При разработке технологии ударно-канатного бурения для каждого интервала геологического разреза скважины проектируются параметры режима бурения: вес ударного снаряда, высота его подъема над забоем, частота ударов и количество подливаемой в скважину воды.
Известно, что ударный режим разрушения пород наиболее эффективен в хрупких породах (предел прочности на скалывание составляет 6-9% от предела прочности на раздавливание). Поскольку разрушение породы при ударном бурении происходит в динамическом режиме и время удара долота о породу составляет всего 3÷5·10-3 с роль сил трения о породу значительно меньше, чем при вращательном бурении. Соответственно при ударном бурении существенно меньше и износ долот.
Эффективное разрушение породы определяется кинетической энергией при падении бурового снаряда
Вес рабочей части снаряда рассчитывается по формуле
Qp=q0D, (16.13)
где q0 - относительный вес инструмента, Н/см; D - диаметр долота, см.
Для пород различной крепости рекомендуются следующие значения q0 (в Н/см):
- мягкие породы (I-III категории по буримости) - 147-245
- породы средней твердости (IV-V категория) - 294-392
- твердые породы (VI категория) - 392-490
- весьма твердые породы (VI категория) - 588-785
Необходимый вес ударной штанги определяется по формулам:
при работе с раздвижной штангой
(16.14)
при работе без раздвижной штанги (в нетрещиноватых и невязких породах)
Q2=Qр-(Q1+Q2), (16.15)
где Q1 - вес долота, Н; Q2 - вес ударной штанги, Н; Q3 - вес раздвижной штанги; Q4 - вес канатного замка.
В зависимости от характера пород и глубины скважины задаются высотой подъема снаряда. Современные буровые установки ударно-канатного бурения обеспечивают высоту подъема снаряда над забоем на 0,35-1 м и частоту ударов от 40 до 60 в 1 мин.
Между числом ударов nу (уд/мин) и высотой падения бурового снаряда 5(м) существует следующее соотношение
nу≈21√в/S (16.16)
где в - ускорение падения снаряда в шламовой среде, м/с2
Ускорение при падение снаряда - непостоянная величина и зависит от прямолинейности и состояния стенок скважины, плотности жидкости, содержащей частицы разрушенной породы во взвешенном состоянии. Экспериментально установлено, что при бурении по глинистым породам ускорение падения снаряда колеблется в пределах в=4,5÷5м/с2, по твердым породам в=6÷6,5 м/с2 (в чистой скважине эта величина может достигать 8,7 м/с2).
При бурении в твердых монолитных породах целесообразно увеличивать высоту сбрасывания снаряда, снижая частоту ударов. В сильнотрещиноватых (или слоистых), перемежающихся по твердости породах частоту ударов следует увеличивать, уменьшая высоту сбрасывания снаряда. Высоту сбрасывания снаряда следует увеличивать с ростом глубины бурения, а частоту ударов снижать.
Рекомендуемые значения количества подливаемой в скважину воды: 35-40 л при бурении мягких пород на каждый рейс; 10-14 л при бурении твердых пород.
Ориентировочная величина углубления за рейс составляет: в мягких породах - 0,5-1м, в твердых 0,3-0,5 м, в очень твердых - 0,2-0,3 м.
Пример 16.5. Обосновать параметры технологического режима бурения ударно-канатным способом для следующих условий: глубина скважины L=200м; бурение ведется по выветрелым изверженным породам V категории по буримости с помощью буровой установки УКС-22М; диаметром скважины D=345 мм.
Решение. Задаемся для пород V категории по буримости относительной массой бурового снаряда q0=392 Н/см и определяем вес рабочей (ударной) части снаряда
Qp=392·34,5=13,5 кН
Подбираем составные части снаряда: вес долота Q1=1,76 кН; длина l1=1000 мм; вес раздвижной штанги Q3=3,33 кН, длина l3=2030 мм, максимальный диаметр D3=220 мм.
Для обеспечения необходимой массы рабочей части снаряда масса ударной штанги должна быть
Принимаем две ударные штанги с высаженными концами общей массой Q2=9,81·545·2=10,7 кН. Общая длина двух штанг l2=4000·2=8000мм.
Общая масса рабочей части ударного снаряда
Q=Q1+Q2+Q3/2=1,76+10,7+3,33/2=14,1 кН.
Фактическая относительная масса рабочей части
снаряда
Qp=Q/D=14,l/34,5=0,41 кН/см.
Общая длина снаряда
Lc=l1+l2+l3+l4=1000+8000+2030+800=11830 мм.
Общий вес ударного снаряда
Qc=Q1 +Q2+Q3+Q4= 1,76+10,7+3,33+0,93=16,7 кН.
Приняв S=1м по формуле (16.16) найдем рациональную частоту ударов в 1 мин.
nу=21√б/Т =51,4 уд/мин.
Примем nу=50 уд/мие
С учетом изложенных выше рекомендаций количество подливаемой в скважину воды - 20 л, а ориентировочное углубление за один рейс - 0,4-0,5 м.
