1 Вопрос

По целевому назначению скважины делятся на геологоразведочные, эксплуатационные и технические.

1. Геологоразведочные скважины бурятся с целью изучения геологического строения земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Геологоразведочные скважины разделяются на поисковые, разведочные, картировочные, структурные, параметрические, опорные.

2. Эксплуатационные скважины бурятся с целью добычи полезных ископаемых и использования глубинного тепла Земли. Эксплуатация жидких и газообразных полезных ископаемых в большинстве случаев производится с помощью буровых скважин. Технология добычи некоторых твердых полезных ископаемых (сера, медь, карналлиты и др.) связана с бурением геотехнологических скважин.

3. Технические скважины бурятся для различных инженерных целей.

2 Вопрос

Усталостное разрушение породы занимает промежуточное место между обьемным и поверхностным разрушением и возникает в породе при условиях, аналогичных поверхностному разрушению за счет многократного силового воздействия инструмента в породе развивается система трещин, поэтому твердость ее снижается и периодически на забое возникают условия для обьемного разрушения.

При бурении лопастными и фрезерными долотами не происходит усталостное разрушение горных пород. Такие породы в основном разрушаются путем внедрения лезвии при пластической деформации породы под влиянием осевой нагрузки. Максимальные значения скорости изнашивания стали соответствуют переходной области от обьемного разрушения поверхностным, то есть области усталости разрушения породы. Это подтверждает существование определенной взаимосвязи между скоростью изнашивания стали и характером разрушения горных пород.

Для получения более эффективного объемного вида разрушения, когда от материнской породы откалываются частицы при каждом воздействии на нее рабочих элементов долота, необходимо, чтобы величина контактного давления достигла величины твердости породы и чтобы продолжительность контакта зуба с породой была достаточной для полного протекания процесса разрушения породы. При несоблюдении хотя бы одного из этих условий откалывания частиц происходит только после многократного воздействия зубьев(в результате усталостного разрушения породы) и чем меньше контактное давление , тем больше требуется воздействий зубьев.

При циклическом нагружении твердые тела разрушаются при нагрузке, значительно меньшей разрушающей, определенной при однократном деформировании. Такое явление называется усталостью материала твердого тела. Экспериментально установ­лено, что образцы материала меньших размеров, при прочих рав­ных условиях, обладают большей удельной прочностью, чем образцы больших размеров. Это явление называется масштаб­ным фактором. Заметное увеличение прочности наблюдается, когда размер образцов меньше 0,1—0,5 мм.

Развитие усталостных явлений при многократных воздействиях инструмента на горную породу, приводит к усталостному разрушению.

3 Вопрос.

1. Материалы вооружения породоразрушающих инструментов. Твердый сплав является одним из самых распространенных материа­лов для вооружения и армирования рабочих элементов поро­доразрушающих инструментов. Ос­новными компонентами твердого сплава являются карбид вольфрама (WC) и кобальт (Со). В табл. 6.2 приведены неко­торые показатели механических свойств карбида вольфрама и кобальта.

Из табл.6.2 видно, что компоненты твердого сплава имеют существенно разные механические свойства. Соответственно при изменении содержания компонентов в сплаве меняются и его свойства. Например, для изготовления зубков исполь­зуются твердые сплавы ВК4В, ВК8ВК и ВК11ВК и др. В шиф­ре первые две буквы означают вольфрамо-кобальтовый, циф­ры — содержание кобальта в %, последние буквы отражают особенности сплава: В — повышенная вязкость, К — повы­шенная стойкость при ударных нагрузках.

Алмаз — минерал, полиморфная модификация углерода. Кристаллы алмаза представляют собой октаэдры, ромбододекаэдры и др. Размеры кристаллов от микроскопи­ческих до весьма крупных, массой до 3000 карат (1 карат — 0,2 г). Кристаллическая структура атомная, отличается плот­ной упаковкой и равномерным распределением связей в про­странстве. Это обуславливает высокую плотность (3500 кг/м³), твердость и жесткость алмаза. Микротвердость алмаза в 10 раз выше, чем кварца, и в 6 раз выше, чем твердого спла­ва. Модуль Юнга алмаза 88-10⁴ МПа, т.е. в два раза выше, чем у твердого сплава, и в четыре раза выше, чем у стали. Алмазы имеют уникально высокие теплофизические свойства: тепло­проводность алмаза в 2,3 раза, а теплоемкость в три раза вы­ше, чем у твердого сплава. Благодаря этим свойствам алмазы имеют исключительно высокую износостойкость при трении скольжения.

Наряду с достоинствами алмаз имеет и недостатки: он весьма хрупок (имеет совершенную спайность по октаэдру), при температуре 1850 °С в вакууме алмаз превращается в графит, на воздухе уже при температуре около 600 °С быстро окисляется, а при более высокой температуре сгорает с обра­зованием углекислого газа.

Для бурения используют только мелкие технические алмазы.

Сверхтвердый композиционный материал «Славутич» включает в качестве основных частей карбид вольфрама и синтетические алмазы в виде зе­рен размером от 0,2 до 1 мм и изготавливается методами по­рошковой металлургии. Алмазные зерна равномерно распре­делены в объеме материала. Содержание алмазных зерен в композиции и их фракционный состав меняются в зависимо­сти от назначения. Элементы вооружения готовятся в виде зубков со стальным корпусом и рабочей головкой из мате­риала «Славутич».