Вопрос-4 (Буровые твердосплавные коронки, их типы и основы выбора)

Бурение коронками с твердосплавными резцами применяется в мягких и средней крепости скальных породах от 1 до V11, частично V111 категорий по буримости, причем область применения твердосплавных коронок сужается за счет применения для бурения в породах V11 – 1Х категорий резцов из СТМ.

Для бурения мягких пород применяются коронки типа «М», имеющие крупные резцы – зубки выступающие на значительную величину как по торцу, так и по наружному диаметру. Выпускаются коронки М-6 с пластинчатыми резцами, ранее выпускалась коронка М-5 с трубчатыми восьмигранными резцами более производительная, но и более дорогая. Для бурения в скальных породах (1V – V111 категории по буримости) применяются три группы твердосплавных коронок: - СМ – для пород средней крепости, монолитных, СТ – для пород средней крепости – трещиноватых, СА для пород средней крепости – абразивных.

В отличие от коронок типа «М», коронки, предназначенные для бурения скальных породах (C..), разрушают породу на забое по принципу ступенчатого забоя. При этом передовые резцы либо выступающие больше других из торца, либо смещенные к краям кольцевого забоя, проделывают канавки на забое, что легче, так как меньше площадь разрушения и порода на забое не зажата со стороны боковых стенок скважины. Следующие резцы срезают (скалывают) оставшуюся часть забоя, что также легче, поскольку оставшаяся часть породы имеет дополнительную свободную поверхность и легче скалывается. Наиболее наглядно этот принцип виден на примере коронки типа

СМ-4, рис.34

Рис. 34

Все твердосплавные резцы имеют относительно острую режущую часть, В зависимости

от того, как происходит износ режущей части резцов, коронки делятся на незатачиваемые, затачиваемые после каждого рейса и самозатачивающиеся.

Коронки с незатачиваемыми резцами (СМ-4, СМ-5, СМ-6, СМ-9), предназначенные для бурения малоабразивных, монолитных и перемежающихся породах , и коронки для бурения в таких же, трещиноватых породах (СТ-2, СТ-4) имеют резцы квадратного сечения с постоянным углом заточки. В процессе бурения режущая кромка резцов постепенно стирается, площадь контакта возрастает и соответственно снижается скорость бурения.

Большинство типов твердосплавных коронок предназначены для бурения в определенных условиях (монолитные слабоабразивные, - трещиноватые, - абразивные), но есть и универсальные коронки, которые объединяют в себе особенности всех приведенных видов твердосплавных коронок – острые резцы (СМ), - защита от ударов в трещиноватых породах (СТ). – самозатачивание в абразивных породах (СА). К таким универсальным коронкам можно отнести коронку СА-4 и, условно (за счет перезаточек), коронку КТ-1.

Выбор рационального типа твердосплавной коронки для каждых конкретных пород и их состояния приведен в табл. .1.1

Таблица №

	Тип коронки	Категория пород	Характеристика пород.
1	М-5, М-6	1 - V	Мягкие и слабые скальные.
2	СМ-4, СМ-9м	V – V1	Средние монолитные, неабразивные, не трещиноватые.
3	СМ-5	V1 – V11	Теже, но более крепкие.
4	СМ-6	V1 – V11	Теже, но еще и слабоабразивные.
5	СТ-2, СТ- 4	V1 – V11	Средние неабразивные, трещиноватые.
6	Са-3, СА-5, СА-6,СА-7	V1 – V11	Средние монолитные или слабо трещиноватые, Абразивные.
7	СА-4	V1 – V111	И монолитные, и трещиноватые, и абразивные.
8	КТ-1	V - V111	И монолитные, и трещиноватые, и абразивные.

Вопрос-5 (Выбор рациональных параметров режима твердосплавного бурения, характер износа резцов тведосплавных коронок)

Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, в данном случае на коронку, обеспечивает внедрение резца в поверхность породы на забое, если выполняется условие:

Сос ≥[σ]пр· Sк· m где: [σ]пр – предел прочности буримой породы, Sк – площадь сечения резца на уровне внедрения в породу, m – число резцов.

Если это условие выполнено, резец внедряется в породу забоя и глубина внедрения резца будет прямо пропорциональна величине Сос.

Глубина внедрения одного резца – глубина резанья, может быть определена по выражению:

hр = Кр ·Кпр ·Сос/m

Где: угол приострения – Кр

угол внутреннего трения – Кпр

m – число резцов

Учитывая, что при бурении каждый резец внедряется на величину hр, то за один оборот все резцы срежут слой породы равный сумме глубин резанья отдельных резцов т. е.

∑hр = hp· m = hоб – эта величина называется «углубка за оборот – hоб.».

hоб = Кр · Кпр · Сос.

Поскольку Vм = hоб · n , Vм = Кр · Кпр · Сос · n . Т.е. механическая скорость бурения прямо пропорциональна осевой нагрузке и частоте вращения. Очевидно, что эта пропорциональность не бесконечна, при значительном увеличении и осевой нагрузки и частоты вращения на забое возникают негативные явления, приводящие сначала к снижению интенсивности прироста скорости бурения, а далее к ее снижению или плавному, или резкому. Что касается осевой нагрузки при бурения коронками с твердосплавными резцами имеет место уже приводимая «классическая»

функциональная зависимость, рис

Vм. 1

Сос.

1. Частота вращения бурения коронами с твердосплавными резцами.

В приведенной формуле функциональной зависимости скорости бурения от параметров режима бурения Vм = Кп · Кр · Сос · n, при условии hоб = Const, скорость бурения прямо пропорциональна частоте вращения буровой коронки. Однако эта зависимость, как и зависимость осевой нагрузки, имеет вполне определенный предел (рис.38 а).

n

. а. Рис. 38 б.

При бурения в мягких породах верхний предел увеличения скорости бурения с ростом частоты вращения резцов зависит от возможности потока очистного агента выносить частицы разрушенной породы. Т.е. при высоких оборотах коронки происходит «зашламование» забоя и снижение скорости бурения. Для бурения в таких породах рекомендуется окружная скорость

Vокр. = 2,0 – 2,5 м/сек. ( 300 – 750 об/мин.).

В скальных трещиноватых породах, где за счет ударов при прохождении через трещины могут скалываться твердосплавные резцы рекомендуется снижать частоту вращения на 30 – 50% по сравнению с рекомендованными. Также рекомендуется снижать частоту вращения при бурении в сильноабразивных породах, где чем вывшее скорость движения резцов, тем интенсивнее идет истирание режущей кромки резца.

Расход очистного агента при твердосплавном бурении.

При твердосплавном бурении в качестве очистного агента чаше всего используется жидкость, но не исключено использование воздуха, пены и аэрированной жидкости. При использования жидкости, ее расход рекомендуется выбирать исходя из предлагаемого удельного расхода жидкости необходимого для очистки забоя, приходящегося на 1 см. диаметра скважины q. По опытным данным дл твердосплавного бурения рекомендуется q = 5 – 10 л/мин/ 1 см., где большие значения для мягких пород, меньшие для скальных пород, тем меньше, чем тверже порода.

В скважинах большого диаметра достаточность расхода проверяется по условию выноса разрушенной породы из скважины по скорости восходящего потока. Для твердосплавного бурения рекомендуется Vв.п. = 0,4 – 0,6 м/сек.