Библиотека

4.2. АЛМАЗНОЕ БУРЕНИЕ

Алмазное бурение - наиболее эффективный способ проходки разведочных скважин благодаря его особым физико-механическим свойствам. Алмаз является наиболее твердым минералом, поэтому его используют при бурении пород средней твердости и весьма крепких различной абразивности. Для армирования алмазных коронок применяют технические алмазы небольших размеров и самой разнообразной формы - в виде конуса, клина, полусферы, сферы и т.п. В соответствии с этим процесс разрушения пород алмазными коронками является достаточно сложным, зависящим от большого числа факторов. В зависимости от механических свойств горных пород и геометрической формы алмаза процессы разрушения протекают по-разному. При бурении твердых, хрупких пород разрушение будет происходить за счет их скалывания, смятия и раздавливания, в пластичных породах будут преобладать процессы резания.

Если рассматривать упругохрупкие породы, то процесс разрушения алмазным зерном можно представить в следующем виде (рис. 4.5).

На алмазную коронку действует осевая нагрузка Р, обеспечивающая внедрение алмаза в породу на глубину h, и тангенциальная составляющая Р_τ , обеспечивающая перемещение алмаза по забою. Эти нагрузки распределяются между алмазами, разрушающими породу. Отсюда средние значения осевой Р _α и тангенциальной составляющих нагрузки Р_τα на один работающий алмаз зависят от их общего числа на торце коронки:

     (4.18)

     (4.19)

Углубление алмаза за один оборот будет зависеть от механической скорости бурения и числа оборотов коронки и определяется выражением

     (4.20)

где k - коэффициент, учитывающий число алмазов, находящихся в контакте с породой; v_M - механическая скорость бурения, мм/мин; n - частота вращения коронки, об/мин; m - число торцевых алмазов; h - углубление за один оборот, мм.

Внедрению алмаза в породу будут препятствовать силы сопротивления внедрению алмаза в породу N_b и силы лобового сопротивления перемещения резца N_p.

Сопротивление породы внедрению резца будет определяться выражением:

     (4.21)

где S_см - площадка смятия породы внедрившимся резцом; N_b - твердость породы на вдавливание.

Сопротивление породы перемещению резца будет равно:

     (4.22)

где S_ск - площадь скалывания элемента породы передней гранью алмаза; σ_р - сопротивление породы разрушению (сжатию или скалыванию).

Внедрение алмаза в породу будет происходить под действием равнодействующей силы

     (4.23)

Подставив вместо N_b и N_p их значения, получим:

или

     (4.24)

Обозначим N_b + σ_ск = σ_пр , где σ_пр - предел прочности горной породы.

Тогда получим

     (4.25)

Подставим вместо h его значение из формулы (4.20):

Отсюда

     (4.26)

Ввиду малых размеров алмазного зерна можно принять, что Rm = Р, где Р - осевая нагрузка на коронку.

Тогда

     (4.27)

Таким образом, эффективность разрушения горных пород при алмазном бурении зависит от параметров режима бурения, геометрических размеров алмаза и прочности горной породы.

"Разведочное бурение" / А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев, "Недра" М 2000

Вернуться в списку статей