книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

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

(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

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.

Характеристика металлокерамических сплавов

Для колонкового бурения наиболее подходят сплавы ВК6В и ВК8В.

Для армирования буровых коронок выпускаются резцы различ­ ных конфигураций.

В короночное кольцо закрепляют объемные (торцовые) и под­ резные резцы. Они припаиваются латунью. Основные резцы должны

чтобы они выступали за наружную и внутреннюю поверхности на 0,5—1,0 мм, а над торцом — на 1,5—2,5 мм. Для бурения мягких пород резцы должны выступать за боковые поверхности на 3—6 мм и возвышаться над торцом на 5—6 мм.

Выпуск резцов над торцом короночного кольца может быть оди­ наковым или ступенчатым. В зависимости от расположения резцов над торцом коронки забой скважины приобретает плоскую или много­ ступенчатую форму. Ступенчатая форма забоя обеспечивает более эффективное разрушение породы (см. рис. 80).

Относительно оси вращения коронки расположение резцов в торце короночного кольца может быть вертикальным (рис. 82, а), наклонным

в сторону вращения коронки с положительным передним углом у (рис. 82,6) и наклонным — против направления вращения (отрица­ тельным передним углом у — рис. 82, в). При положительных углах резания наблюдается повышение скорости бурения в мягких поро­ дах, а при отрицательных — в твердых породах.

Рекомендуется применять резцы: а) с углом заострения 50° — для бурения нетрещиноватых пород I—-IV категорий; б) с углом за­ острения 65° — для бурения пород V—VIII категорий.

Резцы самозатачивающихся коронок не имеют начальных углов заострения.

Для бурения мягких пород применяются ребристые коронки типа М, изготовляемые согласно ГОСТ 10502—69.

Эти твердосплавные коронки изготовляются трех типов:

Ml — для бурения мягких однородных пород I — III категорий; М2 — для бурения мягких пород II—IV категорий с прослоями

твердых пород;

М5 — для бурения однородных пород II—IV категорий. Ступенчатая ребристая коронка М2 изображена на рис. 83, а. Размеры коронок типа М следующие:

Для бурения пород средней буримости от V до IX категорий при­ меняются различные твердосплавные коронки, изготовляемые со­ гласно ГОСТ 11108-70:

СМ3 — для бурения преимущественно малоабразивных монолит­ ных горных пород IV—VI категорий по буримости (типа аргиллитов, алевролитов, глинистых и филлитовых сланцев, доломитов, гипсов, известняков и т. п.);

СМ4 — для бурения преимущественно малоабразивных монолит­ ных и перемежающихся горных пород V—VI и частично VII катего­ рий по буримости (типа алевролитов, аргиллитов, глинистых и пес­ чаных сланцев, известняков, слабых песчаников, базальтов, дунитов и т. п.) (рис. 83, б);

СМ5 — для бурения преимущественно малоабразивных монолит­ ных и слаботрещиноватых горных пород V—VI категорий по бури­ мости (типа доломитов, известняков, глинистых и песчаных сланцев, серпентинитов и т. п.);

СМ6 — для бурения преимущественно малоабразивных монолит­ ных и трещиноватых горных пород VI—VII категорий по буримости (типа доломитов, известняков, серпентинитов, перидотитов и т. п.); СТ2 — для бурения малоабразивных трещиноватых и перемежа­ ющихся горных пород IV—VI категорий по буримости (типа известня­ ков, доломитов частично окремненных, сланцев с твердыми включе­

ниями и т. п.); СА1 — для бурения преимущественно абразивных плотных тонко-

и мелкозернистых монолитных горных пород VI—VIII категорий

to° ю

б

Гип СД2

S — сложный комбинированный резец.

по буримости (типа песчаников, песчаных сланцев, грубых алевро­

габбро, пироксенитов, порфиритов, диоритов, дацитов, диопсидомагнетитовых и гранатовых скарнов и т. п.).