Обоснование и разработка технологии алмазного бурения на основе изменения промывочной системы породоразрушающего инструмента

• Автор: Ву Ван Донг
• Шифр специальности: 25.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИЗ АЛМАЗНЫХ БУРОВЫХ КОРОНОК И ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

1.1. Классификация твердых горных пород в зависимости от особенностей их бурения

1.2 Особенности и закономерности технологии бурения твердых пород

1.3 Классификация алмазных коронок для бурения твердых горных пород

1.4 Анализ и классификация видов износа алмазных коронок при бурении скважин в твердых горных породах

1.5 Выводы по главе 1. Задачи исследований

Глава 2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методика анализа и классификации износа алмазных коронок

2.2 Методика исследований механизма заполирования и прижога

2.3 Планирование эксперимента
2.4 Определение числа опытов
2.5 Экспериментальные исследования и обработка данных
Глава 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
3.1 Теоретические расчеты и выбор конструкции алмазной коронки
3.2 Исходные предпосылки для расчета времени ликвидации заполирования алмазных коронок
3.3 Исследование и расчет времени ликвидации

заполирования и предупреждения прижога алмазных коронок
3.4 Методические рекомендации по технологии бурения твердых горных пород
3.4 Выводы по главе
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
4.1 Изготовление опытного образца алмазной
коронки
4.2 Стендовые исследования механизма удаления шлама при бурении твердых горных пород
4.3 Экспериментальные исследования процесса бурения трещиноватых пород в стендовых условиях
4.4 Экспериментальные исследования технологии алмазного бурения в твердых малоабразивных породах
4.5 Экспериментальные исследования и оценка в производственных условиях методических рекомендаций по бурению трещиноватых пород
4.6 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
По особенности бурения все твердые горные породы можно разделить на твердые трещиноватые, плотные твердые горные породы IX - X категорий по буримости и плотные малоабразивные твердые породы XI - XII категорий по буримости. Проблеме алмазного бурения геологоразведочных скважин в таких горных породах посвящено много различных работ российских и зарубежных исследователей [I, 10, 25, 28, 29, 30, 37, 38, 39, 43, 53].
В указанных работах изучались такие важные при бурении в твердых породах вопросы, как степень влияния трещиноватости горных пород на работоспособность коронок, влияние разбуриваемых пород на заполирование алмазов, характерные виды износа алмазных коронок и причины их возникновения и др. При этом следует отметить, что по некоторым вопросам бурения в твердых горных породах различные авторы придерживаются прямо противоположных мнений. Это, например, относится и к механизму заполирования алмазных коронок, к влиянию трещиноватости горных пород на механическую скорость бурения , к выбору и применению оптимальных типов алмазных коронок, режимов бурения и т. д. Рассмотрим более детально актуальность проблемы бурения скважин в твердых горных породах.
В первую очередь это связывается с созданием и внедрением в практику геологоразведочного бурения новых технических средств: буровых станков, съемных колонковых снарядов, более износостойкого алмазного породоразрушающего инструмента и т.д. Отличительной особенностью новых буровых станков является плавное регулирование частоты вращения бурового снаряда и увеличенный (до 3 м) ход вращателя.
Однако эффективное использование преимуществ этих буровых установок нивелируется высокой трещиноватостью горных пород.
Трещиноватость горных пород - характерная особенность структурного сложения породы, непосредственно связанная с происхождением и последующей жизнью той или иной геологической формации. Она может быть обусловлена различными причинами, основными из которых являются тектонические процес-

В результате микроударного взаимодействия алмаза с горной породой имеет место скол острых вершин алмаза. Далее, вследствие упругой реакции забоя, притупленный алмаз работает в режиме упругого оттеснения и скольжения по поверхности забоя, то есть механизм заполирования связан с механизмом разрушения упругой твердой горной породы, причем интенсивность процесса заполирования увеличивается при понижении нагрузки на породоразрушающий инструмент коронок, и является функцией свойств горных пород, технологических параметров бурения.
В результате наблюдений за износом коронок и изменением механической скорости бурения также выявлено, что горные породы, при бурении в которых возникает заполирование алмазов, неоднородны по физикомеханическим свойствам. Повышенный износ корпуса и матрицы коронок скважин свидетельствует о высокой, по отношению к ним, абразивности горных пород. В то же время заполирование алмазов указывает на малую абразивность разбуриваемых пород по отношению к алмазам. Общим для этих пород являются преобладание таких породоразрушающих минералов, как кварц, пирит, арсенопирит и т.п. При бурении по жильному кварциту заполирование наблюдалось через 20 см углубки [7,30].
Механизм прижога связан с переходом в пластическую стадию материала матрицы - ее размягчением. Размягчаясь, матрица теряет свои прочностные свойства; большая часть алмазов преждевременно выпадает. Для объяснения механизма работы алмазной коронки принята гипотеза разрушения горной породы в режиме «сухого» и «мокрого» трения [46]. Пусть А/ - глубина приповерхностного слоя, нарушенного сетью микротрещин, по которым происходит его «смачивание», А2 - высота выступания алмаза из алмазной коронки. Если к2<к, имеет место нормальный износ коронки. Если А2>А;, то наблюдается режим повышенного износа алмазной коронки.
Наиболее полно механизм прижога, его признаки и методы предупреждения исследованы и разработаны в работах [15, 19, 20, 46,71,]. Авторами уста-