26, а);
  • - разрушение горной породы на определенную глубину обеспечивают несколько лидирующих резцов, при этом слой разрушаемой породы превышает глубину внедрения этих резцов в породу, т.е. кл (рис. 2.26, б).

Возможны вариации приведенных основных механизмов углубления, если наблюдается разновысотность алмазных резцов. Например, вариант, представленный на рис.2.26, в, при котором глубина внедрения алмазных резцов равняется глубине борозды разрушения к = л, но при условии разновысотности резцов. В этом случае активно работают алмазы с наибольшим выступанием из матрицы (резцы 1, 3, 4 на рис. 2.26, в), а алмазы, имеющие меньшую высоту выступания над матрицей, в работе не участвуют (резцы 2 и 5 на рис.2.26, в). Подобная ситуация возможна при использовании неприработанной алмазной коронки. Как уже отмечено число контактирующих с породой резцов в этом случае составляет 10-20 %.

Принимая за основные два первых варианта механизма углубления, и полагая, что первый из них соответствует условиям разрушения менее твердых пород необработанными приостренными алмазными резцами, а второй -условиям разрушения твердых и крепких горных пород полированными и овализованными алмазами, определим число работающих алмазов при условии, что они имеет равную высоту выступания над матрицей.

Углубление за оборот коронкой при реализации первой схемы углубления (рис. 2.26, а) составляет /г0б = N0 • /?, где N0 - число алмазных резцов в линии резания на торце коронки.

При второй схеме углубления за один оборот коронка углубляется в забой на расстояние /гоб = пр ? кл, где пр - число активно работающих алмазов.

Из равенства Л/о к = пр кл, определяем

«р =

м.

к.

(2.25)

Таким образом, если для полированного и овализованного алмаза глубина борозды разрушения кл в 4-5 раз превышает глубину внедрения алмаза в породу к, то на разрушение породы работают только каждый четвертый или пятый алмазы. При к = кл в работе могут быть задействованы все алмазные резцы бурового инструмента, поскольку в этом случае пр= Л/0.

Вследствие того, что борозда разрушения при работе овализованного и полированного алмазов существенно превышает глубину внедрения алмаза в породу, в качестве лидеров работают только некоторые из алмазных резцов. При этом, чем больше разница в глубинах борозд разрушения и глубиной внедрения алмазного резца, тем меньшее число резцов может участвовать в работе. С повышением осевого усилия на буровой инструмент на этапе объемного разрушения породы более активно возрастает глубина внедрения резца в породу к, а глубина борозды разрушения кл - менее активно. Поэтому с ростом осевого усилия соотношение к/кл снижается и увеличивается число активно работающих алмазов, а потому удельное контактное давление на породу, при определенных условиях может и не возрасти.

Пример. Глубина внедрения алмаза в породу И = 0,1 мм при диаметре алмазного резца 1 мм. Расчет по формуле (2.25) показывает, что в этом случае Ь„ = 0,13 мм. Если повышение осевой нагрузки привело в увеличению глубины внедрения резца в 2 раза - до 0,2 мм , то И , будет равно 0,212 мм. В результате число работающих алмазных резцов в линии резания в первом случае будет 0,77М0, а во втором - 0,941Чо.

Тангенциальное усилие Рх при разрушении горной породы алмазным резцом можно определить из выражения для определения крутящего момента

«»=ГА = -, (2.26)

где Яп - средний радиус торца бурового инструмента, м;

Ы- мощность, затрачиваемая на разрушение породы, кВт; со - частота вращения инструмента, с"1.

Используя выражение для расчета мощности N с учетом числа работающих алмазных резцов, получим выражение для расчета тангенциального усилия:

(2.27)

где ,Р - осевая нагрузка на буровой инструмент, даН;

N(? - число алмазных резцов на торце бурового инструмента.

Коэффициент сопротивления перемещению резцов включает две составляющие: коэффициент сопротивления породы разрушению рв и

коэффициент трения резцов о породу/: Цк = Рв+/

Тангенциальное усилие с учетом числа работающих на разрушение алмазных резцов нр, будет равно:

  • 21§Уск
  • (2.28)

Из формулы (2.28) следует, что тангенциальное усилие зависит от глубины внедрения резцов в породу, прочностных характеристик горной породы - твердости, предела прочности на скалывание, коэффициента внутреннего трения, числа работающих на разрушение резцов, силы трения резцов о породу.

С повышением осевого усилия тангенциальное усилие резко увеличивается, прежде всего, за счет повышения силы трения, а также глубины внедрения резцов в породу. С повышением частоты вращения бурового инструмента тангенциальное усилие может оставаться без изменения или несколько снижаться за счет уменьшения глубины внедрения резцов в породу, вследствие роста сопротивления породы разрушению перед передней гранью резца.

Коэффициент сопротивления цк будет равен

2tgyCK^

ск ос

(2.29)

Коэффициент сопротивления рк является функцией интенсивности разрушения, которая характеризуется углублением за один оборот. При углублении, равном нулю, когда разрушения практически не происходит, а режущие элементы перемещаются по поверхности забоя, не внедряясь в породу, коэффициент сопротивления снижается до минимума и становится равным коэффициенту трения / Таким образом, коэффициент трения характеризует взаимодействие коронки (резца) с породой при отсутствии разрушения и по известным данным находится в пределах 0,02-0,13.

Коэффициент сопротивления рк (по разным данным) изменяется в пределах 0,02-0,6, а наиболее часто при бурении алмазным инструментом соответствует интервалу величин 0,22-0,31. При этом значения рк= 0,02-0,15 соответствуют условиям заполирования алмазов, а значения рк = 0,4-0,6 условиям интенсивного термомеханического разрушения резцов и матрицы алмазного инструмента.

В настоящее время значительный объем геологоразведочного бурения в России и странах ближнего зарубежья выполняется на оборудовании и инструментом таких ведущих мировых производителей, как компании Atlas Copco и Boart Longyear. Порекомендациями компании Atlas Copco выбор инструмента и технологии бурения производят на основании оценки абразивности, трещиноватости и твердости горных пород, которые сгруппированы и разбиты на пять категорий.

К первой группе относятся крупнозернистые, сильнотрещиноватые и сверхабразивные породы типа сланец, аргиллит и известняк. Для бурения этих горных пород рекомендуются импрегнированные коронки типа Craelius и Hobic с максимально твердыми матрицами. Вторая группа пород характеризуется как трещиноватые и абразивные породы типа песчаник, доломит, туф, кремнистый сланец. Для бурения этих пород рекомендуются коронки с менее твердыми матрицами. Третья группа пород характеризуется как среднеабразивная, типа андезит, базальт, пегматит, диабаз, габбро, диорит. Коронки, рекомендуемые компанией, имеют еще менее твердые матрицы. Четвертая группа пород - это крепкие слабоабразивные породы типа гнейс, диорит, гранит, кварцит, порфир. Пятая группа горных пород - очень крепкие и неабразивные породы (кварц, риолит, кремнистый известняк, таконит, лимонит, яшма). Для таких горных пород предлагается инструмент с наиболее мягкой матрицей.

Для изготовления импрегнированных коронок используют искусственные алмазы.

При изготовлении однослойных коронок применяют природные алмазы зернистостью 30/50 или 20/25 шт/карат. Крупные камни используют в коронках для бурения менее твердых, а мелкие - более твердых горных пород. Алмазы в однослойных коронках применяются только группы S, в которую попадают обработанные и полированные алмазы повышенного качества.

Импрегнированиая коронка компании Boart Longyear типа Alpha Stagc3

Рис. 2.27. Импрегнированиая коронка компании Boart Longyear типа Alpha Stagc3

Создаваемый буровой алмазный импрегнированный инструмент отличается не только формой торцевой части и промывочных каналов, но и высотой матриц. Например, коронки типа Craelius могут иметь матрицу высотой 6,5; 9,5; 12 и 16 мм. Коронки типа Hobic

6,5, 8 и 10 мм. У коронок компании Boart Longyear типа Alpha высота матрицы может быть 9,5; 12 и даже более 25 мм. Последняя из коронок имеет маркировку Alpha Stage3 (рис. 2.27). Уникальность этой коронки в наличии трех рабочих «этажей», располагаемых по вертикали, при этом каждый из них оснащен тремя промывочными каналами. На первом этапе у коронки работают все три «этажа» матрицы, пропуская жидкость. При этом нижние окна обеспечивают проход жидкости для удаления шлама с забоя скважины. По мере срабатывания матрицы площадь, а затем и число каналов, уменьшаются, а на заключительном этапе, когда в работе находится только последний «этаж» матрицы, работают только три оставшиеся промывочных канала.

Сравнительные испытания коронок типа Alpha Stage3 и Alpha Extended Crown с высотой матрицы 12 мм показали (по данным фирмы производителя),

что интервал бурения первыми коронками в очень твердых породах составил 126-130 м, вторых 40-41 м. При бурении пород средней твердости соотношение длины проходки этими коронками составило соответственно 400-500/140-150 м.

Низкая (6,5, 8,0 мм) и стандартная (9,5 мм) высота матрицы используется для коронок, срок службы которых не влияет на количество операций спуска и подъема и в том случае, если ожидается значительный износ коронки по диаметру. Для снарядов со съемным керноприемником обычно

Геометрия торца импрегнированных алмазных коронок Alpha Bit компании Boart Longyear типа Express с дополнительными каналами на торце (а) и стандартного типа (б)

Рис. 2.28.Геометрия торца импрегнированных алмазных коронок Alpha Bit компании Boart Longyear типа Express с дополнительными каналами на торце (а) и стандартного типа (б)

рекомендуются коронки, с «очень высокой» (12 мм) и «супер» (16 и 25 мм) матрицами.

Для импрегнирован-

основным W-профиль, за счет свободных разрушения

типа Alpha

ных коронок

является

эффективный

образования

поверхностей

горной породы.

Коронки

(рис. 2.28) выпускаются значительным числом модификаций и оснащены алмазами в оболочке из хрома (см. рис. 2.22), что повышает прочность

соединения их с матрицей и эксплуатационные показатели инструмента.

При управлении процессом бурения для каждого типа коронки компаниями Atlas Copco и Boart Longyear рекомендуется рациональная частота вращения, выбор которой определяется по рекомендуемой линейной скорости в пределах 2-5 м/с, и усилие подачи, которое должно обеспечить определенную скорость проходки. Критерием оптимального управления алмазного бурения является значение показателя RPI «число оборотов на сантиметр подачи».

Таблица 2.6

Типоразмер

коронки

Расход

промывочной

жидкости,

л/мин

Частота

вращения,

мин"1

Скорость бурения (см/мин) при RPI, об/см

Осевая

нагрузка,

даН

80

100

1700

22

17

BQ - 59,6 мм

23-30

1000

13

10

900-2300

700

9

7

1350

17

14

NQ - 75,3 мм

30-38

800

10

8

1400-2700

1000

13

10

HQ - 96,1 мм

38-45

600

8

6

1800-3600

PQ- 122,6

800

10

8

ММ

68-87

600

6

5

2300-4500

Например, при частоте вращения 1200 мин'1 и скорости проходки 6 дюймов (15 см) показатель RPI составит: 1200/15 = 80. Управление процессом бурения осуществляют, ориентируясь на RPI = 80-100, но считаются допустимыми и более высокие скорости проходки, для которых RPI = 60-50. В данном случае критерием выбора параметров режима бурения и скорости углубления скважины является износостойкость инструмента.

В табл. 2.6 приведены рекомендуемые параметры режима бурения импрегнированными коронками компании Boart Longyear.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>