ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 189
Скачиваний: 0
ТЕХНОЛОГИЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ
§ 1. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ
При вращательном бурении внедрение резцов в породу произ водится под воздействием осевого усилия. Под действием вращаю щих усилий разрушение породы распространяется по всему забою. Непрерывное и одновременное действие осевых и крутящих усилий приводит к разрушению породы забоя спиральными слоями.
Скорость бурения зависит в первую очередь от глубины внедре ния резцов коронки в породу забоя и от скорости ее вращения.
Глубина внедрения резцов в породу забоя зависит: а) от механической прочности породы;
б) от геометрической формы резцов и от рационального располо жения их по рабочему торцу коронки;
в) от твердости и износостойкости резцов; г) от осевого усилия, передаваемого на каждый резец; д) от скорости вращения коронки.
При бурении не только разрушается порода, но и изнашиваются резцы, что приводит к снижению скорости бурения. Скорость износа резцов зависит прежде всего от соотношения между твердостью
резцов и |
разрушаемой |
горной |
породы, |
а |
также |
от |
ее абра |
|||
зивности, |
вязкости, трещиноватости |
и |
т. |
п. Потеря |
резцами |
|||||
первоначальной |
формы |
зависит |
также |
|
от |
расположения |
резцов |
|||
по торцу коронки, от их геометрии, |
а также |
от режима бу |
||||||||
рения. |
|
весьма |
твердых |
пород |
необходимо |
или |
вставлять |
|||
При бурении |
||||||||||
в коронку особо |
твердые и износоустойчивые резцы-алмазы, или |
||
применять такой |
способ бурения, |
при котором можно было бы, |
|
не поднимая коронки, в процессе |
бурения непрерывно |
заменять |
|
быстроизнашивающие истирающие |
материалы новыми, |
как при |
|
дробовом бурении. |
|
|
|
Рассмотрим работу заточенного резца (рис. 79). Пусть резец с лезвием в виде одностороннего клина под влиянием осевой на грузки С0 внедряется в породу. Необходи мым условием этого внедрения должно быть
Со PmFO’ |
(78) |
Рис. 79. Схема работы единичного резца.
где F0 — опорная поверхность лезвия резца находящегося в контакте с породой, в мм2; р ш— твердость породы на вдавливание штам па в кгс/мм2.
У заточенного, незатупившегося резца опорная поверхность мала, поэтому будет объемное разрушение породы. Глубина вне дрения в породу незатупившегося резца может быть выражена формулой
hn |
гА |
(79) |
|
bpШ t g ß |
|||
|
|
где Со — |
осевая нагрузка |
на резец в кгс; |
b — длина лезвия резца |
в мм; ß |
— угол заточки |
лезвия резца; |
р ш— твердость породы |
на вдавливание в кгс/мм2; ц — коэффициент, учитывающий влия ние сиуі трения.
Рис. 80. Ступенчатый кольцевой |
Рис. 81. |
Самозатачивающиеся резцы. |
||
забой. |
а — тонкопластинчатый |
твердосплавный резец: |
||
|
1 •— тонкая |
пластинка |
твердого сплава, |
2 — |
|
стальной Зуб, ослабленный отверстиями 3; б |
— ре |
||
зец из зерненого твердого сплава.
Если бы резцы коронки не затуплялись, то бурение происходило бы с постоянной скоростью
v0 = h0mn, |
(80) |
где т — число резцов в коронке (или рядов мелких резцов, пере крывающих торец коронки); п — число оборотов в 1 мин.
Вследствие затупления резцов проходка будет постепенно замед ляться и тем скорее, чем быстрее затупляются резцы. Особенно быстро затупляются резцы при бурении абразивных пород на боль ших скоростях вращения и низких нагрузках на резец.
Коронку следует так армировать, чтобы работа разрушения производилась одновременно и в равной степени всеми резцами коронки при равномерном изнашивании коронки. Периферийные грани резцов производят работу не только по разрушению забоя, но и по отделению частиц породы от стенок скважины и керна, в связи с чем они изнашиваются более интенсивно. Поэтому необ ходимо усиливать именно периферийные части коронки. Для уве личения износоустойчивости целесообразно располагать торцовые резцы коронки таким образом, чтобы забой имел ступенчатую форму (рис. 80). В этом случае работа верхнего ряда резцов будет про исходить при наличии второй обнаженной плоскости, что облегчает разрушение породы.
Для износоустойчивости коронок важно, чтобы резцы были прочно закреплены в торце коронки. Давление на породу должно быть больше твердости породы. Поэтому чем крепче порода, тем меньшей опорной поверхностью, большей твердостью и износо устойчивостью должны обладать резцы. Боковые стенки коронки
(наружные и внутренние) должны быть |
хорошо защищены |
подрез |
|||
ными резцами. |
|
|
алмазными, дро |
||
В крепких породах бурение осуществляется |
|||||
бовыми и |
самозатачивающимися |
твердосплавными |
коронками. Для |
||
того чтобы обеспечить самозатачивание коронки, |
к тупым |
зубьям |
|||
из мягкой |
стали припаивают |
тонкие |
лезвия |
твердого |
сплава |
(рис. 81, а). В процессе бурения мягкая сталь изнашивается быстрее твердого сплава, поэтому тонкое лезвие все время несколько высту пает из зубца. Для усиления этого эффекта в зубце просверливают отверстия.
Для бурения в абразивных породах могут быть применены коронки, зубья (резцы) которых армированы зернами твердого литого сплава, сцементированными относительно мягким цементом (рис. 81, б). Такие коронки могут работать как самозатачивающиеся в крепких абразивных породах при относительно малой подаче промывочной жидкости при больших скоростях вращения и осевой нагрузке.
В табл. 24 приведены сравнительные данные расхода различных истирающих материалов на 1 м бурения по породам типа базальта.
Т а б л и ц а 24
Расход истирающихся материалов на 1 м бурения по базальтам
Истирающие материалы |
Алма- |
Твердые |
Дробь |
|||
|
|
|||||
зы |
сплавы |
сечка |
чугунная |
|||
|
|
|
|
|
||
Расход |
истирающих материа |
0,1 |
3 - 4 |
2 500 |
12 000 |
|
лов, |
г на 1 м ....................... |
|||||
Относительный |
....................... |
1 |
30-40 |
25 000 |
120 000 |
|
Из табл. 24 видно, что дроби чугунной истирается в 120 000 раз, а твердых сплавов в 40 раз больше, чем алмазов. Бурение чугунной дробью в крепких породах возможно только потому, что под торец коронки непрерывно подается дробь. Бурение твердыми сплавами в крепких породах можно осуществлять в том случае, если коронки будут самозатачивающимися.
Рассмотренный процесс работы коронки в действительности протекает значительно сложнее. Коронка прижимается к забою упругой, вибрирующей колонной бурильных труб, поэтому она вибрирует, ослабляя или усиливая нажим на забой; пульсация насоса также усиливает вибрацию бурильной колонны и коронки.
При вращательном бурении в крепких и абразивных породах твердосплавные резцы быстро затупляются. Поэтому в крепких и абразивных породах чаще применяют алмазные коронки или дро бовое бурение.
Твердосплавными коронками тоже можно успешно разрушать крепкие породы, если применить ударно-вращательный способ бурения.
При ударно-вращательном бурении вращение коронки произво дится с небольшой окружной скоростью при относительно небольшой осевой нагрузке. При этом забойный ударник наносит по коронке большое количество ударов.
При ударно-вращательном бурении разрушение породы происхо дит как за счет энергии ударов, так и за счет статических сил осевого и окружного усилий.
Динамическая твердость хрупких пород ниже статической, поэтому при ударах происходит более эффективное разрушение породы. В то же время работа трения при ударно-вращательном бурении играет меньшую роль, ибо статическое усилие (усилие подачи) и окружные скорости относительно невелики, поэтому затупление резцов при ударно-вращательном бурении происходит медленнее, чем при вращательном.
§ 2. БУРЕНИЕ КОРОНКАМИ, АРМИРОВАННЫМИ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ РЕЗЦАМИ
Около 65% всего объема разведочного колонкового бурения осуществляется коронками, армированными твердосплавными рез цами. Все породы, относимые к I—VII категориям по буримости, бурятся твердосплавными коронками. Бескварцевые изверженные породы VIII и IX категорий тоже могут буриться твердыми сплавами (коронками малых диаметров).
Для колонкового бурения применяются вольфрамо-кобальтовые металлокерамические сплавы типа ВК, основой которых является карбид вольфрама WC.
Характеристика металло-керамических сплавов, применяемых в бурении, приведена в табл. 25.
Из табл. 25 видно, что твердые сплавы с индексом В обладают повышенной прочностью на изгиб.
