Бурение крепких (скальных) горных пород (граниты, кварциты, порфириты) рассмотрим с точки зрения внедрения в породу единичного алмаза.
Алмазный процесс похож на твердосплавный, во время работы коронка работает в стахостически неравномерном режиме (как и в твердосплавных). Не все алмазы контактируют с забоем, т.к. коронка колеблется hp1, = P/п*Da*Pm. Однако при бурении в хрупких породах в результате разрушения реальная величина: hp = hp1 * К р (величина фактической углубки за оборот), для мрамора: Кр = 1,4, для гранита: Кр = 9,5.
Алмаз эффективен в хрупких породах.
hp = hp] * Кр* Кф - для дробленых алмазов, где Кф - коэффициент формы.
При увеличении осевой нагрузки эффективность увеличивается, увеличивается глубина лунки разрушения. В хрупких породах шире лунки внедрения алмазов и глубина больше в
1,5 раза - процесс раздавливания, смятия. В хрупко-пластичных породах - резание = hp.
При алмазном бурении промывочная жидкость - техническая вода, однако если добавить эмульсию (масло в воде) образуется пленка масла. Добавляют ПАА (полиакриламидувеличивается эффективность бурения за счет свойства раздвигать трещины. При бурении однослойными алмазными коронками алмаз в результате микротрещин (если алмаз неидеален) трескается за счет природных добавок металлов. Выступать алмаз не должен более чем на 20-25% от поперечного размера, износ стремится к полусфере. Структура алмаза обуславливает его прочность.
Для однослойной алмазной коронки АЗДЗОКЮ: диаметром 59 мм, п = 500 об/мин, порода
- гранит VIII категории по буримости, Рос = 1000 Дан, Q - 20-30 л/мин. В результате износа однослойных алмазов в процессе рейса для сохранения условия hp = const надо
увеличивать осевую нагрузку, проверяется экспериментально. Алмаз весьма чувствителен к температуре, при температуре 500°С прочность его снижается в 2 раза, при 1000°С - алмаз переходит в графит и теряет свойства. Нормальный процесс бурения: hзап≤ hоб ≤ hкрит. Если происходит резкое увеличение мощности - алмазы истираются.
hр = hоб - нормальная углубка за оборот. Если сталкиваемся с заполированием алмазов,
скорость бурения резко падает. В таком случае прекращают промывку и пленка сдирается, делают полировальную пасту с цементом в шариках и бросают на забой.
Процесс внедрения алмаза в породу за оборот как многофакторная система.
Алмаз (твердость, абразивность, способность к заполированию) —► hоб
Горная порода (зернистость, кусковатость, нарушенность (тектонические зоны))↑
Все объяснения качественные, формулами объяснить не всегда возможно. Задачи: скорость, качество керна, чтобы двигатель не заглох по мощности. Расчет проектной скорости бурения осуществляется по номограмме.
Затраты мощности при бурении алмазными коронками на разрушение забоя. - По формуле «Союзгеотехника» (формула физическая):
Песчаник 1<Кпл<2
При больших оборотах не успевает деформироваться за один оборот, поэтому после 1600 об/мин скорость снижается.
Гранит 1<Кпл<2
Мрамор 2<Кпл<6
Тема8
Продолжение лекции 7
Объемное хрупкое разрушение - самое эффективное разрушение. Трещины больше чем отколотые частицы.
Граниты, гнейсы, порфирит, песчаники, сиениты бурятся только алмазными коронками. Шлам удаляется промывкой. Скорость примерно 8-10м/ч. Можно приложить ударную нагрузку для повышения скорости.
II(a) Песчаники - окатанные частицы кварца в цементе, алмаз выбивает частицы, следовательно идет как объемное разрушение, Скорость зависит от откалывания, примерно 8-10м/ч.
III. Трудно буримые породы: породы II группы сильно трещиноватые (раздробленные);
Применять эмульсионные смазки, ставить два расширителя, два центратора, применять ПАА. Сюда же породы, вызывающие заполировку алмазов - железистые кварциты (образуют на алмазе пленку окисла железа Fe2О3, содрать ее трудно, только электролитической заточкой) - проходка 2-3 метра при X, XI, хотя должна быть 8-10м.
Конструктивные особенности алмазных коронок.
1) Эвакуация шлама
I
Vk→→ Vш . Чтобы избежать заполировывание , уменьшаем размер сектора.
Промывочная жидкость: техническая вода + 0,5-1,0% ПАА.
Перспективы развития новых технологий повышения качества алмазных ПРИ. Матрица представляет многокомпонентный материал, следовательно, возникают точечные дефекты, нарушения в структуре после сплавления. Как избежать?
1) изготавливать коронки при пониженной температуре спекания
2) облучение коронки гамма-квантами. Криогенная обработка(КО) - термоудар. До криогенной обработки проходка на коронку 12,3м. Криогенная обработка: от +20С до - 196С, проходка - 15,3м. КО от +350С до +20С, проходка 15,6м.
КО + гамма-кванты (комплексная): без обработки 7,2м, с обработкой 10,2м.
Для того чтобы коронка хорошо бурила в полирующихся, тяжело буримых породах делают электрозаточку алмазных коронок
Без заточки проходка 10,4м (41 коронка испытана), породы IX, X категории. С заточкой 17,7м. Скорость бурения: без заточки - 1,4 м/ч, с заточкой - 2,22м/ч. Углубка за рейс: без заточки - 2,2м, с заточкой - 3,2м.
Перспективы развития новых технологий .
Основное направление повышения качества алмазного ПРИ - создание новых матричных композиций с пониженной температурой спекания, с рациональным расположением алмазов.
III. Трудно буримые породы: породы II группы сильно трещиноватые (раздробленные);
