В бурении импрегнированными коронками основным параметром является механическая скорость или скорость проходки.

Цель данной методики – получение оптимальной механической скорости для конкретного типа породы, горногеологических условий, модели бурового станка и определенного типа алмазной коронки.

Ведущим параметром процесса бурения является число оборотов бурильного вала. В некоторых случаях, увеличение частоты вращения всего на 20 %, дает увеличение механической скорости до 2 раз.

 

Подбор режимов бурения необходимо начинать с максимальных значений вращения коронки. От числа оборотов в минуту зависит интенсивность измельчения породы. При вращении алмазной коронки режущие кромки алмазов выкрашивают обломки породы. Чем выше число оборотов в минуту, тем больше объем разрушенной породы, следовательно выше скорость проходки.

 

Острые алмазы режут породу, но по мере их затупления производительность или механическая скорость падает. Скорость проходки влияет на поддержание матрицей постоянной способности к обнажению очередного слоя алмазов. Матрица коронки должна изнашиваться так, чтобы обнажались новые алмазы и высвобождались изношенные.

 

Необходимо поддерживать постоянную скорость внедрения коронки в породу, увеличивая осевую нагрузку, если скорость проходки падает. Осевая нагрузка прилагаемая к алмазной коронке должна регулироваться в зависимости от скорости проходки.

В качестве исходного значения следует использовать скорость проходки, указанную в рекомендациях для конкретного типа и диаметра коронки. Осевую нагрузку необходимо увеличивать постепенно до достижения оптимальной механической скорости.

Оптимальная механическая скорость бурения вычисляется следующим образом:

Необходимо установленное (максимальное для данного диаметра бурения) число оборотов вращения бурильного вала разделить на рекомендуемый индекс углубки от 80 до 100 об/см.

Рекомендуемое число оборотов бурильного вала на 1см проходки – индекс углубки ( 80 об/см-100 об/см) может рассчитываться только как ориентир: в современном бурении часто необходимы скорости проходки гораздо более высокие, ведущие к снижению числа оборотов на 1см проходки.

Коронки таких производителей как: Аtlas Copco - удовлетворяют таким требованиям. Опытным путем проверено, что увеличение диапазона с 80 об/см. до 60 об/см не влечет за собой снижение полного ресурса алмазной коронки, а ведет к повышению производительности на 25%.

 

НАПРИМЕР: 1200 об/мин : 60 об/см = 20 см/мин.

1200 об/мин : 80об/см = 15 см/мин.

 

И наоборот: увеличение индекса углубки от 100 об/см. до 120 об/см ведет к снижению производительности бурения на 20% , а для коронок типоразмера NQ и выше ведет к заполированию алмазов.

 

 

НАПРИМЕР: 1200 об/мин : 100 об/см = 12 см/мин.

1200 об/мин :120 об/см = 10 см/мин.

 

Если фактическая механическая скорость, при расчетных параметрах осевой нагрузки, находится в диапазоне 12-20 см/мин., значит - оптимальная механическая скорость получена.

Рассмотрим другой случай, когда мощность станка ограничена ( возросла глубина скважины) и максимальная частота вращения, на что способен станок - равна 800 об/мин ( IV пониженная скорость), тогда оптимальная механическая скорость для таких оборотов будет находиться в диапазоне : 8-13см/мин.

 

800 об/мин : 60 об/см = 13 см/мин, и

800 об/мин : 100 об/см = 8 см/мин.,

но фактическая механическая скорость, допустим, достигла уровня - 5 см/мин, тогда индекс углубки составит:

 

800 об/мин : 5 об/см = 160 об/см - РЕЖИМ ЗАПОЛИРОВАНИЯ - для типоразмера NQ и выше.

 

В данном случае, для достижения режима оптимальной проходки необходимо увеличить осевую нагрузку. Осевую нагрузку увеличивать можно в рекомендуемых пределах, в зависимости от диаметра коронки.

 

Но нужно помнить, чтослишком высокаяосевая нагрузка может стать причиной: ускоренного износа матрицы коронки ( образованиювнутренней фаски), искривления скважины, повреждения бурового снаряда и бурильных труб.

Если в нашем случае не удается достичь оптимального значения проходки ( 8 -13 см/мин), значит коронка обладает слишком твердой матрицей и ее необходимо заменить на коронку с большим номером.

 

Когда фактическая механическая скорость равна20 см/мин,а расчетные значения оптимальной проходки ( для 900 об/мин) равны:

 

900 об/мин : 60 об/см =15 см/мин ,или

900 об/мин : 100 об/см = 9 см/мин,

тотакойрежим для типоразмера NQ и меньше -РЕЖИМ УСКОРЕННОГО ИЗНОСА МАТРИЦЫ.

В данном случае, если позволяют возможности бурового станка и выдерживаются параметры рекомендаций, необходимо увеличить скорость вращения. Но если частоту вращения увеличить не удается, необходимо уменьшить осевую нагрузку.

Однако следует помнить, что небольшая нагрузка ведет к снижению производительности за счет потери коронкой способности самозатачиваться. В этом случае, чтобы сохранить необходимую производительность, целесообразнее перейти на бурение коронкой с более низким номером( более твердой матрицей).

 

 

Оптимальная механическая скорость обеспечивает:

● наилучшие технико-экономические показатели эксплуатации;

● сокращение времени механического воздействия на стенки скважины;

● уменьшение затрат труда и повышение производительности;

● стабильную работоспособность коронки;

● продолжительный срок эксплуатации коронки.

 

Контроль и регулирование оптимальной механической скорости бурения необходимо осуществлять при помощи поддержания сбалансированных значений скорости вращения, осевой нагрузки и расхода промывочной жидкости.

Эффективность бурения напрямую зависит от количества и качества промывочной жидкости, подаваемой на забой. Необходимо помнить, что чрезмерное увеличение плотности бурового раствора и его насыщенность полимерами может привести к снижению скорости проходки.

 

 

Параметры промывочной жидкости должны соответствовать следующим требованиям:

 

● эффективному удалению выбуренного шлама из под торца коронки;

● охлаждению алмазной коронки;

● уменьшению сил трения коронки и бурильных труб в скважине;

● укреплению стенок скважины;

● препятствовать проникновению воды в пласт и поглощению.

 

Количеством промывочной жидкости необходимо регулировать объем выбуренного шлама, часть которого необходимо задерживать под торцем коронки для ее самозатачивания, при этом помнить, что лишний шлам приводит к снижению производительности, уменьшению ресурса алмазной коронки и формированию наружной фаски. Следует также помнить, что частое затачивание коронки в режиме дефицита промывочной жидкости также приводит к формированию наружной фаски и искусственному уменьшению ресурса алмазной коронки.

Данные рекомендации, разумеется, дают только основные принципы подбора, поэтому бурильщик, основываясь на свои знания и накопленный опыт корректирует все перечисленные параметры бурения, обеспечивая оптимальные экономические показатели процесса бурения и работы бурового инструмента.

 

Главная задача данной методики облегчить и максимально упростить процесс подбора наиболее эффективного типа матрицы. Для этого необходимо, исходя из приведенных выше рекомендаций, добиться максимальных значений частоты вращения бурильного вала и точно знать полученную частоту.

Затем, на рекомендуемых режимах осевой нагрузки и промывочной жидкости, определить с помощью секундной стрелки на часах, фактическую скорость проходки - в см/ мин. Если фактическая скорость проходки не совпадает с рекомендуемыми расчетными значениями, необходимо следовать приведенным выше советам.

Если полученное значение фактической скорости проходки совпадает с рекомендуемым диапазоном, соответствующим данной частоте вращения, значит это и будет оптимальной механической скоростью, следовательно - наиболее эффективным и экономически выгодным режимом работы алмазной коронки.