Технология бурения алмазными коронками

Условия работы алмазного породоразрушающего инструмента. Алмазный инструмент имеет довольно сложную конструкцию с большим количеством резцов малого размера, выпуск которых из тела матрицы составляет небольшую величину от десятых до сотых долей миллиметра. Этим обусловливаются определенные закономерности его работы, в частности, масштабы и характер разрушения пород, величина углубки скважины за один оборот и в конечном счете механическая скорость бурения.

Масштабы разрушения породы невелики, а глубина внед­рения алмазных зерен — резцов — изменяется в пределах от 0,25—0,4 до 0,6 от величины их выпуска из тела — матрицы. При взаимодействии с породой в процессе работы породоразрушающий инструмент нагревается до 1000°С и более. При этом в матрице создаются температурные напряжения, приводящие к ее разрушению. В случае работы в режиме "сухого" трения температура матрицы быстро увеличивается до 600—700°С, что влечет за собой рост мощности, затрачиваемой на вращение инструмента, измеряемой ваттметром. Этот факт может служить критерием возможного прижога инструмента в случае недостаточной интенсивности его охлаждения. При работе в режиме "мокрого" трения температура на торце матрицы не превышает 200°С, что не опасно для алмазов.

При бурении в нормальных условиях буровой снаряд состоит из алмазной коронки, расширителя, кернорвателя, колонковой трубы, переходника и бурильных труб. Тип коронки выбирают в соответствии с характером разбуриваемых пород. Большое значение при выборе алмазного инструмента имеют абразивность и трещиноватость пород.

Бурильные трубы для бурения алмазными коронками должны быть хорошо сбалансированными в колонне и иметь ниппельные соединения. Диаметр труб должен быть близким к диаметру скважины. Кривизна колонковой трубы не должна превышать 1 мм на 1 м ее длины. Все элементы снаряда не должны иметь дефектов, а соединения должны быть герметичными. В практике успешно применяют более толстостенные и жесткие трубы диаметром 50 мм.

Режим бурения характеризуется усилием подачи (осевой нагрузкой), частотой вращения и эффективностью удаления буровой мелочи или шлама.

Осевая нагрузка на алмазную коронку определяет глубину внедрения и количество участвующих в разрушении породы резцов, а также интенсивность износа рабочих элементов коронки. Механическая скорость бурения с увеличением осевой нагрузки в породах средней и выше средней твердости растет почти линейно, но с разной интенсивностью для разных пород и условий бурения. Осевая нагрузка имеет критические значения, зависящие от свойств пород и прочности алмазных резцов. При очень высокой осевой нагрузке ухудшается очистка забоя от шлама, увеличивается расход алмазов и мощность, затрачиваемая на бурение, а в конечном счете уменьшаются механическая скорость бурения и углубка на коронку.

Частота вращения коронки – не менее важный параметр режима бурения, так как от его величины зависит не только механическая скорость бурения, но и в значительной степени износостойкость коронок и расходов алмазов. При бурении в нормальных условиях по достаточно монолитным малоабразивным породам и при отсутствии вибраций повышение частоты вращения коронки до 800—1000 об/мин приводит к росту механической скорости бурения при несущественном увеличе­нии расхода алмазов. Окружная скорость алмазных коронок находится в пределах 0,8—3,5 м/с. Скважины глубиной до 100 м бурят обычно при повышенной частоте вращения — до 1700—2 000 об/мин, а глубиной от 100 до 700 м — с частотой вращения до 800 об/мин. Наиболее распространенная частота вращения коронок находится в пределах 200—800 об/мин.

Удаление продуктов разрушения может осуществляться промывочной жидкостью или воздухом. При небольшом зазором между коронкой, поверхностью забоя и стенками скважины шлам некоторых пород спрессовываться в плотную массу, что влечет преждевременный выход из строя алмазных зерен (резцов). Поэтому промывочная жидкость должна быть хорошо подвижной, обладать высокой теплопроводностью и теплоемкостью, и способностью гасить вибрации. На эффективность работы коронки существенно влияют состав промывочной жидкости и концентрация добавляемых веществ при ее обработке. Наиболее распространенная промывочная жидкость — техни­ческая вода. Однако его применение приводит к повышенному износу матрицы, коронки и алмазных резцов, а также к снижению на 10—15 % механической скорости бурения.

При использовании эмульсииповышаются на 25—77% износостойкость коронок и в 1,2—2 раза углубка на коронку за рейс, снижается вероятность отрицательного действия вибраций при работе бурового снаряда с частотой вращения 1000 об/мин и более. Интенсивности промывки колеблется в пределах от 5 до 60 л/мин. Чем выше осевая нагрузка, тем больше должна быть интенсивность промывки

ЛЕКЦИЯ 7