Научно-технические основы создания специализированных буровых инструментов и технологий их применения на карьерах

• Автор: Гилёв, Анатолий Владимирович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 386 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ИЗЫСКАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Горно-геологические условия. Объемы и способы

бурения на карьерах

1.2. Тенденции развития техники бурения взрывных скважин

1.3. Анализ развития конструкций буровых инструментов

1.4. Анализ исследований процессов очистки скважин

от бурового шлама

1.5. Восстановление и утилизация бурового инструмента

1.6. Резюме. Задачи и методы исследований

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ДОЛОТ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
2.1. Значение бурового инструмента в технологии вращательного бурения взрывных скважин и критерии оценки эффективности
его использования
2.2. Закономерности процесса вращательного бурения (забойного процесса) и формирование экономико-математической модели системы
«горная порода - буровой инструмент - буровой станок»
2.3. Обоснование принципов создания специализированных буровых инструментов для открытых горных работ
Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ БАЗОВЫХ
МОДЕЛЕЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ДОЛОТ
3.1. Долото режущего действия переменного диаметра
с зубчато-дисковыми шарошками (ДЗДШ-РД)
3.2. Дисковое долото фрезерного типа с регулируемым диаметром (ДЗДШ-РД-Ц)
3.3. Дисковое долото фрезерного типа с регулируемой частотой вращения (ДЗДШ-РВ)
3.4. Разборное долото с конусными шарошками, сформированными из дисков (РШД-К-Д)
3.5. Буровое долото режуще-скалывающего действия (ДЗДШ-УК)
3.6. Разборное буровое долото шарошечного типа (РШД-К-Ц)
3.7. Шарошечное долото с опорным устройством
ф разборного типа (РШД-К-И)
3.8. Буровое долото со сменными вертикальными опорами (РШД-С-В)
3.9. Буровое долото со сферическими шарошками (РШД-С-Н)
ЗЛО. Долото с зубчато-дисковыми шарошками, устанавливаемыми
под различными углами к плоскости забоя (ДЗДШ-РУ)
3.11. Систематизация специализированного
бурового инструмента
3.12. Исследование прочностных характеристик специализированного бурового инструмента
Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛОТ С ЗУБЧАТО-ДИСКОВЫМИ ШАРОШКАМИ
4.1. Научно-технические предпосылки создания
(ф разборных долот режущего действия ДЗДШ
4.2. Особенности конструкции и кинематика работы

долота ДЗДШ
4.3. Компоновочные схемы долот ДЗДШ
4.4. Опытно-промышленные испытания долот
с зубчато-дисковыми шарошками
Выводы
ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМА ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМИ ДОЛОТАМИ И СРЕДСТВ ОЧИСТКИ СКВАЖИНЫ
5.1. Теория и методы установления режима бурения
5.2. Определение режимных параметров, обеспечивающих устойчивую работу долота ДЗДШ
5.3. Режимы пневматической очистки скважин от
бурового шлама при работе долот ДЗДШ
>^1 5.3.1. Влияние конструктивных и аэродинамических параметров
долот ДЗДШ на эффективность пневмоочистки скважин
5.3.2. Определение расхода воздуха на продувку скважины
при бурении долотами ДЗДШ
5.3.3. Определение показателей пневмотранспортной
системы станка при бурении долотами ДЗДШ
5.4. Режимы шне ко пневматической очистки скважин
, при бурении долотами ДЗДШ
5.4.1. Закономерности процесса удаления бурового шлама
из призабойной зоны скважины
5.4.2. Закономерности процесса удаления бурового шлама
из шнековой зоны скважины
5.4.3. Определение показателей работы пневмотранспортной системы станка со шнекопневматической очисткой
5.5. Пневмо-эжекционная эвакуация бурового шлама
из скважины

зультаты получены авторами на долоте с асимметричной системой продувки и увеличенным объемом корпуса долота.
Однако указанные аэродинамические характеристики долота приводят к повышению скорости сжатого воздуха, так как снижается площадь сечения призабойной зоны, что увеличивает потери давления и износ штанг.
Наиболее полно рассмотрел вопрос очистки скважины от буровой мелочи, в том числе закономерности ее движения в призабойной зоне, В.А. Перетолчин в работе [27]. К призабойной зоне он относит участок движения буровой мелочи от забоя скважины на такую высоту Н, при которой корпус долота принимает диаметр штанги:
Ь = Н + 0,50, м, где О - диаметр скважины, м.
В работе [27] предлагается суммарную площадь сечения продувочных окон призабойной зоны выражать через площадь затрубного пространства:
Зпр„з = а■ ^затр =0,25-а-п(О2 -Эщ), м-,
где Брриз - площадь сечения продувочных окон призабойной зоны; 8адгр - площадь сечения затрубного пространства, м2; О — диаметр скважины, м; Ош — диаметр буровой штанги, м; а - коэффициент соотношения площадей сечения продувочных окон и сечения затрубного пространства.
Тогда расход воздуха на продувку скважины из условия очистки призабойной зоны будет равен [6, 27]
^пр — ^приз ’ ^пр — ^ * ^затр ' [р ~~ 25 • С1 • 71(0“ — Оф)^Пр , м3/с, (1.4)
где У„р — скорость движения воздуха в призабойной зоне, м/с.
Скорость движения воздуха в призабойной зоне принимают равной необходимой скорости движения воздуха V, определяемой из условия равенства кинетической энергии воздушного потока У|( и энергии, расходуемой на транспортирование буровой мелочи У, если V > Ур тах (Ур тах - расчетная скорость движения воздуха для удаления крупных частиц буровой мелочи).