Урок 8. Технология алмазного бурения

План:

· Условия применения и преимущества алмазного бурения.

· Параметры режима бурения алмазными коронками.

· Классификация алмазных коронок.

· УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРИМУЩЕСТВА АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ

Бурение алмазным инструментом производится в самых разнообразных по происхождению и составу твердых горных породах VII—XII категорий по буримости, а в последнее время и в породах средней твердости V—VI категорий по буримости.

К преимуществам алмазного бурения по сравнению с дру­гими способами (в основном дробовым) относятся: 1) повы­шение скорости бурения в 1, 5—3 раза и снижение аварийно­сти; 2) снижение стоимости буровых работ (средняя экономия при алмазном бурении составляет от 5 до 20 руб. на 1 м сква­жины); 3) снижение расхода дефицитной трубной продукции (колонковых, обсадных и бурильных труб) в 2—3 раза; 4) по­всеместное повышение качества буровых работ, выход керна в среднем увеличивается на 10—25 %, а при бурении с ССК и КССК керн поднимается практически полностью; 5) снижение интенсивности искривления, несмотря на малые диаметры сква­жин, в 3—4 раза (в среднем при алмазном бурении интенсив­ность искривления составляет 1, 3—2° на 100 м, а при дробо­вом— 4—8°); 6) уменьшение объема грузоперевозок за счет со­кращения массы бурового оборудования и инструмента, что очень важно при бурении в труднодоступных и стесненных ус­ловиях; 7) возможность бурения скважин под любым углом к горизонту.

· ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА БУРЕНИЯ АЛМАЗНЫМИ КОРОНКАМИ

Параметрами режима алмазного бурения, как и твердо­сплавного, являются: осевая нагрузка на коронку, частота вра­щения снаряда и расход промывочной жидкости. Необходимо устанавливать и поддерживать наивыгоднейшее сочетание этих параметров (оптимальный или рациональный режим), обеспе­чивающее максимальную механическую скорость бурения и длину рейса при минимальном расходе алмазов на 1 м углубки.

Осевая нагрузка должна обеспечивать объемное разрушение породы.Механическая скорость бурения в постоянных условиях возрастаетпропорционально увеличению осевой нагрузки толькодо определенного предела. При небольших осевых нагрузках разрушение носит поверхностный характер, при кото­ромодновременно интенсивно изнашиваются алмазы и порода забоя, механическая скорость бурения небольшая, алмазы сильноизнашиваются и заполировываются.

С увеличением осевой нагрузки процесс разрушения приоб­ретает объемный характер, механическая скорость бурения воз­растает и достигает предельной величины.

Осевую нагрузку на коронку (в кН) можно определить по формуле

P = PoS

Р₀ — осевая нагрузка на 1 см² алмазсодержащей площади торца коронки, S — алмазсодержащая площадь торца коронки.

Частота вращения коронки — главный параметр для повы­шения скорости алмазного бурения.

Практически во всех породах механическая скорость буре­ния увеличивается пропорционально частоте вращения коронки.

В твердых монолитных плотных и слаботрещиноватых поро­дах частоту вращения увеличивают. При переходе в трещинова­тые, неоднородные и абразивные породы частоту вращения не­обходимо ограничивать, так как возникают ударные нагрузки и алмазы скалываются, повышаются их абразивный износ и об­щий расход.

С увеличением глубины скважины резко возрастают расходы мощности на вращение бурильной колонны. В связи с этим ча­стота вращения коронки ограничивается.

Расход промывочной жидкости должен быть таким, чтобы обеспечить быструю очистку забоя от шлама и эффективно ох­лаждать алмазы. Обычно увеличение расхода жидкости способ­ствует повышению механической скорости бурения. Однако из-за малых зазоров между керном, коронкой и стенками сква­жины резко возрастают давления и пульсация промывочной жидкости. При этом коронка может отрываться от забоя и при последующем ударе о забой будет повреждаться. Чрезмерная промывка приводит к эрозии матрицы и коронки, размыву керна. Но недостаточный расход промывочной жидкости может вызвать серьезные осложнения: 1) зашламование коронки даже при невысоких осевых нагрузках, что влечет за собой снижение механической скорости бурения и повышенный расход алмазов; 2) переизмельчение шлама на забое, требующее дополнительного расхода мощности, увеличение крутящего момента и рас­хода алмазов; 3) самозаклинивание керна и износ подрезных алмазов, снижение скорости бурения до нуля; 4) перегрев мат­рицы и прижог коронки.