Применение резцов коронок при выполнении буровых работ

 

Этот специализированный инструмент применяется для вертикального бурения в породах различной твердости. Его правильное использование позволяет ускорить выполнение рабочих операций с одновременным уменьшением сопутствующих затрат.

 

Выбор параметров бурения

 

 

Подробные описания рабочих процессов и соответствующее математическо−физическое моделирование с применением специальных формул можно найти в справочном пособии Сулакшина С.С. «Бурение геолого−разведочных скважин» и в других тематических материалах. Мы рассмотрим основные положения и расчеты, которые помогут улучшить контрольные параметры бурения с учетом имеющихся знаний в соответствующей сфере деятельности.

 

Процесс работы инструмента описывается следующим образом:

 

• твердосплавный резец внедряется в породу осевым усилием на определенную глубину;

• разрушение происходит под воздействием усилия, зависящего от величины крутящего момента привода;

• углубление выполняется последовательно по винтовой траектории со сравнительно небольшим шагом, равным толщине снимаемого слоя за один оборот.

 

Если рассматривать внедрение резца в пластичную/ упругую породу, можно сделать вывод о выталкивании большого количества разрушенного материала. Соответствующий объем увеличивается с приложением более сильного осевого воздействия. Резание пластичных пород сопровождается формированием сливной стружки. В соответствующих условиях требуется применять достаточно эффективные средства транспортировки разрушенных частиц на поверхность.

 

При бурении прочных и хрупких пород разрушенной породы меньше. Однако в этой ситуации следует учитывать периодичность рабочего цикла. Резец останавливается, упираясь в следующий целостный слой до накопления энергии, необходимой для разрушения. Этот процесс сопровождается рывками, увеличивающими эксплуатационную нагрузку на инструмент.

 

Подробное рассмотрение других типовых ситуаций позволяет более точно настроить рабочие параметры оборудования и выбрать подходящие резцы. Отметим несколько важных деталей.

 

Глубина внедрения инструмента увеличивается следующими условиями:

 

• повышением осевого усилия;

• уменьшением угла заострения и ширины резца;

• сравнительно небольшой твердостью породы.

 

При статическом вдавливании наибольшая глубина будет у резца с нулевым передним углом. Для бурения твердых пород предпочтительны аналоги с отрицательным значением этого параметра. Их применение снижает динамические нагрузки на инструмент.

 

Передний положительный угол провоцирует заглубление инструмента в породу по мере повышения сопротивления процессу разрушения. Если не уменьшить своевременно осевое усилие, увеличится вероятность его повреждения. Отрицательный передний угол обеспечивает выталкивание инструмента при достаточно высоком противодействии. Эта особенность обеспечивает автоматическое установление оптимальной глубины канавки.

 

Расчеты и практические эксперименты подтверждают, что на разрушение и преодоление сил трения затрачивается 25±5% и 70±5% энергии соответственно.

 

Скорость бурения (механическая) определяется по формуле

С = 14,75+0,92*Ч + 1,75*ОН + 3,06*КР – 2,03*Т + ОН*ЧВ, где:

 

• Ч – частота вращения инструмента;

• ОН – осевая нагрузка;

• КР – количество установленных резцов;

• Т – твердость породы.

 

Для исключения повышенного износа рекомендуется не увеличивать скорость перемещения резца по рабочей окружности выше значения 1,5 м/с. Ее снижают при прохождении абразивных и трещиноватых пород.

 

Осевую нагрузку следует устанавливать с учетом твердости пород. Для категорий II и VIII по буримости этот параметр ограничивают значениями 0,5 и 1,2 кН соответственно.

 

Как замедлить износ резцов

 

 

Для расчета интенсивности этого негативного процесса применяются специальные формулы с учетом особенностей трех зон воздействия. Интенсивное изнашивание острых граней с формированием устойчивой площадки наиболее быстрой деформации проявляется снижением скорости бурения. Установившееся – происходит в результате истирания, измерения рабочих параметров в этой ситуации малозаметны. Усталостное – определяется чрезмерным повышением температуры и сопровождается появлением сетки трещин. В этих условиях существенно увеличивается количество разрушенного материала и уменьшается механическая скорость бурения.

 

Износ резцов коронок является неизбежным процессом, который зависит от многих факторов, таких как:

 

• свойства породы – абразивность, твердость, однородность, наличие трещин и других дефектов;

• геометрия, размер, состав и расположение резцов на корпусе коронки;

• параметры бурения – нагрузка на коронку, скорость вращения, давление раствора, частота и продолжительность промывки скважины;

• состав и свойства бурового раствора – вязкость, плотность, рН, содержание твердых частиц и других примесей;

• качество и регулярность технического обслуживания и ремонта коронок.

 

Для замедления износа инструмента необходимо соблюдать следующие рекомендации:

 

• правильно подбирать резцы в соответствии с типом и твердостью породы;

• соблюдать оптимальные параметры бурения, избегая перегрузки и перегрева;

• использовать качественный промывочный раствор;

• периодически проверять состояние разрушающих инструментов и державок, своевременно заменять изношенные или поврежденные элементы.

 

Ускоренный износ провоцирует применение вязких растворов для промывки. Они постепенно накапливают шлам и приобретают сильные абразивные свойства. Загрязненный глиной раствор уменьшает проходку в 2 раза по сравнению с применением чистой воды. Для снижения коэффициента трения до 3 раз и более по сравнению с начальным значением рекомендуется применять поверхностно−активные вещества.