Применение современного твердосплавного бурового инструмента

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение современного твердосплавного бурового инструмента

Гулидов О.Е.

Тюменский Нефтегазовый университет филиал г.Нижневартовск

The use of modern carbide drilling tools

Gulidov O.E.

Tyumen Oil and Gas University

Nizhnevartovsk branch

ПЛАН

1.Твердосплавные буровые инструменты

2.Новые технологии твердосплавного бурового инструмента

Список источников

ТВЕРДОСПЛАВНЫЕ БУРОВЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

При разведке и добыче полезных ископаемых, строительстве тоннелей и гидросооружений, а также инженерных изысканиях, разрушение горных пород производится, в основном, твердосплавным буровым инструментом. При этом следует выделить две области применения твердосплавного инструмента:

1)бурение шпуров и скважин;

2)разрушение пород горно-режущим инструментом с использованием комбайнов, врубовых машин и стругов;

Схема нагружения твердосплавных породоразрушающих элементов зависит от способа бурения. Наиболее распространенными на современном этапе развития техники являются способы: вращательный; ударноповоротный; ударно-вращательный; вращательно-ударный; шарошечный.

При вращательном бурении используются твердосплавные резцы, обычно двухлезвийные и кольцевые буровые коронки, оснащенные макро- или микрорезцами.

Разрушение пород осуществляется за счет сжатия, раздавливания и частично резания.

Рис.1 Твердосплавный резец

При ударно-поворотном бурении используются долотчатые, трехперые и крестовые коронки, оснащенные призматическими и цилиндрическими твердосплавными изделиями с клиновым породоразрушающим лезвием,

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2 Долотчатая коронка

Рис.3 Трёхперая коронка. Рис.4 Крестовая коронка штыревые коронки, оснащенные цилиндрическими твердосплавными изделиями с полусферической или конической породоразрушающей головкой,

Рис.5 Породоразрушающая головка. а также цельные буры (моноблоки) с долотчатой или трехперой формой породоразрушающей головки

Рис.6 Трёхперая породоразрушающая головка

Разрушение породы происходит за счет ее уплотнения (образования ядра под лезвием) от ударных нагрузок с последующим образованием трещин, выходящих на поверхность забоя, и скалывания консольных плит.

В качестве энергоносителя при ударноповоротном бурении используется сжатый воздух под давлением.

Ударно-вращательное бурение отличается от ударно-поворотного тем, что вращение инструмента осуществляется постоянно электрическим, пневматическим или гидравлическим двигателем.

При этом способе бурения применяется более мощное оборудование: пневматические или гидравлические перфораторы.

Рис.7

В ударно-вращательном способе следует выделить две разновидности: с выносными перфораторами; погруженными пневмо- или гидроударниками.

В первом случае энергия удара к породоразрушающему лезвию и вращение коронки от вращателя перфоратора к породоразрушающему лезвию передается через став штанг. В качестве породоразрушающего инструмента используются крестовые, Х-образные и штыревые твердосплавные коронки, в основном, с резьбовым соединением со штангой. Крестовые и Х-образные коронки оснащаются призматическими или цилиндрическими твердосплавными изделиями с клиновым породоразрушающим элементом. Штыревые коронки оснащаются цилиндрическими штырями с полусферической или баллистической формой породоразрушающей головки.

Во втором случае ударный механизм постоянно находится у забоя скважины, а вращатель - на поверхности. В качестве породоразрушающего инструмента используются опережающие крестовые, Х-образные, трехперые с опережающим лезвием и штыревые коронки, которые оснащаются либо призматическими твердосплавными пластинами с клиновым лезвием, либо цилиндрическими штырями с полусферической головкой. Механизм разрушения горной породы при ударно-вращательном бурении аналогичен механизму разрушения породы при ударно-поворотном бурении.

Вращательно-ударный способ отличается от ударно-вращательного режимами силового нагружения. Ударные нагрузки у него в несколько раз ниже, но в 2-3 раза больше осевое усилие и крутящий момент.

В качестве породоразрушающего бурового оборудования используются коронки, оснащенные призматическими и цилиндрическими твердосплавными изделиями с ассиметричным лезвием. При вращательноударном способе разрушение породы происходит как за счет ударных нагрузок, так и частично резания.

При шарошечном бурении в качестве породоразрушающего инструмента используются шарошечные долота. Буровой станок, создавая давление на шарошечное долото вдоль его оси, одновременно с этим производит вращение штанги и шарошечного долота

Шарошки опираются на забой скважины и вместе с долотом вращаются вокруг ее оси. При этом под большим осевым давлением зубки, находящиеся на конусной поверхности шарошек, внедряются в породу забоя скважины и разрушают ее. Шарошки оснащаются цилиндрическими зубками, в основном, с клиновой или полусферической головкой. Для выемочных комбайнов и врубовых машин используются радиальные, радиальноторцевые, тангенциальные и вращающиеся резцы, а для стругов резцы и ножи.

Для оснащения бурового и горнорежущего инструмента применяются твердые сплавы группы ВК.

Технические требования определены ГОСТ 4411, установлены требования по выкрашиванию, выпуклости и вогнутости подлежащих пайке поверхностей изделий, макроструктуре и микроструктуре. Кроме того, определены правила приемки, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. В ГОСТ 880 определены формы и размеры твердосплавных изделий для горного инструмента. Размеры с предельными отклонениями определены ГОСТ по каждому номеру формы изделий.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

Алмазный породоразрушающий интрумент

1.Свойства алмазов, применяемых при бурении

Для оснащения буровых коронок, долот и расширителей применяют природные и синтетические алмазы. Их эксплуатационные свойства при бурении скважин условно называют «буровыми» свойствами. Буровые свойства оценивают по ресурсу инструмента, механической скорости бурения и удельному расходу алмазов на 1 м скважины.

2.Выбор алмазов

Правильный выбор качества алмазов, используемых для армирования матрицы, существенно влияет на работоспособность алмазного породоразрушающего инструмента.

3.Конструктивные особенности алмазных коронок

Алмазная коронка состоит из алмазосодержащей матрицы 1 и стального корпуса 2 с нарезанной резьбой.

4.Техническая характеристика и области применения алмазных коронок

Тип алмазных буровых коронок, предназначенных для вращательного бурения геологоразведочных скважин кольцевым забоем с отбором керна и бескернового бурения, и алмазных буровых расширителей, предназначенных для предотвращения уменьшения диаметра скважин в процессе бурения, определяется номером конструкции, индексом, указывающим расположение алмазных слоев, и индексом износостойкости (твердости) матрицы.

5.Алмазный породоразрушающий инструмент для бурения со съемным керноприемником типа ССК

Разработка конструкций коронок для ССК, как и коронок других назначений (бурение одинарными и двойными колонковыми трубами), проведена комплектно, т. е. с охватом практически всех областей применения алмазного бурения в современной геологоразведочной практике: комплексы твердых пород и пород средней твердости, перемежающихся по твердости и буримости и т. д.

Рис.8 Одинарные и двойные еолонковые трубы

инструмент буровой твердосплавный алмаз

6.Алмазные долота

Алмазные долота 08АЗ, 09АЗ и 08ИЗ состоят из стального корпуса с резьбой для соединения с колонковой трубой и алмазосодержащей матрицы, которая приваривается к корпусу в процессе пропитки. В центральной части долота имеется отверстие, стенки которого армированы подрезными алмазами, обеспечивающими обработку керна. С обеих сторон от центрального отверстия имеются два промывочных отверстия, соединенных с промывочными каналами

Рис.9 Алмазные долота

7.Алмазные расширители

Породоразрушающий инструмент, предназначенный для калибровки и расширения ствола скважины, называется расширителем.

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.10 Алмазные расширители

8.Синтетические сверхтвердые материалы

Одно из перспективных направлений совершенствования буровых коронок - использование в качестве режущих элементов синтетических сверхтвердых материалов.

9.Породоразрушающий инструмент из синтетических алмазов и сверхтвердых материалов

Коронки, армированные искусственно созданными сверхтвердыми режущими материалами, находятся на разных стадиях выпуска: от опытных образцов до серийного производства. Ниже кратко описаны наиболее эффективные конструкции. Коронки типа КСК

Коронки типа КСК, армированные алмазами АСПК, позволяют бурить с высокими технико-экономическими показателями в разрезах, представленных горными породами различной твердости и абразивности с частой перемежаемостью. С учетом требований обеспечения механических скоростей на уровне твердосплавных коронок и проходок на коронку на уровне алмазных, а также с учетом возможностей буровых установок по созданию осевых нагрузок на буровые коронки установлено, что максимальное число торцевых режущих элементов из цилиндрических алмазов АСПК диаметром 4,5 мм составляет 20 - 24.

Алмазные коронки конструкции ИСМ НАН Украины.

Особенностью коронок ИСМ является использование термостойких монокристаллических алмазов марки АС-125Т и АС-160Т в объемном слое; штабиков славутича в качестве подрезных элементов, а также в объемном слое (в центральной части торца). Техническая характеристика коронок дана в таблице 1.

Таблица 1

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Примечание: 1. Твердость матрицы коронок HRC 22-32. 2. Синтетические алмазы марки АС по ГОСТ 9206 - 80

Техническая характеристика алмазных коронок конструкции ИСМ, армированных синтетическими монокристаллическими алмазами (по Л. А. Бугаеву и др.)

Опыт эксплуатации этих коронок показывает, что эффективное бурение ими обеспечивается при частоте вращения не менее 450-500 мин-1 и осевых нагрузках на 20-30% меньше, чем при работе серийными коронками с природными алмазами.

Рекомендуемые режимы бурения коронками конструкции ИСМ приведены в табл.2

Изменение нагрузок в указанных пределах необходимо для поддержания режущей способности коронки; нагрузку следует понижать при обнажении алмазов и высокой механической скорости бурения (свыше 4 м/ч) и, наоборот, ее следует увеличивать при зашлифовке торца коронки и падении механической скорости.

Таблица 2. Рекомендуемые режимы бурения коронками конструкции ИСМ

Коронки врубового типа

ВИТРом разработаны буровые коронки нового поколения врубового типа для одинарных колонковых снарядов и комплексов со съемными керноприемниками, оснащаемые синтетическими поликристаллическими алмазами.

Особенностью коронок врубового типа является чередование врубовых и скважинно-кернообразующих секторов. При этом врубовые секторы превышают по высоте скважинно-кернообразующие сектора и образуют опережающий кольцевой забой (вруб). Общая площадь торца врубовой коронки, находящейся в контакте с горной породой, в 1,25-1,3 раза меньше соответствующей площади торца обычной коронки. Соответственно за счет этого возрастают удельные контактные нагрузки и механическая скорость бурения (в 1,3-1,5 раза).

По сравнению с твердосплавными типа СМ-4 и СА врубовые коронки обеспечивают рост ресурса в 12-15 раз и механической скорости в 1,7-2,5 раза.

Выпускаются коронки врубового типа ВИТРом под индексами KB, KPK, КСТМ диаметром от 59 до 151 мм (для одинарных колонковых снарядов) и КАСК-В (для комплексов ССК).

10.Электрохимическая размерная заточка алмазного инструмента

Из опыта бурения известно, что 15-20% всех отработанных коронок преждевременно снимаются с эксплуатации из-за зашлифования торца матрицы. В целях повышения эффективности использования такого алмазного инструмента необходимо применять электрохимическую заточку торца матрицы, которая позволяет поддерживать заданный выпуск алмазов в процессе бурения.

11.Криогенная обработка породоразрушающего инструмента

Влияние обработки жидким азотом на технико-экономические показатели работы алмазного породоразрушающего инструмента впервые было исследовано сотрудниками Томского политехнического института. В процессе исследований отмечено, что ресурс обработанных буровых коронок существенно увеличивается

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Баталов Н.М., Малявин Д.М. Технческие основы машиностроительного черчения. - М.: Магиз, 1962. 500 с.

2. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Н., Межлумов А.О., Близнюков В.Ю. «Буровое оборудование: Справочник»: В 2-х томах. Том 2. Буровой инструмент. 1986. 40 с.

3. Ильский А.П. “ Буровые машины и механизмы” - Киев 1991. 620 с.

4. Масленников И.К. “Инструмент для бурения скважин” - М.: Бурение скважин 2001. 340 с.

Размещено на Allbest.ru