13.4 Бурение дробью
Применяется в породах VII – XII категорий буримости (кварциты,
джеспилиты, роговики, сланцы окварцованные и окремненные и т.п.). Буровая дробь применяется литая чугунная и стальная - сечка (диаметр 2-4 мм). Дробовые коронки изготавливаются из трубных стальных заготовок. Длина коронок 450-500 мм. Дробовая коронка работает на забое без подъема из скважины до износа заправленной части на 70-80 % по высоте бокового выреза. После каждого рейса производят заправку коронки – делают вырез заново. При длине коронки менее 150 мм ее заменяют.
Отличительной особенностью дробового бурения является свободное состояние буровой дроби в скважине. Дробь не закреплена в коронке, как твердосплавные резцы, а подается на забой с поверхности через колонну бурильных труб спущенного в скважину снаряда.
а – стандартная; б – с двухъярусными вырезами
Рисунок 13.13 – Дробовая коронка
При вращении снаряда прижатая торцом коронки дробь перекатывается по забою.
Хрупкая чугунная дробь, раскалываясь под действием осевой нагрузки на отдельные частицы, истирает породу острыми кромками. При больших величинах осевой нагрузки чугунная дробь быстро переводится в шлам, что вызывает повышенный расход дроби и засорение скважины. Поэтому чугунной дробью рекомендуется бурить породы VII – VIII категорий при ограниченной осевой нагрузке.
Стальная дробь-сечка, имеющая высокую прочность, эффективна при бурении с большими осевыми нагрузками пород IX – XII категорий буримости. Благодаря малым контактным площадкам перекатываемых по забою дробинок с породой возникают большие местные напряжения, под действием которых порода раздавливается, сминается.
Промывочная жидкость выносит тяжелый дробовой и крупный породный шлам в шламовую трубу, а наиболее мелкие и легкие частицы – на поверхность. Кроме того, промывочная жидкость при бурении поддерживает запас дроби во взвешенном состоянии между стенками скважины и коронкой. Изменением расхода закачиваемой в скважину жидкости регулирует поступление этой дроби под торец коронки и включение ее в работу.
Питание скважины дробью может осуществляться следующими способами: рейсовым, периодическим крупными порциями, и мелкопорционным.
Рейсовое питание заключается в том, что в скважину засыпается разовая порция дроби, достаточная для работы в течение всего рейса. Вес рейсовой порции в зависимости от твердости пород и диаметра скважины принимается для чугунной дроби из расчета 0,7÷1,6 кг, а для стальной дроби-сечки 0,15÷0,30 кг на 1 см диаметра коронки.
Периодическое питание крупными порциями дроби заключается в
том, что перед началом бурения через колонну бурильных труб засыпают порцию дроби, необходимую для 2,5÷3,0 ч, чистого бурения, а затем периодически, через каждые 1,5 ч производят дополнительную засыпку.
Мелкопорционное питание заключается в том, что в начале рейса через бурильные трубы производится первоначальная засыпка, а затем через небольшие интервалы времени подсыпают малые порции дроби.
Важнейшим параметром технологического режима при дробовом бурении является промывка скважины. Интенсивная промывка поднимает дробь над забоем выше коронки. При этом нарушается поступление дроби под торец коронки, а также возникает опасность обрезания тонкостенной колонковой трубы. Недостаточная промывка приводит к засорению скважины шламом и снижению механической скорости бурения.
Количество закачиваемой в скважину промывочной жидкости при дробовом бурении устанавливают соответственно диаметру скважины, размеру дроби и выреза коронки.
Расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле:
Q = q0·D, л/мин (13.6)
где D – диаметр коронки в см;
q0 – удельный расход жидкости на каждый см диаметра коронки в л/мин.
В начале рейса принимается q0 = 3,5 ÷ 4,5 л/мин, в конце рейса
q0 = 2÷2,5 л/мин.
Промывается скважина, как правило, водой и лишь в редких случаях глинистым раствором.
Осевая нагрузка на коронку при дробовом бурении определяется из расчета удельной нагрузки на 1 см2 рабочей площади торца коронки с учетом качества дроби
,
(13.7)
где D и d – наружный и внутренний диаметры коронки в см;
q – удельная нагрузка в кГ/см2; φ – коэффициент, учитывающий уменьшение площади торца дробовой коронки за счет прореза (φ = 0,80÷0,85).
При современном состоянии бурового инструмента величина удельной нагрузки принимается равной для чугунной дроби 20-25 кГ/см2, для стальной дроби-сечки 35÷50 кГ/см2.
При бурении стальной дробью пород, перемежающихся по крепости, целесообразно удельное давление снижать до 20-25 кГ/см2, так как при больших нагрузках дробь легко задавливается в мягкие породы и углубление скважины прекращается.
В связи с большими нагрузками на снаряд при дробовом бурении (в особенности стальной дробью-сечкой) рекомендуется применять толстостенные колонковые трубы, а осевое давление на забой создавать включенными в снаряд утяжеленными бурильными трубами.
Увеличение скорости вращения коронки до определенного предела сопровождается увеличением механической скорости дробового бурения.
Однако большая скорость вращения снаряда вызывает его вибрацию, приводящую к разрушению керна и обрыву бурильных труб. Поэтому скорость вращения снаряда выбирается с учетом глубины скважины, прочности бурильной колонны и диаметра коронки.