Разрушение пород алмазным ПРИ.

 

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 h_p1, = P/п*Da*Pm. Однако при бурении в хрупких породах в результате разрушения реальная величина: h_p = h_p1 * К _р (величина фактической углубки за оборот), для мрамора: Кр = 1, 4, для гранита: Кр = 9, 5.

Алмаз эффективен в хрупких породах.

h_p = h_p] * К_р* К_ф - для дробленых алмазов, где К_ф - 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 = h_p.

 

 

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, Р_ос = 1000 Дан, Q - 20-30 л/мин. В результате износа однослойных алмазов в процессе рейса для сохранения условия h_p = 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: h_зап≤ h_об ≤ h_крит. Если происходит резкое увеличение мощности - алмазы истираются.

h_р = h_об - 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.

Pос↓ п↓ Q↓

Алмазная коронка (количество алмазов, шт/карат, твердость матрицы)!

Алмаз (твердость, абразивность, способность к заполированию) —► h_об

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< К_пл< 2

При больших оборотах не успевает деформироваться за один оборот, поэтому после 1600 об/мин скорость снижается.

Гранит 1< К_пл< 2

Мрамор 2< К_пл< 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

V_k→ → V_ш. 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.

Тема 9

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: