Разрушение горных пород при ударном способе бурения

Рис. 2.45. Общий вид долота для ударного

бурения

Ударный способ разрушения горных пород относится к наиболее древним. В настоящее время этот способ реализуется при проведении геологоразведочных работ как ударно-канатный и ударно-забивной способы бурения. Ударно-канатный способ бурения чаще всего применяют при разведочных работах на россыпных месторождениях, а ударно-забивной - при бурении всухую рыхлых и мягких пород с

целью получения качественной пробы.

Различают также ударно-штанговое бурение, которое вместе с ударноканатным относится к ударно-поворотному способу бурения.

Породоразрушающие инструменты, применяемые при ударно-канатном бурении, имеют клиновидную форму рабочей торцевой поверхности (рис. 2.45, а, б, в). Основными элементами таких долот являются лезвие 1, щеки 2, корпус

3 и резьбовая головка 4 для присоединения к буровому снаряду.

Лезвие долота имеет следующие параметры:

• - угол приострения а;
• - длину, которая определяет диаметр скважины;
• - форму, которая может быть плоской (рис. 2.45, а), вогнутой (рис. 2.45, 6) или

Рис. 2.46. Схема внедрения дугообразной (рис. 2.45, в).

бурового инструмента в породу: у _долот может быть различным и

1 - зона дробления; 2 - зона

^у ₀ ’ количество лезвии: у плоских долот одно

разрушения; 3 - зона

трещинообразования; 4 - зона ^лезвие> крестовых - два пересекающихся _скола лезвия, двутавровых - одно основное и два

у_м, м/ч

Категории горных пород по буримости для вращательного бурения

Рис. 2.47. Ориентировочные значения механической скорости бурения (у_м) различными типами буровых инструментов: 1 - твердосплавный резцовый;

• 2 - алмазный резцовый; 3 - алмазный однослойный;
• 4 - алмазный импрсгнированный; 5 - вращательноударный способ бурения твердосплавным и алмазным инструментами; 6 - шарошечные долота;
• 7 - вращательно-ударный способ бурения шарошечными долотами; 8 - ударно-вращательное бурение пневмоударниками при различных значениях давления

подаваемого воздуха

дополнительных по краям и др.

Усилия, разрушающие породу при ударном бурении, носят динамический характер, а разрушение происходит за счет дробления, смятия и скалывания породы.

При внедрении лезвия долота в твердую хрупкую породу под его торцом порода дробится, а разрушенная порода вытесняется из под торца долота. Разрушение породы определяется влиянием рада факторов, таких как сила удара Рд, количеством ударов ш, наносимых по забою, величиной угла поворота долота после каждого удара.

Внедрение бурового

инструмента в породу сопровождается образованием четырех зон разрушения породы (рис. 2.46). Величина и соотношение этих зон зависит от свойств пород, определяющих их способность разрушаться под действием ударного импульса, формы лезвий долота и их числа, величины ударного импульса и др.

На рис. 2.47 приведены ориентировочные значения механической скорости бурения различными типами буровых инструментов в зависимости от категории горных пород по буримости.

Наиболее производительным из механических способов бурения скважин в твердых породах является процесс бурения забойными пневмоударниками при высоком значении давления подаваемого воздуха. Вращательное и вращательно-ударное бурение алмазным инструментом твердых пород значительно уступают по производительности пневмоударному бурению.

В то же время следует учитывать, что выбор способа бурения, типоразмера бурового инструмента определяется, прежде всего, решаемой бурением задачей, которая определена геологическим заданием на бурение скважины. С учетом этого обстоятельства альтернативы вращательному бурению твердосплавными резцовыми и алмазными коронкам различного типа в настоящее время в геологоразведочном производстве нет.

> Контрольные вопросы и задания к гл. 2

• 1. Назовите основные физико-механические свойства горных пород, определяющие их буримость.
• 2. Методика определения категорий буримости горных пород по ОСТ 41-89-74.
• 3. Дайте определение твердости горных пород. Какова методика определения твердости горных пород?
• 4. Дайте определение абразивности горных пород. Какова методика определения абразивности горных пород?
• 5. Дайте определение энергоемкости разрушения горных пород при бурении.
• 6. Назовите основные параметры процесса бурения, влияющие на механическую скорость.
• 7. Назовите основные режимы разрушения горной породы в зависимости от величины удельного контактного давления на породу.
• 8. В чём существо поверхностного и усталостного разрушения при бурении?
• 9. В чём существо объемного разрушения горной породы при бурении?
• 10. Как зависит механическая скорость бурения от осевого усилия и частоты вращения бурового инструмента?
• 11. Назовите основные параметры буровых инструментов с резцами из твердого сплава.
• 12. Назовите основные параметры, определяющие механическую скорость бурения буровыми инструментами с резцами из твердого сплава.
• 13. В чём конструктивные особенности буровых инструментов с резцами из композиционных поликристалличсских алмазов (РОС)?
• 14. Каковы существуют виды алмазного бурового инструмента?
• 15. Каковы конструктивные особенности и назначение однослойного алмазного бурового инструмента?
• 16. Каковы конструктивные особенности и назначение импрегнированного алмазного бурового инструмента?
• 17. В чём существо явления заполирования алмазного бурового инструмента и каковы методы устранения данного осложнения?
• 18. Каково назначение алмазного бурового инструмента с различной твердостью матриц?
• 19. Каковы основные положения механики разрушения горной породы алмазными буровыми инструментами?
• 20. Каков механизм углубления скважины при бурении алмазными буровыми инструментами?
• 21. Каковы основные параметры режима бурения алмазными буровыми инструментами? Назовите в чём существо управления параметрами режима бурения по показателю ЯР1.
• 22. Назовите основные конструкции буровых инструментов для бурения сплошным забоем.
• 23. Каковы основные положения механизма разрушения горных пород шарошечными долотами?
• 24. Дайте характеристику вращательно-ударному способу бурения.
• 25. Дайте характеристику ударно-вращательному способу бурения.
• 26. В чём существо технологии бурения с опробованием по шламу (технология

ЯС)?

• 27. Каков механизм и назначение вибрационного бурения горных пород?
• 28. Каков механизм и назначение ударно-канатного и ударно-забивного способов бурения?