РАЦИОНАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА АЛМАЗНЫХ КОРОНОК
Важным мероприятием, способствующим повышению эффективности алмазного бурения, является соблюдение принципов рациональной отработки породоразрушающего инструмента.
Рациональная отработка алмазных коронок включает в себя:
выбор и применение алмазных коронок в горных породах, соответствующих их конструктивным особенностям;
строгое соблюдение правил эксплуатации алмазного породоразрушающего инструмента и технических приемов работы с ним;
применение технологически обоснованных режимов бурения, обеспечивающих высокую производительность и расход алмазов, не превышающих его нормативных значений для данных условий бурения;
своевременное снятие коронок с работы по достижении ими оптимально допустимого уровня отработки.
В процессе эксплуатации коронок нужно помнить, что алмаз является довольно хрупким минералом и восприимчив даже к слабым ударам. Поэтому все операции с алмазным породоразрушающим инструментом следует проводить осторожно и аккуратно. Коронки должны храниться в деревянных или пластмассовых ящиках. Соединение алмазной коронки с колонковой трубой необходимо производить специальными ключами, но не шарнирными. Буровой снаряд с алмазной коронкой можно спускать в скважину, когда в ней нет сорванного керна. Спуск снаряда производят осторожно, особенно в местах изменения диаметра скважин и на подходе к забою. Постановка на забой ведется без усилия, с минимальной частотой вращения и промывкой. Допускается спуск снаряда, когда на забое остался несорванный керн высотою не более 4-5 см. В противном случае оставленный в скважине керн разрушается шарошечным долотом. После каждого подъема замеряют диаметры коронки и расширителя, а также высоту матрицы. Замеры производят штангенциркулем. При бурении с расширителями последние следует подбирать так, чтобы их диаметр всегда был на 0,2-0,3 мм больше диаметра коронки. Разница наружных диаметров предыдущего и последующего расширителей не должна превышать 0,1-0,2 мм.
При бурении без расширителей алмазные коронки подбираются по наружному и внутреннему диаметрам и определяется последовательность их спуска. Первыми вводятся в работу коронки с наибольшим наружным и наименьшим внутренним диаметрами. Коронка заменяется после износа по диаметрам не более чем на 0,05-0,1 мм. Перед спуском в скважину очередной коронки следует убедиться, что через нее свободно проходит керн предыдущего рейса.
Запрещается спуск новой коронки в зауженную скважину. При сработке ствола скважины на конус более чем на 0,1- 0,15 мм его следует расширить специальным снарядом, состоящим из импрегнированной коронки и расширителя. При разбуривании значительного интервала скважины рекомендуется применять снаряд, который включает импрегнирован — ную коронку и два расширителя, установленных в нижней части колонковой трубы. При компоновке снаряда необходимо соблюдать последовательное увеличение на 0,1-0,2 мм наружных диаметров нижнего и верхнего расширителей относительно наружного диаметра коронки. Скорость расширения ствола скважины не должна превышать 5-20 см/мин в зависимости от твердости горных пород.
При бурении скважины не рекомендуется приподнимать коронку от забоя, так как это может привести к срабатыванию кернорвательного устройства, а также к разрушению матрицы и алмазов коронки из-за попадания осколков керна на забой.
В процессе бурения изменение осевой нагрузки необходимо осуществлять плавно, не допуская резкого увеличения или уменьшения нагрузки, так как это может вызвать аварийную ситуацию в скважине. Не допускается применение осевых нагрузок, превышающих критическое значение. Для однослойных коронок оно составляет 14-16 даН на алмаз, а для импрегнированных 120-130 даН/см2. Высокие нагрузки приводят к интенсивному раскалыванию алмазов и значительному увеличению их расхода. Малые удельные нагрузки (4-6 даН/алмаз в однослойных коронках и 30-50 даН/см2 в импрегнированных) также недопустимы, так как они могут вызвать заполирование алмазов в монолитных малоабразивных породах и привести к прекращению углубки.
При выборе частоты вращения коронки необходимо учитывать твердость, абразивность и трещиноватость горных пород.
Анализ изменения механической скорости бурения также позволяет определить рациональный уровень отработки алмазных коронок. Темп изменения механической скорости бурения у разных типов коронок различен. У импрегнированных коронок механическая скорость бурения изменяется незначительно при правильно выбранном сочетании режимных параметров. У однослойных коронок механическая скорость вначале возрастает, достигает определенного максимума, а потом наблюдается ее снижение. Однако установить четкую границу снятия коронки с работы по данному критерию бывает затруднительно. Обычно сочетают визуальные наблюдения износа с характером изменения механической скорости бурения. Визуальные методы оценки рационального уровня отработки однослойных алмазных коронок широко распространены согласно исследованиям ВИТРа (Всесоюзный институт техники разведки). Рекомендуется снимать коронки с работы в следующих случаях:
1) большой износ матрицы по наружному и внутреннему диаметрам и высоте. Предельный износ матрицы по наружной и внутренней поверхностям может составлять 0,5-0,7 мм в зависимости от зернистости подрезных алмазов. Допустимый износ матрицы по высоте зависит от зернистости объемных алмазов и составляет 0,5; 0,7 и 0,9 мм для алмазов зернистостью 90-60, 60-40 и 30-20 шт/кар соответственно;
2) изменение нормального профиля матрицы, появление конусности по наружной и внутренней поверхностям, а также борозд и фасок по периферии торца матрицы или в средней ее части, глубина которых превышает 0,5 мм;
3) чрезмерное обнажение алмазов (более чем на 1/3 их линейного размера), что может привести к их выпадению и разрушению;
4) сильная эрозия (размыв) матрицы, что может вызвать снижение ее прочности, скол отдельных участков или всего алмазосодержащего слоя;
5) наличие механических повреждений матрицы и корпуса коронки (раздув и овальность матрицы, трещины, износ резьбы или корпуса короночного кольца и др.);
6) заполирование алмазов в коронке, что является следствием несоответствия твердости матрицы абразивным свойствам горной породы или параметров режима бурения характеру разбуриваемых пород.
Импрегнированные коронки эксплуатируются до полного износа объемных алмазов. Исключение составляют случаи появления фасок на наружной и внутренней боковой поверхности матрицы, глубина которых превышает толщину алмазосодержащего слоя. Не рекомендуется использовать импрегнированные коронки с дефектами матрицы, корпуса или резьбы, а также при заполировании объемных алмазов.