- •Глава I понятие о сважине и ее конструкции
- •1.1 Понятие о скважине
- •1.2 Понятие о конструкции скважины
- •1.3 Выбор конструкции скважины
- •1.4 Способы бурения
- •1.6 Выбор способа бурения
- •Глава 2. Технологический инструмент
- •2.1 Общие сведения о твердосплавном бурении
- •2.2. Типы компоновок бурильной колонны для твердосплавного бурения
- •2.3. Выбор бурильной колонны
- •2.4. Способы повышения надежности и стойкости бурильной колонны
- •2. 5. Эксплуатация бурильной колонны
- •Глава 3. Забойный снаряд твердосплавного бурения
- •3.1. Одинарный колонковый снаряд с прямой циркуляцией промывочной жидкости
- •3. 2. Одинарный эжекторный снаряд с обратной циркуляцией
- •3. 3. Забойный снаряд безнасосного бурения
- •3.4. Эрлифтные снаряды
- •3. 5. Двойные колонковые снаряды (дкс)
- •3. 6. Буровой снаряд для бурения с гидротранспортом керна
- •3.7. Выбор буровых снарядов твердосплавного бурения
- •Глава 4. Аварии с буровым снарядом.
- •4.1. Способы предупреждения аврий, связанных с отказом технологического инструмента.
- •4.2. Способы предупреждения прихватов
- •4.3. Ликвидация аварий
- •4.4. Схема ликвидации (обрывов) технологического инструмента
- •4.5. Ликвидация прихватов.
- •4.6. Схема ликвидации обрыва с прихватом забойного снаряда
- •Глава 5. Геолого-технические условия бурения
- •5.1. Технологические процессы. Прочность минералов .
- •5.2. Прочностные свойства горных пород
- •5.3. Деформационные свойства горных пород
- •Глава 6. Породоразрушающий инструмент
- •6.1. Твердые сплавы
- •6.2. Геометрические параметры коронок
- •6.3. Износ резцов
- •6.4. Твердосплавные коронки
- •Глава 7. Технология твердосплавного бурения
- •7.1. Технологические режимы бурения
- •7.2. Разработка технологии твердосплавного бурения
- •7.3. Технология бурения снарядами с гидротранспортом керна
- •7.4. Регулирование параметров режимов бурения
- •7.5. Отработка коронок и долот
- •7.6. Оптимальные режимы твердосплавного бурения
- •7.7. Критерий оптимальности
- •7.8. Поиск оптимальных параметрова режимов бурения
- •7.9. Оптимальная длина рейса
- •Глава 8 алмазное бурение
- •8.1. Одинарный колонковый
- •8.2. Породоразрушающий инструмент
- •8.3 Двойной колонковый снаряд алмазного бурения
- •8.4 Снаряды со съемными керноприемниками
- •8.5. Выбор буровых снарядов алмазного бурения
- •Глава 9. Технология алмазного бурения
- •9.1. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами
- •9.2. Технология бурения трещиноватых пород одинарными колонковыми снарядами
- •9.3. Технология бурения дкс
- •9.4. Технология бурения сск
- •9.5. Технология бурения алмазными долотами
- •9. 6. Отработка алмазных коронок
- •Глава 10 технология бурения установками atlas copco
- •10.1 Выбор конструкции скважины
- •10.2 Способы бурения
- •10.3 Буровые снаряды atlas copco
- •11. Технология бурения
- •11.1 Выбор очистных агентов
- •Выбор породоразрушающих инструментов и технологических режимов бурения.
- •Импрегнированные коронки.
- •Однослойные алмазные коронки.
- •Технология пневмоударного бурения с пневмотранспортом шлама (методом «обратная циркуляция») Буровые снаряды.
- •Параметры технологических режимов бурения.
- •Глава 12 технология бурения установками Boart Longyear lf 90
- •12.1 Промывочные жидкости
- •12.2 Выбор алмазных коронок
- •12.3 Параметры режимов бурения
- •Глава 13. Бескерновое бурение шарошечными долотами
- •13.1. Буровой снаряд. Буровые долота
- •13.2. Технология бурения
- •14.1. Бурение скважин с продувкой сжатым воздухом
- •14.2. Бурение скважин с применением газожидкостных смесей
- •Раздел IV ударно-вращательное бурение
- •Глава 15. Высокочастотное гидроударное бурение
- •15.1. Буровой снаряд
- •15.2. Технология бурения
- •Глава 16. Среднечастотное гидроударное бурение
- •16.1. Буровой снаряд
- •16.2. Технология бурения
- •16.3. Отработка коронок
- •17.1. Оборудование. Буровой снаряд.
- •17.2. Технология бурения
- •17.3 Технология бурения с пневмотранспортом выбуренной породы
- •1 7.4Технология бурения пневмоударниками с пневмотранспортом керна с очисткой забоя пеной
- •17.5. От работка коронок
- •Глава 18 бурение горизонтальных и восстающих скважин из подземных горных выработок
- •18. 1. Оборудование. Буровой снаряд.
- •18.2. Технология бурения.
- •Раздел V
- •Глава 19. Бурение мягких рыхлых горных пород
- •19.1. Осложнения при бурении.
- •19.2 Выбор способа бурения.
- •19.3. Технология бурения снарядами бескернового бурения.
- •19.4. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами
- •19.5. Безнасосное бурение.
- •Глава 20. Бурение глинистых пород
- •20. 1. Глины и глиносодержащие горные породы
- •20. 2. Осложнения при бурении глинистых пород.
- •20.3. Мероприятия по встрече неустойчивых глинисмтых пород.
- •20.4. Технолдогия бурения глинистых пород
- •20.5. Технологические режимы бурения
- •Глава 21. Бурение микротрещиноватых глинистых пород
- •21.1. Микротрещиноватые горные породы. Осложнения
- •21.2. Технология твердых микротрещиноватых глинистых пород
- •21.3.Особенности перебуривания микротрещиноватых порд.
- •Глава 22. Особенности бурения соленосных отложений и полезных ископаемых
- •22.1.Соленосные горные породы. Осложнения
- •22.2. Технология бурения
- •22.3.Особенности бурения мягких полезных ископаемых
- •Глава 23. Бурение мерзлых пород
- •23.1.Мерзлые горные породы. Осложнения
- •23.2. Технология бурения
- •23.3. Оборудование устья скважин
- •24.1. Виды осложнений
- •24.2. Выбор конструкции скважины и способа бурения
- •24.3. Экономическая оценка выбора прогрессивных способов бурения
- •24.4. Очсистные агенты
- •24.5 Выбор специальной прмывочной жидкости
- •Раздел v1
- •26.1. Медленновращательное бурение
- •26.2. Медленновращательное бурение скважин большого диаметра. Винтобурение
- •Глава 27. Шнековое бурение
- •27.1. Оборудование. Буровой снаряд
- •27.2.Технология бурения
- •27.3 Опробование горных пород
- •Глава 28.Вибрационное бурение
- •28.1. Оборудование. Буровой снаряд
- •28.2 Выбор бурового снаряда и технологических режимов бурения
- •Глава 29. Ударно-канатное колонковое бурение бурение скважин методом задавливания
- •29.1 Оборудование. Буровой снаряд
- •29.2 Технология ударно-канатного бурения
- •29.3. Бурение скважин методом задавливания бурового снаряда
- •Глава 30. Ударно-канатное бескерновое бурение
- •30.1 Оборудование. Буровой снаряд
- •30.2 Технология ударно-канатного бескернового бурения
- •30.3 Определение естественного объема проб
- •30.4 Технология комбинированного ударно-канатного и
- •Библиографический список
- •Содержание
Глава 6. Породоразрушающий инструмент
Основной задачей технолога является повышение производительности бурения и качества опробования. Большое влияние на выполнение этих задач оказывает выбор породоразрушающего инструмента в соответствии со свойствами горных пород. Для этого требуется тщательный анализ протекающих при бурении процессов и параметров породоразрушающего инструмента.
6.1. Твердые сплавы
Прочность твердого сплава зависит от прочности химических связей составляющих элементов. Наиболее прочными связями обладают поливалентные элементы второго периода, способные создавать двойные и тройные ионно-ковалентные связи: бориды, карбиды, нитриды, оксиды.
Карбиды (соединения углерода) широко применяют для получения твердых сплавов. Сама природа создала одно из таких соединений углерода - алмаз, самый твердый минерал. Применяющиеся в настоящее время истирающие материалы представлены в основном карбидами металлов (вольфрама, титана и др.). Резцы для твердосплавных коронок обычно получают из карбида вольфрама; для связки его зерен используют кобальт, который одновременно с этим повышает вязкость твердого сплава. Для приготовления резцов твердосплавных коронок вращательного бурения обычно используют твердые сплавы марок ВК-8 и ВК-6 (вольфрамокобальтовые сплавы с содержанием кобальта 8 и 6%). Чем больше кобальта, тем меньше твердость сплава, но больше его вязкость.
Вольфрамокобальтовые твердые сплавы по твердости значительно уступают алмазам, они быстрее изнашиваются и выходят из строя. Для повышения ресурса коронок ряд институтов в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве ведут поиск более твердых сплавов.
Наиболее прочные соединения - соединения поливалентных элементов с малыми атомными радиусами (В, С, N):
ВС - 775 кДж/моль; BN - 830 кДж/моль; СС - 837 кДж/моль;
CN - 891 кДж/моль; NN - 946 кДж/моль.
Следовательно, энергия связи атомов зависит от их валентности (заряда). Соединения NN и CN - газы, остальные соединения BN, ВС имеют менее прочные связи, чем алмаз, но близки по прочности.
Наиболее близок по прочности к алмазу сплав нитрида бора. Как и алмаз, он имеет две модификации. Разработан он в институте физики твердых тел АН СССР в 1960 г. В Санкт-Петербурге он выпускается под названием эльбор (с микротвердостью ~ 7000 кг/мм), в Киеве - под названием кубанит (с микротвердостью 9250 кг/мм). Получают его в результате взаимодействия ВС13 с NH3:
ВС13 + NH3 = BN + 3HC1
при давлении 70000 кг/см2 и температуре 1500+1800° С.
Из оксидов и фторидов показывают высокую твердость ТhО2 (энергия связи 866 КДж/моль), ТаО (энергия связи 811±42 КДж/моль), ZrO (753±42 КДж/моль), TiF2 (811±42 КДж/моль) и др.
Ведутся дальнейшие поиски сверхтвердых материалов.
6.2. Геометрические параметры коронок
К геометрическим параметрам коронок относят линейные параметры резцов: 1 - форма и высота резца; 2 - ширина и толщина резца ( в * t); угловые параметры резцов: 1 - передний угол- e; 2 - задний угол а; 3 - угол наклона- β, угол поворота -δ и параметры коронок: 1 - выход резца на боковую поверхность и торец-h; 2 - расположение резцов по торцу-n; 3 - количество резцов- m.
Для твердосплавных коронок применяют обычно резцы пластинчатой (Г41), призматической (Г51, Г62) и восьмигранной формы (Г53) с плоской формой лезвия.
Технические и экспериментальные исследования показывают, что наиболее высокой механической скоростью и прочностью обладают резцы с клиновидным лезвием, но износ клиновидных лезвий происходит быстрее, и поэтому такой резец работает эффективно только в начальный момент бурения.
Выход резцов за торцовую поверхность короночного кольца может иметь существенное значение при бурении мягких пород, а также при бурении средней твердости пород, так как при малом его выходе перед резцом образуется спрессованная масса породы, которая снижает эффективность бурения. Но большой выход резца снижает его прочность, поэтому выход резцов у коронок ограничивается 1,5 - 4,0 мм. Для предупреждения образования спрессованной массы породы следует обнажать переднюю, грань резцов (как это делается у коронок типа СА).
Сечение резца (ширина в и толщина t) сказывается на его прочности. Чем больше сечение, тем выше прочность резцов. Но увеличение ширины резцов ведет к увеличению сопротивления горной породы. При малой глубине резания и истирании горных пород, как это имеет место при бурении горных пород средней твердости, рост сил сопротивления породы прямо пропорционален ширине резца. Расчет показывает, что энергетически выгодным является сочетание узких (врубовых) и широких (отбойных) резцов. В существующих коронках для бурения более прочных пород применяют резцы с малой шириной. Резцы малого сечения при бурении имеют малую площадь контакта с породой, поэтому являются более производительными, чем резцы большого сечения. Такие резцы применяют в коронках типа СА.
Передний угол резцов также оказывает влияние на эффективность резания. С увеличением переднего угла растет механическая скорость бурения, но значительно снижается прочность резцов. Поэтому для бурения монолитных горных пород резцы устанавливают вертикально. Для бурения слоистых и трещиноватых пород выпускаются коронки с отрицательными передними резцами. Такие резцы более прочны и не заклиниваются в трещинах.
Величина заднего угла на глубину внедрения не влияет, но для снижения трения задней грани о забой он должен быть больше нуля.
Угол поворота резца относительно своей оси увеличивает прочность резцов. Такой поворот резцов рекомендуется использовать совместно с их наклоном в коронках, предназначенных для бурения трещиноватых и слоистых пород.
Выход резцов за боковую поверхность короночного кольца повышают производительность бурения и выход керна. Малый зазор между колонковой трубой и керном, между колонковой грубой и стенками скважины ведет к увеличению сопротивления циркуляции промывочной жидкости (особенно вязкой), к ухудшению очистки забоя от шлама, снижению производительности бурения. Повышение давления в колонковой трубе приводит к увеличению самозаклинивания керна, поэтому выход резцов за боковую поверхность должен быть не менее 1 мм. При бурении набухающих пород зазор между колонковой трубой и керном, колонковой трубой и стенками скважин увеличивают за счет приваривания специальных ребер с резцами.
Анализ экспериментальных исследований показывает, что с увеличением числа резцов при одинаковых параметрах режимов бурения и объемном разрушении механическая скорость бурения обратно пропорциональна корню квадратному из числа рез-
, м/с (5.1)
где m - число резцов.
При истирании скорость бурения от количества резцов зависит.
При использовании нового бурового снаряда, когда можно создавать повышенные осевые нагрузки, применяют коронки с большим количеством резцов, при изношенном снаряде - коронки с уменьшенным количеством резцом.
При конструировании новых коронок резцы по торцу необходимо распределить так, чтобы коронка давала максимальную производительность бурения, работала бы длительное время и позволяла бы получать качественный керн.
Исследования показывают, что значительного эффекта можно добиться при ступенчатом расположении резцов. Поэтому многие коронки типа СМ имеют ступенчатое двух- и трехрядное расположение резцов. Наибольшему износу подвергаются резцы наружного и внутреннего ряда с целью уменьшения износа по наружному и внутреннему ряду дополнительно устанавливают так называемые подрезные резцы. У коронок типа СМ подрезнырезцы устанавливают в промывочных окнах, поэтому периферийные ряды основных резцов быстро овализуются. Это недостаток коронок.
На основании теоретических и экспериментальных исследований установлена следующая зависимость механической скорости бурения при резании от свойств породы и геометрических параметров коронки:
, м/с, (6,2)
где Сос - осевая нагрузка, 1 - константа.