Разрушение струей воды
В настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию гидравлического бурения горных пород в глубоких скважинах. Исследования показывают, что струя воды, истекающая из сопла диаметром 0,5-1,1 мм под давлением 700-1000 атм способна разрушать очень крепкие породы.
Разрушение крепких пород струей воды высокого давления является перспективным методом, однако для его реализации нужно решить ряд вопросов, в частности, сохранение оптимального расстояния между насадками и породой в процессе резания, создания промышленного оборудования, позволяющего получать высокие давления и пр.
Взрывной метод
Этот метод заключается в том, что на забое скважины, в которой циркулирует промывочная жидкость, с некоторой частотой взрывают небольшие по сравнению с диаметром скважины ампулы с взрывчатым веществом.
Последовательным действием многократных взрывов породы разрушаются с образованием ствола скважины. Благодаря многократному воздействию первоначально возникшие трещины растут и образуются новые, что приводит к отделению кусков породы от массива.
При аналогичных условиях взрывным методом можно получить скорость бурения в 4 раза больше, чем при турбинном бурении.
Взрывное бурение является одним из перспективных методов для бурения скважин на больших глубинах.
Электрогидравлическое разрушение
В данном способе используется электрический разряд в жидкости , в результате чего давление в среде резко увеличивается (гидравлический удар).
Термическое разрушение горных пород
Термическое бурение неглубоких скважин, предназначенных для взрывных работ заключается в следующем.
Горящая смесь керосина, этилового спирта или дизельного топлива с кислородом создает в огнеструйной горелке пламя с температурой 2400-32000. Скорость истечения раскаленных газов составляет 1800-2000 м/сек, благодаря чему обеспечиваются огромная скорость передачи тепла нагреваемой поверхности породы и большие температурные напряжения в горной породе приводят к ее разрушению. Этот метод перспективный для бурения в крепких породах для неглубоких скважин.
Термотехническое разрушение
Для повышения эффективности разрушения твердых пород предложены комбинированные тепловые и механические методы воздействия. При этом нагрев горных пород служит только для уменьшения их прочности, а окончательное отделение пород от массива производится механическим способом.
Электрофизические методы разрушения
Высокочастотный метод. Работы по разрушению и ослаблению горных пород при высокочастотном нагреве в СССР начаты в 1949 году. Известно, что электрический пробой твердых диэлектриков часто сопровождается их механическим разрушением. Большинство горных пород является плохо проводящими электрический ток материалами. Поэтому возникла идея использовать хорошо известное явление теплового и теплоэлектрического пробоя диэлектриков для разрушения горных пород.
Разрушение горных пород в быстропеременном
электромагнитном поле
Физическая основа разрушения горных пород токами высокой частоты - это высокочастотный нагрев с возникновением разрушающих температурных напряжений. Высокочастотный нагрев диэлектриков (к которым относятся большинство горных пород) обычно производится в электрическом поле под обкладками конденсатора. Этот принцип и заложен в конструкцию такого бурового инструмента.
Лекция №12
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
Буровые долота классифицируются по двум признакам - по назначению и по характеру воздействия на породу.
По назначению долота подразделяются на три класса:
долота для сплошного бурения;
долота для колонкового бурения;
долота для специальных целей (пикообразные, зарезные, расширители, фрезеры и др.).
Для сплошного бурения наша промышленность выпускает шарошечные, алмазные, фрезерные и лопастные долота с различной системой промывки.
В зависимости от геологических условий бурение с отбором керна производится бурильными головками - шарошечными, алмазными, фрезерными и лопастными.
Долота для специальных целей вам уже известны из практических занятий, поэтому на этом классе инструмента останавливаться не будем.
По характеру воздействия на горную породу буровые долота делятся на четыре класса:
дробящие;
дробяще-скалывающие;
истирающе-режущие;
режуще-скалывающие.
К первому классу относятся долота и бурильные головки дробящего действия двух-, трех- и четырехшарошечные с одно- и многоконусными шарошками, расположенными без смещения относительно оси долота (рис.47), т. е. ось симметрии шарошки проходит центр симметрии долота. В этом случае разрушение породы происходит за счет ударов зубцов шарошек о забой.
|
Рис.47 |
Рис.48 |
Ко второму классу относятся долота и бурильные головки дробяще-скалывающего действия двух-, трех- и четырехшарошечные (многошарошечные) с двух-, трехконусными и сферическими шарошками, расположенными со смещением относительно оси симметрии долота(рис.48), где к -величина смещения (в пределах до 5 мм).
При вращении такого долота со смещенными шарошками, вооружение этих шарошек будет наносить удары о забой, вызывая эффект дробления горной породы, и проскальзывать по забою, вызывая эффект скалывания. Такие долота эффективны при бурении пластичных пород.
К третьему классу относятся долота и бурильные головки режуще-истирающего типа. К этому классу относятся алмазные и фрезерные долота и бурильные головки.
К четвертому классу относятся все лопастные буровые долота и головки.
Наиболее раннее развитие из всех этих известных долот получили долота режущего типа. Поэтому рассмотрение теоретических вопросов разрушения горных пород различными видами долот начнем с лопастных долот, которые относятся к классу долот режуще-скалывающего действия.