Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы извле­ кается.

Алмазную коронку следует заменить в случае: а) механического повреждения коронки;

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

в) сильного оголения алмазов; г) износа коронки по диаметру.

Изцосившиеся алмазные коронки отправляют на завод, где мат­ рицу растворяют в соответствующих кислотах и отбирают алмазы, которые можно вторично использовать в коронках.

При бурении алмазными коронками скорость вращения часто принимается в пределах 250—1000 об/мин. Осевая нагрузка при­ нимается из расчета от 40 до 100 кгс на 1 см2 рабочего торца коронки в зависимости от насыщенности торца алмазной коронки алмазами.

За рубежом в зависимости от буримости горных пород применяют однослойные или импрегнированные буровые коронки.

Важной особенностью алмазной коронки является весьма малый зазор между поверхностью матрицы и породой забоя сква­ жины. Величина этого зазора зависит от величины выступа алмазов из матрицы, которая для однослойных коронок составляет от 0,32 мм (при 10 алмазах на карат) до 0,16 мм (при 100 алмазах на карат). Величина зазора в процессе бурения всегда меньше величины выступа алмазов вследствие их проникновения в породу.

В этих условиях особое значение для производительности буре­ ния имеет быстрота очистки забоя от бурового шлама, и этот фактор в породах невысокой твердости даже превалирует над фактором собственно разрушения породы.

Однослойные коронки должны применяться в породах более или менее однородных, монолитных или слаботрещиноватых, легко раз­ буриваемых алмазами, — глинистых сланцах, известняках, мерге­ лях, мраморах, доломитах, кристаллических изверженных и мета­ морфических породах (сиениты, габбро, базальты, порфирита, гра­ ниты, гнейсы, пегматиты и др.).

Импрегнированные коронки применяют в породах, которые трудноразбуриваются алмазами, обусловливая низкую механи­ ческую скорость и большой расход алмазов. К таким породам отно­ сятся: конгломераты, валунно-галечные отложения, твердые дробле­ ные породы в зонах смятия, монолитные железистые кварциты, яшмы, тактониты, джеспилиты и другие весьма твердые породы.

Для производительного бурения однослойные коронки должны иметь следующие конструктивные особенности:

а) матрица — литая или изготовленная методами порошковой металлургии, твердость (в зависимости от степени абразивности шлама) HRC 10—15, 15—25, 25—35, 35—45 и 45—55. Чем порода абразивней, тем тверже матрица;

б) величина алмазов выбирается в зависимости от твердости породы

•ее физического состояния (трещиноватости, выветрелости, зернисто­ сти), а также глубины и диаметра скважины. Чем тверже порода, тем мельче должны быть алмазы. Для бурения глубоких скважин обычно применяются более крупные алмазы;

в) величина выступа алмазов из матрицы должна быть макси­ мальной — до 25% их диаметра. Для бурения трещиноватых раз­ ностей крепких пород рекомендуются коронки с меньшим выступом алмазов из матрицы — до 10% их диаметра;

г) размещение алмазов в рядах сгущенное, с расчетом почти полного перекрытия всей ширины торца каждым рядом алмазов. Размещение рядов алмазов, наоборот, разреженное, для обеспечения свободного и быстрого выноса промывочной жидкостью выбуренных частиц;

д) сорт алмазов выбирается в зависимости от абразивности шлама данной породы, т. е. ее способности изнашивать алмазы. Для бурения более твердых пород применяются алмазы лучшего сорта (округлен­ ные, блестящие октаэдры и додекаэдры, без трещин, пятен и вклю­ чений). В менее твердых породах применение округленных высоко­ сортных или овализованных алмазов нецелесообразно: несмотря на больший срок службы коронок, они обходятся дороже, а скорость бурения ими ниже;

е) промывочная система коронок должна обеспечивать быстрый вынос всего шлама с забоя. В мягких породах этот фактор определяет величину механической скорости бурения. Число промывочных канавок для коронок разных диаметров изменяется от 4 (для коронки

в сложных условиях число промывочных канавок устанавливается опытным путем;

ж) профиль режущей части коронки выбирается в зависимости от конкретных условий. Для пород с низким выходом керна (мягкие породы и породы с перемежаемостью твердых и мягких прослоев) рекомендуются коронки с профилем торца в форме купола или полу­ купола; для хрупких, слабосвязанных и размываемых пород—коронки ступенчатого профиля с выводом промывочных каналов на режущую поверхность верхней ступени торца. При бурении глубоких скважин применяется «закругленный» профиль торца, причем радиус закруг­ ления должен бытьравен примерно половине толщины стенки коронки.

Импрегнированные коронки первоначально предназначались для бурения в очень крепких ожелезненных трещиноватых породах и в слабосвязанных конгломератах, в которых однослойные коронки очень быстро выходили из строя. В последнее время импрегнирован­ ные коронки применяют в любых породах, если абразивные свой­ ства их достаточны для истирания матрицы. Импрегнированные коронки успешно применяются в кристаллических сланцах, амфибо­ литах, сиенитовых порфирах и других породах высокой крепости.

Износ матрицы импрегнированной коронки в процессе бурения должен несколько опережать износ алмазов, чтобы по мере их сраба-

тывания своевременно обнажались новые зерна алмазов. Основная задача подбораимпрегнированнойкоронкисводится к выбору матрицы такой износостойкости, чтобы степень износа алмазов и матрицы была равномерной. В более твердых породах алмазы изнашиваются быстрее. Но, с другой стороны, шлам твердых пород малоабразивен, количество его мало и поэтому абразивное действие шлама на матрицу

Производительность импрегнированной коронки зависит не только от твердости и износостойкости матрицы, но и от величины зерен алмазной крошки, причем коронки с более мелкими зернами лучше работают в более твердых породах.

Преимущества импрегнированных коронок заключаются в сле­ дующем:

1) сокращается потребление дефицитных сортовых алмазов за счет использования дробленых низкосортных алмазов, непригодных для армирования однослойных коронок, а также отработанных алмазов, извлеченных из однослойных коронок и негодных для даль­ нейшей переставки в однослойные коронки;

2)потеря алмазов в импрегнированных коронках вследствие скалывания меньше, чем у однослойных коронок, они лучше про­ тивостоят ударным нагрузкам и менее чувствительны к некоторым нарушениям правил эксплуатации коронок;

3)благодаря более малым осевым нагрузкам, при которых ведется бурение импрегнированными коронками, скважины искривляются менее, а буровое оборудование изнашивается в меньшей степени;

4)промышленное производство импрегнированных коронок менее

трудоемко, поскольку отпадает расстановка алмазов по определенной схеме. Коронки при бурении используются до конца, и поэтому исключается работа по переставке алмазов.

Недостатками импрегнированных коронок являются: а) меха­ ническая скорость бурения, по сравнению с однослойными, меньше; б) коронки часто теряют диаметр, и их приходится преждевременно заменять; в) подбор нужной матрицы иногда затрудняется из-за разнообразия свойств буримых пород.

Производительность алмазного бурения при правильно выбран­ ной коронке зависит от режима бурения: осевой нагрузки на коронку, скорости ее вращения и режима промывки. Это положение, общее для вращательного бурения, приобретает при алмазном бурении особое значение вследствие резкой реакции мелкоалмазной коронки на нарушение правильного соотношения между указанными режим­ ными параметрами.

На процесс алмазного бурения сказывается влияние многочислен­ ных переменных факторов, и поэтому вопрос о режимах бурения должен рассматриваться раздельно по группам пород со сходными физико-механическими свойствами. В общем случае при алмазном бурении рекомендуется применять высокие скорости вращения, при­

2)скорость вращения — 400—1200 об/мин;

3)расход промывочной жидкости — 40—60 л/мин.

При таком режиме в породах IX, X и частично XI категорий достигнуто:

1)механическая скорость бурения — 1,5—2,5 м/ч;

2)проходка на коронку от 10 до 45 м;

3)расход алмазов — 0,8—1,5 карат/м.

Дальнейшее повышение твердости синтетических алмазов и повы­ шение износостойкости коронок позволит значительно расширить область применения сверхтвердых синтетических материалов в бу­ рении.

§ 4. ДРОБОВОЕ Б У Р Е Н И Е

Дробовое бурение применяется в породах VII—XII категорий. Обычно дробовым бурением проходят вертикальные и круто­ наклонные скважины (под углом до 70°). Неглубокие скважины

бурятся дробью и под более пологими углами.

Наклонные скважины, буримые дробью, искривляются в сторону выполаживания. Буровой снаряд состоит (рис. 92, а) из стальной дробовой коронки 1, колонковой трубы 2, тройного переходника 3, шламовой трубы 4 и колонны бурильных труб 5.

Вверхней части дробовая коронка имеет конусную внутреннюю расточку и наружную резьбу под колонковую трубу.

Внижней части дробовой коронки делается прорез, предназна­ ченный для питания забоя скважины дробью. Через прорез посту­

пает под торец коронки дробь и проходит значительная часть про­ мывочной жидкости. Прорез делается с наклонными параллельными дугообразными стенками (под углом 70°). Ширина прореза берется равной 1/5—1/6 длины средней окружности коронки, высота h равна 130—160 мм.

Наиболее часто применяются дробовые коронки диаметром 91, 110, 130 и 150 мм с толщиной стенки 10 см. Исследования показали,

Дробовые коронки изготовляются из стали марок Ст. 40Х и ЗОХГС, из трубных заготовок или путем штамповки из целого материала (рис. 92, б).

Буровая дробь бывает двух видов: 1) чугунная литая дробь;

2)стальная дробь-сечка.

Буровая чугунная дробь отливается из серого или легирован­

ного чугуна.

Размеры дроби по диаметру 2,5; 3; 3,5 и 4 мм. Наиболее употре­ бительна чугунная дробь диаметром 3—3,5 мм.

в породах IX —XI категорий.

Для изготовления дроби-сечки может быть применена стальная проволока марок Ст.60, Ст.70, Ст.У7, У8 и ОВС.