Бурение твердосплавными коронками

При разработке технологии бурения для каждого интервала геологического разреза проектируются параметры режима бурения:

• осевая (предельная) нагрузка на инструмент Р;
• частота вращения бурового снаряда n;
• расход очистного агента Q и его качество.

Сочетание перечисленных параметров, позволяющее получить наиболее высокие качественные показатели работы и минимальную стоимость 1 м бурения, является оптимальным режимом бурения. В некоторых случаях выбор одного или нескольких параметров режима бурения ограничивается спецификой геологического разреза, требованиями, предъявляемыми к качеству бурения и отбору керна, большой интенсивностью искривления скважины, недостаточной мощностью двигателя, малой пригодностью бурильной колонны и т. д. Такой режим бурения называется ограниченным.

При анализе влияния различных факторов режима бурения прежде всего рассматривают их влияние на механическую скорость, так как, во-первых, производительность, твердосплавного колонкового бурения находится в прямой зависимости от механической скорости и, во-вторых, в связи с тем, что современные коронки, особенно при рациональном применении, обладают достаточным запасом твердого сплава, обеспечивающим необходимую проходку за рейс, даже при форсированных режимах. Поэтому режимы бурения необходимо выбирать так, чтобы обеспечить максимальную механическую скорость бурения.

Исследования технологии твердосплавного вращательного и вращательно-ударного бурения показали сложную зависимость показателей бурения от режимных параметров (тип коронки и физико-химические свойства пород). В общем виде с увеличением прочности пород на скалывание влияние частоты вращения на прирост скорости бурения уменьшается, а влияние осевой нагрузки возрастает.

Осевая нагрузка влияет на механическую скорость бурения параболически. Исследования показывают, что рост механической скорости бурения при изменении нагрузки не беспределен, и для каждой породы имеется максимум, определяемый прочностными характеристиками породы.

Повышения значения осевой нагрузки приводят к возникновению вибраций инструмента и, как следствие, к поломкам и сколам твердосплавных пластин; износ коронок увеличивается. В практических расчетах удобно использовать значения осевой нагрузки, необходимые для эффективного разрушения породы и приходящиеся на 1 режущий элемент (в коронках резцового типа - резец, в самозатачивающихся коронках - режущая вставка). Они различны для пород, отличающихся физико-механическими свойствами, и соответствуют разным осевым нагрузкам.

В табл. 7.15 приведены обобщенные, по данным СКБ и ВИТР, рекомендации по режимам твердосплавного колонкового бурения, а в табл. 7.16 и 7.17 - производственные данные по режимам бурения и работоспособности твердосплавных коронок в различных комплексах горных пород, характерных для проходки скважин малого диаметра.

Таблица 7.15. Обобщенные рекомендации по режимам твердосплавного колонкового бурения 

Категория пород по буримости	Характеристика группы горных пород	Параметры режима бурения
		Удельная нагрузка на режущий элемент, кН	Окружная скорость, м/с	Угольный расход жидкости, л/мин на 1 см диаметра коронки
I	Рыхлые неоднородные	0,5 - 0,2	1,1 - 1,45	14 - 16
II	Рыхлые неоднородные вспучивающиеся	0,6 - 0,3	0,7 - 1,45	12 - 14
III	Однородные	1,0 - 0,5	1,1 - 2,00	12 - 16
IV	Неоднородные вспучивающиеся	1,5 - 1,0	0,7 - 1,45	12 - 14
V	Монолитные плотные малоабразивные Абразивные Трещиноватые	0,5 - 0,4 0,4 - 0,3 0,8 - 0,6	1,1 - 2,00 0,7 - 1,45 0,7 - 1,20	14 - 16 12 - 16 7 - 11
VI	Монолитные малоабразивные Абразивные Трещиноватые	0,7 - 0,6 0,6 - 0,4 1,0 - 0,8	1,1 - 1,80 0,7 - 1,45 0,7 - 1,20	8 - 12 8 - 10 7 - 10
VII	Монолитные малоабразивные Абразивные Трещиноватые	1,0 - 0,8 0,8 - 0,6 1,2 - 1,0	0,7 - 1,60 0,7 - 1,20 0,7 - 1,20	10-12 10 - 14 8 - 10
VIII	Монолитные малоабразивные Абразивные Трещиноватые	1,2 - 1,0 0,8 - 0,6 1,5 - 1,2	0,7 - 1,60 0,7 - 1,20 0,7 - 1,20	9 - 11 8 - 12 7 - 9

Примечание. Максимальные (или минимальные) значения параметров выбираются в зависимости от глубины скважины, диаметра коронки, а также состояния износа бурильной колонны и бурового оборудования.

Таблица 7.16. Рациональные типы коронок и параметры режима бурения в породах VI -  IX категорий по буримости (по В. Г. Квитко)

Примечание. Горные породы - осадочно-метаморфорические и вулканогенно-осадочные, прерванные интрузиями кислого и основного состава.

Таблица 7.17. Рекомендации по режиму твердосплавного бурения в породах VIII - IX категорий по буримости (ГГП «Уралгеология»)

Груп­па пород	Характеристика групп горных пород			Тип корон­ки	Параметры режима бурения
	Тип горных пород	Трещиноватость	Абразивность		Частота вращения мин-1	Осевая нагрузка, кН	Расход жидкости, л/мин
I	Метаморфические, хлориткварцевые, серициткварцевые	От слаботрещиноватых до трещиноватых	Малоабразивные	СМ СА	182 - 237 182 - 37	3,5 - 4,5 4,0 - 5,0	45 - 50 40 - 45
II	Эффузивные основного состава (диабазы, туфы и порфириты, жильные диориты, габбро, габбродиабазы)	От массивных до слаботрещиноватых	Среднеабразивные	СА СМ	182 - 237 182 - 237	4,5 - 5,5 5,0 - 6,0	45 - 50 40 - 50
III	Эффузивные кислого состава (дациты, туф и порфириты}	Трещиноватые	Абразивные	СА СМ	182 182	5,5 - 6,5 6,0 - 7,0	50 - 60 45 - 50

Обобщенные показатели работоспособности твердосплавных коронок диаметром 59 мм на рекомендуемых режимах в горных породах различных категорий по буримости приведены в табл. 7.18.

Таблица 7.18. Обобщенные показатели бурения коронками диаметром 59 мм