Колонковое и керновое бурение

Колонковое и керновое бурение

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Информационные технологии могут обеспечить реальную возможность повышения эффективности обучения. Они способны существенно повлиять на цели, содержание, организационные формы, методы обучения и развитие обучающихся любого уровня и профиля.

 В связи с указанным, в помощь преподавателям и слушателям курсов был создан электронный учебник для обучения по профессии бурильщиков колонкового кернового бурения. Электронный учебник разработан в соответствии с утвержденной программой для подготовки, переподготовки и повышению квалификации рабочих по данной профессии. Учебник отражает основной теоретический материал в виде печатного текста, таблиц и рисунков, что позволит преподавателю донести полную информацию до слушателей при его изложении. Появляется также возможность произвольного выбора места и времени для отработки учебного материала по индивидуальной форме подготовки рабочих по данной профессии.

Подготовка про­изводится с целью повышения теоретического уровня знаний по горному производству, с целью подробного изучения устройства установки колонкового кернового бурения «Diamec-252» и «Diamec-232», а так же технически грамотной и безопасной эксплуатации данной буровой ус­тановки.

  Кроме того,  в электронном учебнике разработаны тесты, на основании этих тестов у слушателей будет произведена проверка приобретенных знаний, полученных при обучении.

Определение физико-механических способов бурения горных пород

 

При вращательном колонковом бурении среди физико-механических свойств пород наибольшее значение имеют твердость и абразивность. Обе величины характеризуют буримость пород объединенным показателем Формула 1

clip_image003

Коэффициенты динамической прочности и абразивности рекомендуется определять по ОСТ 41-89-74.

В таблица 1 приведена шкала категории пород по буримости для разных значений объединенного показателя.

Таблица 1-Шкала для определения категории пород по буримости

Показатель ρм

Категория по буримости

Показатель ρм

Категория по буримости

2,0-3,0

III

15,2-22,7

VIII

3,1-4,5

IV

22,8-34,1

IX

4,6-6,7

V

34,2-51,2

X

6,8-10,1

VI

51,3-76,8

XI

10,2-15,1

VII

76,9-115,2

XII

При отсутствии приборов для определения Fд и Кабр для предварительного суждения о свойствах пород можно воспользоваться данными таблица 2, где приведены показатели для основных разновидностей (групп) пород, принятой в геологоразведочном бурении классификации горных пород.

Таблица 2-Типизация пород по буримости

Группа пород по буримости

Характеристика групп пород

Показатель рм

Категория по буримости

I

В высшей степени твердые

51,0-115,0

XI-XII

II

Очень твердые и твердые

15,0-51,0

VIII-X

III

Средней твердости

6,8-15,0

VI-VII

IV

Малой твердости

3,0-6,8

IV-V

V

Мягкие (рыхлые, сыпучие, размываемые, плывучие)

1,0-3,0

I-III

 


 

 


Классификация крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова

 

По шкале проф. М.М.Протодьяконова коэффициент крепости является относительной характеристикой рассматривающей породыпо сравнению с глинами, крепость которых принята за единицу. Максимальный коэффициент крепости равен 20– это в высшей степени крепкие породы. Коэффициент крепости 15 – очень крепкие породы, крепкие породы соответствуют  10категории, довольно крепкие – 6 категории, средние – 4 категории, довольно мягкие – 2, мягкие – 1. Таблица 3

Таблица 3- Крепость пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова

clip_image005

 

 

 


Физико-механические свойства горных пород

 

Физические свойства  горных пород характеризуют их физическое состояние. К ним относятся:

1.Структура характеризует внутреннее строение, т.е. форму, размер и взаимное расположение минералов в породе, состав цемента в осадочных породах, а также вид связей между зернами. Мелкозернистые породы при одинаковом минеральном составе, обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые или породы неравномернозернистого строения.

2.Текстура горных пород характеризует закономерности в распределении и расположении структурных элементов. Массивная текстура – частицы горной породы не ориентированы, плотно прилегают друг к другу. Пористая – в горной породе имеется множество пустот. Слоистая – частицы породы чередуется с другими частицами, образуя слои и напластования.

Элементы строения массива (структура и текстура) во многом определяют его прочностные свойства.

Под плотностью горных пород и породообразующих минералов следует понимать массу единицы объема со всеми содержащимися в ее порах жидкостями и газами.

Слоистость -  является одной из форм текстуры и обусловливается чередованием в накоплении осадков по крупности зерен, составу, окраске и пр.

 Слоистость оценивается визуально:

а) по признакам масштаба – макрослоистость, микрослоистость,

б) по геометрии – параллельная, косая, прерывная,

в) по резвости проявления – неясная, отчетливая.

 Со слоистостью связана способность горных пород разделяться на отдельные слои и расслаиваться. Это явление уменьшает устойчивость обнажений горных пород.

В некоторых горных породах имеется система мелких субпараллельных плоскостей тектонического происхождения (на тонкие пластинки, мелкие призмочки, линзы и т.д.). Это явление называется кливажем. По трещинам кливажа масса породы может неожиданно отслоиться и обрушиться.

Трещиноватость– характерное свойство массива горных пород.

 Различают типы трещин:

Ø  тектонические,

Ø  трещины отдельности,

Ø  выветривания,

Ø  откоса,

Ø  отслаивания,

Ø  напластования и смещения.

 По происхождению делятся на прирожденныеи тектонические. Трещиноватость горных пород определяется по числу трещин или расстоянию между ними.

Механические свойства горных пород являются разновидностью физических свойств. Они выражаются в способности горных пород оказывать сопротивление деформированию и разрушению под действием внешних сил. К ним относятся:

Прочность – способность горной породы сопротивляться внешним силам, стремящимся разрушить связь между зернами, слагающими эту породу, зависит от способа деформации. Различают прочность на сжатие, растяжение, изгиб и скалывание. При всестороннем объемном (забой шпура, скважины) сопротивление увеличивается.

Твердость– способность пород оказывать сопротивление проникновению в нее другого, более твердого тела и является частным случаем прочности при местном приложении разрушающих нагрузок. Это важное свойство пород, определяющее величину внедрения лезвия головки буров (резцов) и поэтому существенно влияющих на скорость бурения скважин.

Абразивность– способность горной породы изнашивать контактирующие с ней поверхности горных машин или горного оборудования в процессе их работы. Зависит от твердости породообразующих минералов, характера сцепления зерен друг с другом, крупности и формы зерен, плотности пород и степени ее трещиноватости. Чем тверже и крупнее зерна минералов, чем острее их ребра, тем выше абразивность пород.

Горные породы под действием приложенных нагрузок в одних случаях меняют только свою форму объем без разрыва сплошности (пластичная деформация), в других разрушаются на отдельные элементы без заметной пластичной деформации. В связи с этим выделяют:

Пластичность– свойство горных пород под воздействием  сил претерпевать остаточную деформацию (пластические деформации после снятия нагрузок) без микроскопических нарушений сплошности.

Упругость– способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после снятия нагрузки.

Вязкость – сопротивление пород силам, стремящимся разъединить их частицы. В однородных и простых породах вязкость равномерна во всех направлениях. Наибольшей вязкостью обладают мелкозернистые породы.

Буримость– способность горной породы сопротивляться проникновению в нее бурового инструмента, характеризуется скоростью бурения (мм/мин). Буримость положена в основу современной классификации горных пород.

Взрываемость– сопротивляемость горных пород разрушению действием взрыва. Определяется удельным расходом ВВ (кг/м3).

Крепость – способность горной породы сопротивляться бурению, отбойке, взрыванию и другим внешним воздействиям.

 

 


Классификация способов бурения

 

В природе разрушающих горную породу напряжений все способы бурения делятся на механические, при которых разрушение происходит вследствие развития в породе механических напряжений, и термические, при которых разрушение происходит вследствиие развития в породе температурных напряжений.

К механическим способам бурения относятся:

Ø  ударный,

Ø  вращательный,

Ø  ударно-вращательный,

Ø  вращательно-ударный,

Ø  ультразвуковой,

Ø  взрывной,

Ø  электрогидравлический и гидравлический.

К термическим относятся

Ø  огневое,

Ø  плазменное,

Ø  электротермическое бурение.

По видам передачи энергии породе способы бурения делятся на

 а) контактные (ударное, вращательное, ударно-вращательное, вращательно-ударное, взрывное, электротермическое)

б) бесконтактные (термическое, плазменное, гидравлическое, электрогидравлическое, ультразвуковое).

Способы воздействия на породу:

Ø     твердым породоразрушающим инструментом (ударно-вращательное, ударное, вращательное, вращательно-ударное);

Ø     газами (взрывное бурение патронированными зарядами);

Ø     жидкостью (электрогидравлическое и гидравлическое бурение);

Ø     электрическим током (электротермическое и электроимпульсное бурение);

Ø      комбинированные (с помощью газов и тепла – струйное взрывобурение, огневое, плазменное бурение, с помощью абразива и жидкости – ультразвуковое бурение).

По способу разрушения забоя может быть колонковое бурение с отбором керна и бурение сплошным забоем.

По способу удаления продуктов разрушения из забоя различают периодическую (с помощью желонок, различных буров и грунтоносов) и непрерывную очистку, осуществляемую механически с помощью витых штанг и шнеков при вращательном бурении и циркулирующим жидким, аэрированным (водовоздушная смесь) или газообразным агентом при шарошечном и ударном бурении.

По способу подачи промывочного агента к забоювозможны прямая очистка, при которой агент движется внутри бурильных труб или штанг и перфоратора, омывают забой и вместе с продуктами разрушения поднимается по затрубному пространству на поверхность, и обратная очистка, когда промывочный агент подаётся по затрубному пространству, поступает вместе с продуктами разрушения внутрь бурового става и поднимается на поверхность. Последний способ при бурении шпуров широко применяется при отсосе шлама.

По виду используемой энергииразличают ручное бурение, когда все операции выполняются вручную, и машинное, когда все процессы бурения выполняются различными механизмами.

Механическое разрушение – отделение горных пород от массива или их дробление (измельчение) путём воздействия на породу породоразрушающего инструмента – резца, фрезы, шарошки, ударника, алмазных и абразивных кругов и коронок, скалывателей и др. В результате действия того или иного механического фактора протекают физические процессы чисто механического разрушения породы: сжатие, раздавливание, дробление, скалывание, резание и др.

Гидравлическое разрушениеосуществляется воздействием на горную породу струй воды под высоким давлением.

Термическое разрушениепород происходит под действием физических полей, создаваемых без использования специальных породоразрушающих инструментов за счёт физико-химических процессов, протекающих под действием высокой температуры. Термическому разрушению способствует низкая теплопроводность породы, анизотропия её, высокий коэффициент теплового расширения и т.д.

Взрывоударное разрушение – разрушение и перемещение горных пород под действием энергии взрывчатых веществ, размещённых в массиве (в скважинах, шпурах, камерах и пр.).

Электрические способы ослабления и разрушения основаны на воздействии на горную породу электрической энергии в виде электромагнитного поля, электрического разряда, электрического тока и др.

При проведении горно-разведочных выработок в основном имеет место взрывоударное разрушение горных пород и применение связанных с ним механических способов, необходимых для создания в массиве пород полостей с целью заложения заряда ВВ.

При вращательном способе порода разрушается при вращении породоразрушающего инструмента с наложением постоянно действующего (статического) осевого усилия. Этот способ в основном применяется при бурении шпуров в мягких и средней крепости породах (f£10).

При ударном способе разрушение породы происходит при нанесении ударов породоразрушающим инструментом по породе с определённой силой и скоростью.

Выделяются следующие комбинации ударного и вращательного способов бурения:

ударно-поворотное бурение обычными и погружными бурильными молотками (перфораторами), при котором инструмент в промежутках между ударами поворачивается на определённый угол (к ударно-поворотному относится и ударно-канатное бурение скважин);ударно-вращательное бурение погружными пневмо- или гидроударниками и перфораторами с независимым вращением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту.

 

При указанных двух способах бурения порода разрушается в основном в результате ударов:

при вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение породы происходит в результате ударов и вращения инструмента.

При вибрационном способе происходит погружение специального забойного инструмента обычно цилиндрической формы в рыхлую породу под действием вынужденных продольных колебаний – вибраций и осевого усилия.

При способе задавливания происходит погружение породоразрушающего инструмента, имеющего форму конуса или полого цилиндра, в мягкую породу под действием осевого усилия. Разрушаемая порода в этом случае уплотняется в стенках скважины.

При вибрационно-вращательном способе разрушение пород происходит при вращении специального инструмента и действии осевого усилия.

 В результате взаимодействия инструмента с породой наблюдается три основных типа разрушения.

Первый – разрушение под лезвием инструмента монолита в мелкодисперсную массу. Размеры частиц менее глубины внедрения инструмента и меньше первоначальных кристаллов и зёрен породы.

Второй – скалывание по краям зоны дробления, которое за счёт неоднородности и начальных дефектов в породе приводит к тому, что размеры зоны разрушения несколько отличаются от правильных. Размеры частиц значительны.

Третий – образование трещин в породе под зоной (ядром) измельчения, позволяющих при повторных воздействиях увеличивать зону разрушения.

 

 


Оценка степени трещиноватости горных пород

Совокупность трещин, разбивающих массивы пород, называют трещиноватостью горных пород. Степень трещиноватости вместе с другими тектоническими нарушениями характеризует структуру массива пород, ее пространственную неоднородность и анизотропность свойств, влияет на прочность и устойчивость пород (деформируемость, водопроницаемость, влагоемкость, сейсмостойкость, твердость, буримость).

Критерии оценки степени трещиноватости

Критерием количественной оценки степени трещиноватости выбирают показатели, учитывающие размеры и густоту трещин.

Различают три вида показателей:

Ø  линейные(количество и размеры трещин на единицу длины обнажения, горной выработки, скважины)

Ø  распределенные по площади(количество, размеры и раскрытость трещин на единицу площади)

Ø  объемные(количество, площадь стенок и объем трещин на единицу объема породы)

По исследованиям ВИТРа наиболее полно трещиноватость проявляется в степени раздробленности керна на столбики и обломки. Показателем раздробленности может служить удельная кусковатость Куд (число кусков, обломков или столбиков на 1 м выхода керна). Чем выше выход керна, тем достовернее оценка трещиноватости породы по удельной кусковатости керна. Этот показатель отражает истинную трещиноватость породы в массиве и меньше зависит от технологии бурения, чем такой показатель, как выход керна Вк. Между удельной кусковатостью керна и основными показателями бурения существует корреляционная связь, коэффициенты которой находятся в пределах 0,71- 0,96.

Приближенно трещиноватость пород можно оценивать по выходу керна, который, однако, не является показателем, характеризующим только трещиноватость породы. Поэтому за основной критерий, позволяющий оценивать степень трещиноватости пород при бурении, принята удельная кусковатость керна, в качестве косвенного - выход керна.

Для более точного определения степени трещиноватости породы (например, при экспериментальных исследованиях) используется еще один дополнительный критерий - показатель трещиноватости породы W, который вместе с удельной кусковатостью керна позволяет более точно оценивать нарушенность горных пород, их структурные и текстурные особенности: Формула 2:

W=DkKуд  λ / tgβ

где    Dк - диаметр керна, м;

 Куд - удельная кусковатость керна, шт/м;

 λ - опытный коэффициент, учитывающий степень вторичного дробления породы; для расчетов среднее значение этого показателя может быть принято равным 0,7;

 β - угол встречи плоскости трещины с осью скважины, градус.

Применение перечисленных критериев позволяет получить достаточно полную характеристику трещиноватости пород геологического объекта. Классификация пород по трещиноватости применительно к вращательному колонковому бурению приведена в Таблица 4

 

Таблица 4- Классификация горных пород по трещиноватости для колонкового вращательного бурения (ВИТР)

Группы гор­ных пород по трещино­ватости

Степень трещиноватости горных пород

Критерии оценки степени трещиноватости горных пород

Удельная кусковатость керна Куд, шт/м

Показатель трещиноватости W, ед/об

Удельная кусковатость керна Куд, шт/м

Показатель трещиноватости W, ед/об

Выход керна Вк, %

1

Монолитные

1-5

До 0,50

100-70

2

Слаботрещиноватые

6-10

0,51-1,00

90-60

3

Трещиноватые

11-30

1,01-2,00

80-50

4

Сильнотрещиноватые

31-50

2,01-3,00

70-40

5

Весьма и исключительно сильно­трещиноватые

51 и более

3,01 и более

60-30 и менее

 

 

 


Оценка степени устойчивости горных пород в стенках скважин

Наиболее опасной зоной, где интенсивно разрушаются горные породы, является контур скважины и прилегающая к скважине часть породы.

 Концентрация напряжений в этой области достигает максимума, за счет чего происходят нарушения устойчивости стенок скважины в виде следующих осложнений:

Øобрушения

Øобвалы

Øосыпания

Øвыпучивания

При разработке технологии бурения, в первую очередь, при проектировании конструкции скважины и разработке мер профилактики и устранения возможных осложнений и аварий в скважине, существенное значение имеет оценка устойчивости пород в стенках скважины.
Для такой оценки рекомендуется классификация горных пород по степени устойчивости их в стенках скважины в процессе бурения, исходя из принципов защиты стенок от горного давления, механического разрушения очистным агентом и вибрирующим буровым снарядом и от физико-химического изменения
горных пород таблица 5

Таблица 5- Классификация горных пород по степени устойчивости в стенках скважины (ВИТР)

Группа пород по устойчивости

Степень устойчивости

Характеристика пород по устойчивости

Горно-геологическая характеристика пород

I

Устойчивые

Практически не разрушаемые гидро­динамическими нагрузками и вибрациями бурового снаряда

Монолитные и слаботрещиноватые, IX-XII категории по буримости

II

Среднеустойчивые

Разрушаемые гидродинамически­ми нагрузками и вибрациями снаряда

Различной степени трещиноватости, перемежающиеся по твердости, IV—VIII

III

Малоустойчивые

Легко разрушаемые и растворимые (минеральные соли) и многолетне-мерзлые породы

Малой твердости, хрупкие и высокопластичные, III-V

IV

Неустойчивые

Легко разрушаемые и размываемые

Рыхлые, сыпучие, плывучие, I-II


Руководствуясь этой классификацией, можно в первом приближении оценить возможные осложнения в процессе бурения скважин и число зон осложнений, определить рациональную методику и технологию по борьбе с осложнениями, а также выбрать эффективные технические средства для проведения профилактических или изоляционных работ в породах различной степени устойчивости.

Таким образом, в результате типизации геологических условий может быть выделено 5 групп пород по твердости, каждая из которых, в свою очередь, разделяя


 

 


ОБОРУДОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМОЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН

 

Буровые станки с подвижными вращателями

 

Ряд буровых установок для колонкового бурения с поверхности и из подземных выработок включает четыре модификации, характерные особенности которых следующие.

Рисунок 1,  Рисунок 2

clip_image007

 

clip_image010

 

Установки полностью гидрофицированы. Система подачи бурильных труб механизирована, что повышает производительность и безопасность ведения работ.

             Скорость вращения и усилие подачи изменяются в широких пределах, что создает возможность оптимизации процесса бурения и повышения процента выхода керна практически в любых геологических условиях.

             Станки имеют компактную и легкую конструкцию, что позволяет быстро выполнять монтажно-демонтажные работы и перевозку оборудования.

             Установки универсальны, так как могут использоваться как для колонкового бурения, так и для бурения шарошечными долотами и погружными пневмоударниками.
Простота и надежность конструкций буровых установок обеспечивают им хорошую ремонтопригодность и надежность в эксплуатации.

             Для одной и той же модели предлагаются различные варианты вращателей, рам податчика, силовых установок, что позволяет выбрать оптимальный набор оборудования для различных геологотехнических условий бурения.

Для работы в угольных шахтах выпускаются установки, в которых нет алюминиевых деталей, а в гидросистеме используются невоспламеняющиеся жидкости. Таблица 6

Таблица 6- Ориентировочные глубины бурения станками Diamec с подвижными вращателями

Бурильные трубы, (материал)

Буровые станки Diamec марок

232

252

262

282

34 (ЛБТН)

300

-

-

-

42 (ЛБТН)

200

650

1200

-

54 (ЛБТН)

-

425

800

1400

42 (ст)

120

400

800

-

50; 54 (Ст)

-

225

450

810

68 (Ст)

-

-

-

720

Рисунок 3,  Рисунок 4

clip_image013

 

clip_image015

 clip_image019

 

Таблица 7-Техническая характеристика буровых станков Diamec с подвижными вращателями

Параметры

Тип агрегата Diamec

 

232

252

262

282

Механизм подачи: усилие
    подачи, кН:
    вверх
    вниз
   скорость подачи, м/с:    
    вниз
    вверх
   ход подачи, мм



15
20

0,8
1,0
850



33
43

0,75
1,0
850, 1800



65
65

0,5
1,0
850, 1800,
3300



90
44

0,5
1,0
850, 1800,
3300

Вращатель:
    крутящий момент, H • м
    частота вращения, мин-1 (об/мин)


250
550-2200


570
550-2200


700, 1350, 2000
0-2200
0-1700
0-900
0-600


700, 1350, 1420, 1950
0-1200
0-1600

Осевое усилие гидропатрона, кН

30

100

100

83

Внутренний диаметр шпинделя, мм

50

58

79

78

Трубодержатель:
    диаметр проходного
отверстия, мм
    удерживающая сила, кН


52

12


60,5

13


98

22 (33)


-

83

Силовой агрегат:
    тип (мощность, кВт),
    частота вращения, об/мин


Электр. 20Е, 15/1450
Пневмат. 20А, 18,5/1500
Дизельн. 20D, 26/2500


Электр. 40Е, 37/1450
Электр. 45Е, 45/1450
Пневм. ЗОА, 20,5/1800
Дизельн. 45DT, 68/2200


Электр. 75Е, 75/1450
Дизельн. 100DT, 100/2150

Насосы:
производительность, л/мин,
давление, bar
    № 1
    № 2
    объем бака, л
    масса, кг




45/200
31/210
60
230(20Е)
200(20А)
405(20D)




75/260
29 (44)/210
70
580(40Е)
1270(40Е)
615(45Е)
1352(45Е)
810(40DT)
1782(40DT)




120/260
48 (68)/210
200
1300(75Е)
1350(100DT)

Универсальные буровые станки «Теггатес»

Характерные особенности станков: универсальность; различные транспортные базы; вращатель отодвигается гидравлически; гидравлический трубораскрепитель.

Ориентировочные глубины бурения станками и их технические характеристики приведены соответственно  Таблица 8, 9

Таблица 8. Ориентировочная глубина бурения установками «Теrrаmес», м

 

Диаметр бурильных труб, мм

Буровые установки марок

«Теrrаmес 400-01»

«Теrrаmес 1000»

Бурение на воду
114
127
140


40
30
15


5
40

20

Колонковое бурение
54; 55
60,3; 68
73; 89


400
300
200


480
360
240

Таблица. 9. Технические характеристики буровых установок «Теrrаmес»

Параметры

«Теrrаmес 400-01»

«Теrrаmес 1000»

Механизм подачи:
        усилие подачи, кН:
        вверх
        вниз
        ход подачи, мм
        угол поворота, градус



31
31
1250, 2200, 3700
0-90



79
79
3700
0-90

Вращатель:
        крутящий момент, Н • м
        частота вращения, об/мин

3700, 4200, 2900
0-600
0-510
0-730


10000
20-630 (8 ск)

Трубодержатель:
       диаметр зажимаемых труб, мм
       удерживающая сила, кН
       момент раскрепления, кН . м


50-145
51
6,4


50-220
135
37

Силовой агрегат:
       тип/мощность, кВ/частота
       вращения, об/мин


Дизель/58/1800
Электромотор/30/1450


Дизель/60/2200
Дизель/58/2150
Дизёль/70/2150

Насосы:
      производительность, л/мин/
      давление, бар
      № 1
      № 2
      объем бака, л
      масса, кг




90/175
50/175
70




120; 175
40; 175
250
С 11000
РТО -
СВ 12000

Примечания. С - трактор, РТО - автомобиль, СВ - на тракторе поворот в трех плоскос­тях: 0-120 град., от -21 до 76 град., 0-90 град.

 

 


Буровые установки «Мустанг»

 

Характерные особенности буровых установок:

Буровые установки на гусеничном шасси, обеспечивают возможность бурения под любым углом; «Мустанг A-32CNS» имеет ширину только лишь 750 мм и предназначен для работы в стесненных условиях; обеспечивают бурение забойными ударными машинами, шнекового, колонкового способов бурения; энергообеспечение - гидропривод с первичным двигателем от дизеля или электромотора; механизм подачи - цепной с гидродвигателем.

Ориентировочные глубины бурения установками «Мустанг» приведены в таблице 10.
Техническая характеристика установок дана в
таблице 11

Таблица 10. Ориентировочная глубина бурения установками «Мустанг»

Диаметр бурильных труб

«Мустанг A-32CNS»

«Мустанг БСтСВ»

Бурение на воду
                             114
                             127


30
24


50
40

Колонковое бурение
                            54; 55
                           60,3; 68
                               89


300
240
160


480
400
250

Таблица 11. Техническая характеристика буровых установок «Мустанг»

Параметры

«Мустанг A-32CNS»

«Мустанг А-66СВ»

Механизм подачи:
             усилие подачи, кН:
                    вверх 
                    вниз
             скорость подачи, м/с: 
                    вверх
                    вниз ход 
            подачи, мм



32
32

0,45
0,45
1250



90
90

0,38
0,38
3700

Вращатель:
            крутящий момент, Н · м
            частота вращения, об/мин


4361
0-470 (2 скор.)


13230
0-615 (8 скор.)

Трубодержатель: 
            диаметр проходного отверстия, мм


178


200

Силовой агрегат:
            тип/мощность, кВ/частота
            вращения, об/мин


дизель/46/2150
электрический/30/-


дизель/70/2150

 

Насосы: 
            производительность, л/мин/
            давление, бар
                    № 1
                    № 2
                    № 3
           объем бака, л
           масса, кг




95/175
21/140
23/80
180
2350




120/250
120/200
21/80

12000

Шпиндельные буровые станки концерна Atlas Copco Craelius

DC550; DC550E; DC550D; DC850D - имеют механическую трансмиссию, высокую надежность и требуют минимального технического обслуживания.

Ориентировочные глубины бурения шпиндельными буровыми станками таблица 12.Технические характеристики буровых станков даны в таблице 13.

Таблица 12. Ориентировочные глубины бурения шпиндельными станками концерна Atlas Copco Craelius

 

Диаметр труб, мм

Марки станков

DC550; DC550E; DC550D

DC850

42
50; 54
60,3; 68
89
114

900
675
650
500
350

-
1310
1060
800
530

 Таблица 13. Технические характеристики шпиндельных станков концерна Atlas Copco Craelius

Параметры

DC550-DC550E

DC550D

DC850D

Вращатель:
            ход, мм
            усилие, кН
             вниз
             вверх
      частота вращения, об/мин: 

             I передача

             II передача 
      
внутренний диаметр шпинделя, мм 

       диаметр цилиндра/штока, мм


600

61
85


600

61
85


600

52/78
77/108

140, 270, 500, 900, реверс- 155

58, 119, 217, 367, реверс 49

205, 395, 735, 1335, 1680, реверс - 230

193, 395, 722, 1200, реверс - 164

92

60/30

98

70/36

Лебедка:
      крутящий момент, макс, Н • м
      тяговое усилие, кН
      скорость подъема, м/с
      трос (длина/диаметр)


1570
41
0,3-2,4
20/13


-
98
0,25-1,8
45/15

Гидронасос:
      производительность, л/мин
      давление, бар


20
150


60
140

Привод:
      тип
      мощность, кВт
      частота вращения, об/мин
      масса станка, кг


Б/привода, Электр.
-
-
850, 1250(Е)


Дизель
29,5
1800
1400


Дизель
40,6
2200
2100

Мачта:
      высота, м:
      для свечи 3 м
      для свечи 6 м
      угол наклона от вертикали,
градус
      масса, кг



4,8
7,8
60

117



4,8
7,8
-

117

 

 


Буровые установка «Даймек-252», технические характеристики

 

clip_image021

Рисунок 6- Буровая установка «Даймек-252»

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

DIAMEC 252 -полностью гидрофицированая установка алмазного колонкового бурения с отбором керна, предназначенная как для разведочного бурения, так и для бурения цементационных скважин.

DIAMEC 252 очень прост в управлении. Все операции по свинчиванию и развинчиванию механизированы и осуществляются с панели управления. Все, что требуется от оператора -это установить штангу на податчик и снять ее.

DIAMEC 252 позволяет буритьскважины во всех направлениях. 

Стандартный комплект установки включает три основные части:

Ø  буровой агрегат,

Ø  пульт управления,

Ø  силовой агрегат,

Они соединены между собой гидравлическими шлангами, позволяющими расположить силовой агрегат на расстоянии до 4.5 метров от места бурения.

 В качестве привода буровой установки возможна поставка силовых агрегатов двух типов:

1) с электродвигателем для использования на рудниках и в туннелях,

2) с дизельным двигателем для бурения с поверхности.

 

Рекомендации

Наилучшие результаты использования установки достигаются благодаря следующим факторам:

* высокая скорость бурения;

* максимальный выход керна;

* низкая себестоимость бурения.

Особенно важен правильный подбор и качество используемого бурового инструмента (буровые штанги, керноотборники и буровые коронки), в зависимости от характеристик пород и горно-геологических условий.

Отличительной чертой установки DIAMEC 252 является широкий диапазон изменения скорости вращения шпинделя, большой внутренний диаметр шпинделя и высокое осевое усилие, что позволяет бурить скважины диаметром от 36 до 60 мм (Е-В), используя обычные буровые трубы или канатную лебедку для подъема бурового става. Внутренний диаметр шпинделя max.58 мм. Важным фактором использования установки DIAMEC 252 является то, что все необходимое оборудование покупается у одного поставщика, а также возможность сервисного обслуживания и обучения персонала заказчика специалистами фирмы.

Рама податчика

clip_image023

Длина хода податчика может быть в двух вариантах: 850 и 1 600 мм. Подача осуществляется одним гидроцилиндром и приводным цепным механизмом. Можно выбрать один из двух режимов подачи: быстрая при небольшом усилии или медленная при высоком усилии с работой одного или обоих цилиндров подачи.

 Вращатель и запатентованный гидропатрон

Состоит из паромотора, редуктора, шпинделя с проходным отверстием и запатентованного гидропатрона Alias Сорсо. Крутящий момент передается через редуктор на гидропатрон который зажимает и вращает бурильную трубу. Гидропатрон и штангодержатель автоматически синхрони­зируются, что обеспечивает безопасное и легкое выполнение спускоподъемных операций и операций с трубами.

Таблица14- Характеристики врашателя

Показатели

Значения

Скорость при макс, мощности

550 - 2200 об/мин

Внутренний диаметр шпинделя

58.0 мм

Осевое усилие удержания пиропатрона

100 кН

Макс, крутящий момент

570Нм

Штангодержатель

Штангодержатель гидромеханического типа. Усилие удержа­ния создается пружинами,

открывание - гидравлическое.

Таблица 15- Характеристики штангодержателя

Показатели

Штангодержатель Даймек-252

Штангодержатель тяжёлого типа

Максимальный диаметр бурильной трубы

60.5 мм

114 мм.

Осевое усилие удержания

12 кН

22 кН.

Осевое усилие удержания с карбидвольфрамовыми вставками

-

33 кН

 Рисунок 8, Рисунок 9

clip_image027                                     

clip_image029                                     

 Силовой агрегат имеет два сдвоенных гидронасоса переменной производительности, позволяющих эффективное регулирование подачи масла в соответствии с нагрузкой.

Укомплектован стандартными подсоединениями для подключения дополнительного промывочного насоса с гидроприводом. Базовая комплектация включает бак гидромасла на 70 л, маслоохладитель и фильтры.

Силовой агрегат 45Е работает от асинхронного электромотора, силовой агрегат 40DT - от дизельного двигателя DeutzBF4L 913с турбонаддувом.

 Таблица 16- Характеристики силового агрегата 

Показатели

Силовой агрегат 45 Е

Силовой агрегат 40 DT

Мощность двигателя

45 кВт

68 кВт

Главный насос:

 

 

максимальная производительность

75 л/мин

75 л/мин

максимальное давление

260 бар

260 бар

Вспомогательный насос:

 

 

максимальная производительность

29 л/мин

44 л/мин

максимальное давление

210 бар

210 бар

Масса

615 кг

810 кг

Модификация

850

1600

Буровой станок

336 кг

370 кг

Пульт управления вместе  с гидрошлангами

I70 кг

170 кг

Размеры в мм.

 

 

А

1 940

2 690

В

1 540

2 290

С

170

170

D

52D

520

Е

420

420

F

I160

1 160

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DIAMEC 252 может также устанавливаться на колонке. Это преимущество позволяет устана­вливать оборудование в стесненных условиях горных выработок. Использование колонки позволяет просто и надежно закрепить буровой агрегат в выработке путем распора колонки в почву и кровлю выработки. Максимальная эф­фективность использования распорной колонки достигается при бурении отдельных скважин в разных направлениях, а также веерных скважин с одной установки.

 Распорная колонка изготавливается из 3" трубы и может быть двух типоразмеров по длине:

Рабочая высота:от 2 до 2.8 м. от 2.6 до 3.4 м.

Водяной коллектор (водосборник) при бурении восходящий скважин

Водяной коллектор устанавливается у устья сква­жины и служит для сбора и отвода промывочной воды и буровой мелочи при бурении вверх.

clip_image050

  

Поворотный стол  Рисунок 15

Использование поворотного стола, который монтируется на раму салазок позволяет  поворачивать буровой агрегат на 360' в горизонтальной плоскости.

Червячная передача Рисунок 15

Между держателем податчика и рамой возможна установка дополнительной червячной пары, которая позволяет поворачивать буровой агрегат в вертика­льной плоскости.Червячная пара управляется вручную. Сочетание червячной передачи и поворотного стола позволяет устанавливать раму податчика в любом направлении не перемещая сам станок.

Шарнирное крепление

Вращатель и штангодержатель могут быть смон­тированы на шарнирной подвеске, что позволяет легко отводить их в сторону для освобождения устья скважины. Это дает возможность работать с обсадными трубами и другим скважинным обо­рудованием большего размера, чем проходное отверстие штангодержателя и шпинделя вращателя. Использование шарнирного крепления для монтажа одного из этих узлов (например, вращателя) пред­полагает необходимость установки другого узла также на шарнирном  креплении. Это делается для того, чтобы снивелировать межцентровое расстоя­ние по высоте.

Шарнирное крепление вращателя может, при необ­ходимости, быть заменено на прокладку

Зажим обсаднойтрубы Рисунок 17 а,б. Используется для крепления нижнего конца балки податчика к обсадной трубе. Зажим обсадной трубы может монтироваться на корпусе штангодержателя Рисунок 17а) или на монтажной плите шарнирного крепления штангодержателя Рисунок 17б)Зажимы выпускаются для следующих размеров обсадных труб : 54 мм. 64 мм. 74 мм, AW, BW

Дополнительные детали, выбираемые в зависимости от размера бурового става

Детали, показанные на Рисунок18 выбираются в зависи мости от типа и диаметра буровых труб, керноотбор-ников и обсадных труб (См.каталог запасных частей]. Комплект указанных деталей выпускается для типо­размеров 33, 43, 53 мм, EW, А и В.

 Монтируется под рамой податчика Комплек­туется шлангами, удлинителем лебедки и верхним блоком (без троса). Имеет привод от гидродвигателя. Управляется с пульта управления.

 Таблица17-  Технические характеристики тросовая лебёдки

Характеристики

 

Емкость барабана:

 

трос диаметром 6 мм

300 м

трос диаметром 5 мм

428 м

Тяговое усилие:

 

минимум

3400 Н (полный барабан)

максимум

5800 Н (пустой барабан)

Скорость навивкиминимум

3,0 м/сек (полный барабан)

Скорость навивки максимум

5,0 м/сек (пустой барабан)

Масса (без троса)

57 кг.

 

Игольчатый клапан

Для увеличения давления в гидросистеме и стабилизации скорости вращения при бурении на низкой скорости в рыхлых отложениях или с помощью погружного пневмоударника используется игольчатый дроссельный клапан. Патрон штангодержателя работает более надежно при повышенном давлении. Игольчатый дроссельный клапан (1) устанавливается на панели управления и ограничивает поток гидравлической жидкости на возвратной линии от гидродвигателя.

Набор шлангов

В зависимости от размеров рабочей площадки может возникнуть необходимость отнести сило­вой агрегат от буровой установки на расстояние, большее, чем это позволяют стандартные соеди­нительные шланги. Предлагаются на выбор 2 набора шлангов: длиной 10 и 25 метров. В комплект входят также соединительные нипеля для подключения удлинительных шлангов к основным.

 Для увеличения эффективности охлаждения масла в гидросистеме может устанавливаться дополнитель­ный охладитель. Он устанавливается в случае, если бурение ведется при высокой температуре окружаю­щей среды, или если температура охлаждающей воды выше + 30°С.

Буровой (промывочный) насос  Рисунок 23, 24

Буровые насосы типа TRIDO позволяют осущест­влять все виды бурения для которых  предназначен DIAMEC252.

clip_image077Насосы TRJDO 80/140 могут иметь электрический или дизельный двигатель, а также гидравлический привод, работающий от силового агрегата и управ­ляемый с пульта управления.

 

TRIDO 45

TRIDO80

TRIDO 140

Производительность, макс, л/мин

45

70

135

Давление, макс, бар

45

40

35

 

 


Особенности буровой установки

 

Особенности конструкции буровая установки

1.     Промышнленный вертлюк

2.     Вращатель

3.     Буровая штанга

4.     Концевой выключатель

5.     Рама податчика

6.     Стойка

7.     Упор

8.     Штангодержатель

 

Пульт управления          

9.     Пульт управления

10.  Подставка

11.  Огнетушитель

      12.Кнопка аварийного останова

Силовой агрегат с электроприводом

13.Стартер-пускатель

14.Буксировочная балка

15.Бак для гидравлического масла

16.Фильтр гидравлического масла

17.Водяной маслоохладитель

18.Сдвоенный гидравлический насос

      19.Электрический двигатель

 

Рисунок 26- Пульт управления

clip_image083clip_image085clip_image087clip_image089clip_image091

5. Переключатель функций свинчивание штанг/бурение

6. Рычаг управления подачей

7. Рычаг управления вращателем

8. Рычаг управления тросовой лебёдкой

9. Рычаг управления насосом промывки

11. Регулятор синхронизации работы  гидропатрона вращателя и штангодержателя при бурении вверх

12. Регулятор синхронизации работы гидропатрона вращателя и штангодержателя при бурении вниз

13. Регулятор скоростивращения

14. Регулятор давления зажима

15. Регулятор усилия подачи  главного насоса

16. Ручки регуляторов давления

 

 

 


Буровая установка «Даймек-232»

 

Самая малогабаритная и компактная, полностью гидрофицированная механизированная установка колонкового бурения семейства DIAMEC®

Рисунок 27

clip_image093

Рисунок 27- Буровые установка «Даймек-232»

Три преимущества.

 1.Повышение эффективности бурения

 2.DIAMEC®. Гидрофицированная установка, идеальна для бурения цементационных скважин и отбора керна в узких подземных выработках и стесненных пространствах.

3. Эффективна для бурения с поверхности.

Благодаря компактной конструкции и небольшому весу машина легко и быстро подготавливается к работе, что обеспечивает быстрое перемещение между буровыми площадками не нарушая производственного процесса на руднике и цементации галерей плотины.

DIAMEC® 232 может работать в угольных шахтах, т.к. не имеет алюминиевых частей, а специально сконструированный силовой агрегат позволяет использование пожаробезопасных жидкостей c HFC (вода/гликоль), отвечая тем самым требованиям для работы в угольных шахтах.

Особенности улучшенной конструкции DIAMEC® . в представляемой установке DIAMEC® 232:

Рисунок 28

clip_image095

Рисунок 28- Буровые установка «Даймек-232»

¨                     Все управление гидравлическое. Один оператор выполняет все буровые и спускоподъемные операции с пульта управления.

¨                    Механизированный спуск/подъем не требуют использования ключей.

¨                     Шарнирное крепление штангодержателя и вращателя.

¨                    Легкий отвод в сторону буровой головки для освобождения  устья  скважины.

¨                     Высокая производительность

¨                     Электрический или дизельный двигатель

¨                    Гидромотор вращателя с регулируемой частотой вращения для    обеспечения бесступенчатого изменения частоты вращения при   сохранении макс. выходной мощности.

¨                     Простой прочный силовой агрегат со сдвоенным гидронасосом, позволяющий независимое регулирование подачи и вращения. Отбор мощности для перемещения и промывочного насоса.

¨                     Легкий доступ для техобслуживания.

 

Технические характеристики DIAMEC® 232

Характеристики податчика                                                  

Длина                     1510 мм                                                  

Расстояние «А»

Рамы податчика    850 мм

Усилие подачи                 20 кН

Тяговое усилие                15 кН

Скорость подачи                                                      

          вверх                       0,8 м/сек                                    

          вниз                         1,0 м/сек

Панель управления

Скорость выполнения операций, вкл. штанги и  свинчивание/развинчивание 20 м/мин                                                                                                                   

Характеристики труб

Размер буровых труб        Прибл. глубина бурения, м

 Алюм. 33                                         300

 Алюм. 43, Флюм. AW                    200

 Compo 43                                        145

 Сталь 33                                          150                                     

 Сталь 42                                          120

 АК (AQ)                                          120

 AGM                                                145                                         

Приведенные значения даются как справочные и относятся к нисходящему бурению в однородных породах».

Вращатель с запатентованным гидропатроном

Вращатель состоит из гидромотора, редуктора, шпинделя с проходным отверстием и запатентованного гидравлического зажимного патрона Atlas Copco. Вращение передается через редуктор на патрон, который под действием давления зажимает и вращает трубу. Действия гидропатрона и штангодержателя синхронизируются для обеспечения безопасности и облегчения

операций.

 Характеристики вращателя

Макс. частота вращения                       550-2200 об/мин

Внутр. диаметр шпинделя                    50.0 мм

Осевое усилие удержания патрона      30 кН

Макс. крутящий момент                       250 Нм

Штангодержатель

Надежный Штангодержатель, прост в эксплуатации                                                

Штангодержатель гидравлическо-механического типа: зажимание обеспечивается пружинами, открывание. гидравлическим давлением.

Макс. O открывания             52 мм

Осевое усилие удержания     12 кН

 

 


Технические характеристики DIAMEC® 232

Силовые агрегаты 20Е и 20D со сдвоенным гидронасосом

Силовой агрегат имеет встроенный в гидросистему сдвоенный гидронасос переменной производительности, обеспечивая регулировку подачи масла в соответствии с нагрузкой. Имеются стандартные подсоединения для подключения дополнительного промывочного гидронасоса. Базовая комплектация включает бак гидромасла на 70л, маслоохладитель и фильтры. Электрический агрегат 20Е работает от асинхронного электромотора; дизельный 20D от дизельного турбодвигателя Deutz F3L 1011.

                                                   Силовой агрегат 20Е                          Силовой агрегат 20D

Мощность двигателя    15 кВт(20 лс) при 1455 об/мин          26 кВт(34 лс) при 2500 об/мин

Главный насос

Производительность                   45 л/мин                                                    45 л/мин

Давление                                       210 бар                                                      210 бар

Вспомогательный насос

Производительность                    3 л/мин                                                      3 л/мин

Давление                                       210 бар                                                      210 бар

Массы Силовых агрегатов         230 кг                                                        405 кг

 Размеры в мм

Масса в кг

Буровая установка**      254 кг

Пульт управления           79 кг

** Включая пультуправления с гидрошлангами

 

 Технические характеристики DIAMEC® 232

Промывочный насос                   Производительность                Давление бар

TRIDO® 45H .............................        45 л/мин                                          45                         

Комплект для гидрошлангов...................................................3 715 8191-90

Комплект для водяного шланга................................................. 8492 0211-11

Рабочий инструмент

Полевой комплект запчастей с инструкцией........................... 8314 0119-01

Вспомогательный комплект...................................................... 3716 5916-90

Распорная колонка

Рабочий диапазон........................................................... 2 . 8 м.................................................................................... 2.6 . 3.4 м1..

 

 

 


ТРАНСПОРТИРОВКА И МОНТАЖ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ Diamec

 

Схемы строповки и подъема силового агрегата, бурового агрегата со станцией.

 

Подъём силового агрегата

 1. Способ строповки Рисунок  35

clip_image113

Рисунок 35–Схема строповки и подъема силового агрегата

 

ОПАСНОСТЬ

Стропы должны быть рассчитаны на грузоподъемность 2т (для силового агрегата) и 4 т (для бурового агрегата) и меть достаточный запас прочности. Убедитесь, чтобы во время подъема никого не было в зоне работ

Подъем бурового агрегата

Установите балку податчика и вращатель

как показано на рисунке. Точка захвата

должна располагаться по центру тяжести.

Вращатель на балке податчика.

 

2. Способ строповки Рисунок 36

clip_image115

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 36- Подъем балки податчика  с вращателем

Буровой агрегат со станиной(салазками)

1. Зацепите строповочные крюки по углам

салазок, как показано Рисунок 37

2. Пропустите стропы через отверстия

Подъемного приспособления (4х). Подъемные приспособления (4 шт., по одному с каждого угла салазок) 

clip_image117

 Рисунок 37- Подъем бурового агрегата со станиной (салазками)


 

 


Порядок транспортирования бурового оборудования по подземным горным выработкам

 

Транспортировка силового агрегата

При транспортировке силового агрегата на вилочном погрузчике или на другом транспортном средстве, силовой агрегат должен быть закреплен. Max.скорость передвижения -5 км/час. На рабочей площадке под колеса силового агрегата должны быть подложены клинья, чтобы избежать его смещения Рисунок 38

clip_image119

Рисунок 38– Транспортировка силового агригата

Транспортировка бурового агрегата

 При транспортировке бурового агрегата на вилочном погрузчике или на другом транспортном средстве, буровой агрегат должен быть надежно закреплен.Рисунок 39

clip_image121

Рисунок 39- Транспортировка бурового агригата

ОПАСНОСТЬ

Стропы должны быть рассчитаны на грузоподъемность 2 т (для силового агрегата) и 4 т (для бурового агрегата)и иметь достаточный запас прочности. Не используйте поврежденные стропы. Убедитесь, чтобы во время подъема никого не было в зоне работ.                                                                     

 

 

 


БУРОВОЙ И ВСПОМАГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Diamec

 

Выбор алмазов

Классификация технических алмазов

Следует иметь в виду, что из всех видов алмазного инструмента, применяемого в промышленности, алмазная буровая коронка работает в наиболее тяжелых условиях. Это объясняется неоднородностью свойств разбуриваемых горных пород, наличием сложного сочетания знакопеременных нагрузок, характер которых в условиях забоя скважин мало изучен, и, самое главное, отсутствием постоянного оперативного контроля за состоянием режущей части коронки. Поэтому правильный выбор качества алмазов, используемых для армирования матрицы, существенно влияет на работоспособность алмазного породоразрушающего инструмента.

Выбор алмазов

Выбор алмазов необходимого качества определяется физико-механическими свойствами горных пород, в первую очередь, твердостью, абразивностью, трещиноватостью и вязкостью породы. В настоящее время существует несколько классификаций технических алмазов, применяемых для оснащения породоразрушающего инструмента.

Классификационные признаки

Основными классификационнымипризнаками алмазов по системе «SITY» являются:

·        размерность

·        форма и степень искажения формы

·        характер поверхности граней

·        дефектность (качество)

·        цвет

Размерность алмазовРазмерность алмазовхарактеризуется условными ситовыми классами, весовыми группами в грейнерах и весовыми группами в каратах.

 

Форма и степень искажения алмазов

По форме алмазыподразделяются на целые кристаллы и их обломки, двойники и их обломки, сростки кристаллов.

Степень искажения формы алмазовхарактеризуется отношением максимально различных размеров по осям симметрии третьего порядка или по осям наибольшего искажения. В зависимости от степени искажения формы алмазы относятся к той или иной основной позиции (подгруппе).

Степень искажения формы определяется образцами. Характер поверхности граней алмазов (рельефность) классифицируется по наличию и степени проявления различных внешних морфологических особенностей и определяется по образцам. В зависимости от характера поверхности граней алмазы относятся к той или иной основной позиции (подгруппе). Каждая основная позиция (подгруппа) подразделяется на позиции дефектности (качества) и позиции цвета. Сортировка алмазов по качеству и цвету производится в соответствии с утвержденными образцами. На работоспособность алмазной коронки большое влияние оказывает размерность алмазов, которая определяется по числу зерен, приходящихся на 1 кар., т. е. числом близких по размеру камней, входящих в навеску, равную 1 кар. Таблица 14

Таблица 14-Соотношение размерностей алмазов

Условный ситовой класс

Ситовой класс, мм

Размерность, шт/кар.

Размерность, грайнеры

Размерность, караты

-0,5

-0,5+0,4

800-600

2

0,45-0,65

 

-0,6+0,5

600-400

3

0,66-0,89

 

-0,7+0,6

400-200

4

0,90-1,19

-1+0,5

-0,8+0,7

200-150

5

1,20-1,39

 

 

150-120

6

1,40-1,79

 

- 1,0+0,8

120-90

8

1,80-2,49

-2+1

- 1,0+0,8

90-60

10

2,50-2,79

-3+2

- 1,2+1,0

90-60

3 размер, кар

2,80-3,79 кар

 

 

60-40

4 размер, кар

3,80-4,79 кар

-4+3

 

50-30

5 размер, кар

4,80-5,79 кар

-5+4

- 1,6+1,2

 

6 размер, кар

5,80-6,79 кар

-6+5

 

30-20

7 размер, кар

6,80-7,79 кар

-7+6

-2,0+1,6

20-12(12-8)

8 размер, кар

7,80-8,79 кар

-9+7

-2,4+2,0

12-8(8-5)

9 размер, кар

8,80-9,79 кар

- 11+9

-2,8+2,4

8-5(5-4; 4-3)

 

 

+ 11

-3,3+2.8

(4-3; 3-2; 2-1)

 

 

Зернистость алмазных порошков по стандартам России, США, Англии и Германии, применяемых для оснащения алмазного инструмента, приведена в таблице15

Таблица 15-Зернистость алмазных порошков по различным стандартам

ГОСТ 9206—80 «Порошки алмазные» (Россия)

Отверстия сит по ИСО 565

Стандарт ФЕПА

Британский стандарт BS 1987

Стандарт США, AST МЕШ

Стандарт Германии DTN 848

серия 2

серия 1

Широкий диапазон зернистостей

1600/1000

-

-

-

-

-

-

-

1180/850

1182

14/18

16/20

-

-

1000/630

-

-

-

-

-

-

-

850/600

852

18/25

20/30

-

700

630/400

600-425

602

25/36

30/40

-

500

400/250

425/300

427/302

36/52

40/50

-

350

250/160

150/180

252

60/85

60/80

-

-

Узкий диапазон зернистостей

1600/1250

-

-

-

-

-

-

1250/1000

1180/1000

1182

14/16

16/18

-

1100

1000/800

1000/850

1001

16/18

18/20

-

900

800/630

850-710

851

18/22

20/25

-

700

-

710/600

711

22/25

25/30

-

700

630/500

600/500

601

25/30

30/35

550

500

500/400

500/425

501

30/36

35/40

450

500

400/315

425/355

436

36/44

40/45

-

350

-

355/300

356

44/52

45/50

-

350

315/250

300/250

301

52/60

50/60

280

250

250/200

250/212

251

60/72

60-70

220

250

200/160

212/180

213

72/85

70/80

180

150

-

180/150

181

85/100

80/100

160

150

160/125

150/125

151

100/120

100/120

140

150

125/100

125/106

126

120/150

120/140

110

100

100/80

106/90

107

150/170

140/170

90

100

-

90/75

91

170/200

170/200

90

70

80/63

75/63

76

200/240

200/230

65

70

63/50

63/53

64

240/300

230/270

55

50

 Примечание. В числителе - наибольший размер зерен основной фракции, в знаменателе наименьший размер зерен основной фракции.

Размер объемных и подрезных алмазов, закладываемых в коронку, определяется структурой горной породы и ее твердостью. Установлено, что максимальная скорость бурения достигается тогда, когда в процессе разрушения горной породы образуются крупные частицы шлама. Поэтому величина алмазов в коронке должна быть такой, чтобы отделять от забоя частицы породы по возможности более крупных размеров и одновременно обеспечивать достаточный зазор между матрицей коронки и породой забоя для выноса отдельных частиц породы промывочной жидкостью из-под торца коронки без их дополнительного переизмельчения. Таким образом, чем больше выступающая из матрицы часть алмазов соответствует частице, которую предстоит отделить от породы, тем лучше будет работать коронка. Поэтому для бурения в мягких крупнозернистых породах следует выбирать коронки, армированные более крупными зернами алмазов, а в мелко- и тонкозернистых породах - мелкими зернами. Таблица 16

Таблица 16- Размеры алмазного зерна и порошков

Число алмазов в 1 кар

Линейные размеры, мм

Средний условный диаметр, мм

Алмазное зерно

 

3

3,50-3,80

3,65

3-2

3,30-3,50

3,40

4-3

3,00-3,30

3,15

10-5

2,80-3,00

2,90

20-10

2,50-2,80

2,65

30-20

2,0-2,50

2,25

40-30

1,60-2,00

1,80

60-40

1,50-1,60

1,55

90-60

1,25-1,60

1,43

150-120

1,00-1,25

1,13

300-200

0,80-1,00

0,90

800-400

0,63-0,80

0,72

Алмазные порошки

 

1200-800

0,50-0,63

0,57

2000-1200

0,40-0,50

0,45

Величина алмазовдолжна соответствовать твердости горной породы. Чем тверже порода, тем более мелкие зерна алмазов следует использовать для ее бурения.
В породах VI-VIII категории по буримости, как правило, применяют коронки с алмазами размером 20-12 шт/кар.
В породах VIII-IX категорий - 60-20 шт/кар.
В породах IX-X категорий-150-60 шт/кар
В очень твердых породах XI-XII категорий- 600-150 шт/кар. и более.

Для повышения качества низкосортных алмазов разработан ряд технологических процессов.
          Путем искусственной обработки кристаллам алмаза
Рисунок 41
придают изометричную и овальную форму, отбраковывают трещиноватые и дефектные камни, полируют поверхность ранее обработанных или естественных кристаллов, металлизуют зерна алмазов путем нанесения на их поверхность металлических покрытий (никель, титан, вольфрам и др.), повышают прочность алмазов путем снятия внутренних напряжений в кристаллах при нагревании их в инертной среде и др.

Избирательное дробление низкосортных алмазов проводится для придания кристаллам  изометрической формы и устранения трещиноватых и дефектных алмазов. Дефектные зерна дробятся преимущественно по направлению трещин, по включениям, по зонам внутренних напряжений. Алмазы, обработанные методом избирательного дробления, используются при изготовлении буровых коронок в качестве объемных алмазов.

Овализация низкосортных алмазов проводится с целью получения зерна овальной изометрической формы и разрушения трещиноватых и дефектных алмазов.
В процессе обработки алмазы раскалываются, острые углы и вершины кристаллов  притупляются;  алмазы  получают округлую форму,  их  прочность повышается. При длительной обработке можно получить алмазы практически шаровой формы. При кратковременной - слегка округленной формы. Поверхность овализованных алмазов - матовая, шероховатая. При изготовлении коронок овализованные алмазы используются в качестве подрезных.

 Конструкция алмазной коронки.

           Алмазная коронка состоит из алмазосодержащей матрицы 1 и стального корпуса 2 с нарезанной резьбой Рисунок 42В матрице имеютсяпромывочные каналы 3, число и форма которых неодинаковы в коронках различного назначения и диаметров.

 

 


Матрица алмазной коронки

 

Матрица алмазной коронкидля колонкового бурения скважин представляет собой кольцо из металлокерамического сплава, в котором размещаются алмазы. В процессе изготовления  матрица коронки припаивается к стальному корпусу. Внешний вид матрицы коронок определяется, в основном, конструкцией промывочной системы, формой торца и расположением алмазов. Форма торца определяется назначением инструмента в условиях его эксплуатации.

В таблице 17 приведены характеристика, назначение и область применения, форма и профиль торца основных конструктивных форм коронок, применяемых в геологоразведочном бурении.

 

Таблица 17- Классификация конструктивных форм торца матрицы алмазных коронок

Форма торца

Краткая характеристика, назначение и область применения

 

Профиль торца

 

Плоский

Небольшая масса алмазов; для пород средней твердости и твердых, малой абразивности. Матрицы с плоским торцом изготовляются обычно только для импрегнированных коронок. Это объясняется тем, что повышенный износ периферических кромок матрицы в таких коронках не выводит их из строя преждевременно. Напротив, некоторое увеличение высоты матрицы, достигаемое при плоском ее торце, способствует сохранению рабочего диаметра коронки в процессе бурения. Плоский торец имеют, например, импрегнированные коронки типа 03И5, И4ДП, БИТ и др.

clip_image131

Усеченная полусфера

Закругленная режущая часть обусловливает лучшее использование коронки по наружному и внутреннему диаметрам; большая масса алмазов, чем у матриц с плоским торцом. Эта форма применяется в алмазных коронках для бурения колонковой трубой. Радиус закругления торца матрицы всегда больше половины толщины стенки матрицы. Такой профиль торца имеют коронки 01 A3, 02ИЗГ, 20И2Г, 21МЗГ, 14АЗ и др.

clip_image133

Полусфера

Торец матрицы характеризуется тем, что радиус его закругления равен половине толщины матрицы. Полностью закругленная режущая часть позволяет лучше использовать наружные поверхности, т. е. такой профиль позволяет разместить на рабочем торце матрицы большее число алмазов и укрепить периферические части матрицы, которые подвержены усиленному износу, особенно при бурении трещиноватых, весьма твердых и часто перемежающихся абразивных горных пород. Радиус закругления, практически равный половине толщины стенки матрицы, имеют коронки 04АЗ и др.

clip_image135

Прямой полуку­пол (наружный конус)

Несимметричная форма режущей кромки. Такие профили торца матриц обычно используются для толстостенных коронок, применяемых с двойными колонковыми трубами. Форма прямого полукупола позволяет увеличить выход керна при бурении мягких легко разрушающихся горных пород и уменьшить искривление скважины. Скорость бурения несколько выше, чем при использовании матрицы с усеченной полусферой торца.

clip_image137

Пилот

Коронка хорошо сохраняет направление скважины при вертикальном бурении; скорость бурения несколько выше, чем при использовании матрицы с усеченной полусферой торца; применяется в коронках для пород средней твердости

clip_image139

Специальный пилот

То же, что и предыдущая форма; применяется для твердых и средней твердости пород

clip_image141

Двухступенчатая

Применяется для коронок с широким торцом матрицы, используемых с двойными колонковыми трубами. Режущая кромка более ослаблена, чем в предыдущих формах. Применяется для мягких и средней твердости пород

clip_image143

Многоступен­чатая

Наиболее распространенная (стандартная) форма для коронок, применяемых в снаряде со съемным керноприемником. Высокая скорость бурения; хорошо сохраняет направление скважины. Применяется для средней твердости и твердых пород; для очень твердых пород матрица такой формы слаба. Пригодна для коронок с широким торцом матрицы; обеспечивает большую скорость бурения и лучше сохраняет направление скважины, чем полусфера

clip_image145

Обратный полукупол

Пригодна для коронок с широким торцом матрицы (для двойных колонковых труб). Применяется в тех случаях, когда высокая абразивность и раздробленность разбуриваемых пород способствует быстрому, преждевременному износу периферических алмазов по внутреннему диаметру короночной матрицы

clip_image147

Гребешковый

Применяется для коронок при бурении с одинарными колонковыми снарядами и комплексами ССК (коронки 22ИЗГ и др.) в породах средней твердости

clip_image149

Врубовый

Используется для достижения высоких механических скоростей при бурении скважин в осадочных и метаморфических горных породах. Такой профиль имеют коронки KB, КРК, КСТМ

clip_image151

 

Размер алмазов, шт/кар

5-2

10-5 20-10

30-20

Выступ алмазов из матрицы, мм

0,6-0,5

0,5-0,4 0,4-0,3

0,3-0,25

Размер алмазов, шт/кар

40-30

60-40

90-60

Выступ алмазов из матрицы, мм

0,3-0,2

0,25-0,2

0,2-0,15

 

  Матрица алмазных коронок служит для закрепления алмазов в коронке. От свойств  матрицы значительно зависит работоспособность коронки в целом. Матрицы должны удовлетворять следующим требованиям:

Ø  надежно удерживать алмазы во время работы коронки

Ø  обладать достаточно высокой прочностью, обеспечивающей отсутствие ее поломок при оптимальных и специальных режимах эксплуатации коронки

Ø  соответствовать по износостойкости абразивности разбуриваемой породы

Практика алмазного бурения показывает, что не может быть создана одна универсальная матрица, обеспечивающая получение высоких результатов при бурении в породах с различными физико-механическими свойствами. При нормальной работе коронки матрицы должны изнашиваться несколько быстрее алмазов. Если матрица перестанет  изнашиваться или будет изнашиваться слишком медленно, то бурение замедлится или даже прекратится после незначительного износа алмазов. Если при  бурении матрица будет изнашиваться слишком быстро, то алмазы обнажатся и выпадут из матрицы, не успев износиться.

Поскольку разные горные породы обладают различной способностью изнашивать  короночную матрицу, нормальная работа коронки будет обеспечена только при правильно подобранной матрице. Поэтому специализированные матрицы коронок разработаны применительно к группам пород, близких по способности изнашивать матрицы.

Износостойкость матрицыопределяется на специальных испытательных машинах и характеризуется величиной потери  массы при абразивном износе испытываемого образца за единицу времени. Ориентировочное представление об износостойкости различных матриц  дает их линейный износ по высоте при бурении одной и той же породы.

Твердость матрицы, обычно выражаемая в HRC, не является показателем, идентичным износостойкости данной матрицы. Коронки с одной и той же твердостью матрицы могут иметь различную износостойкость, если они изготовлены из различного материала. Кроме того, твердость весьма неоднородных по составу металлокерамических матриц вообще не может быть выражена однозначно. Однако вследствие того, что измерить твердость проще, чем износостойкость, в настоящее время принято для сугубо ориентировочной оценки износостойкости матрицы указывать ее твердость. Эта величина представляет среднеарифметическое число, полученное по 8-10 измерениям в каждом секторе матрицы.

 


Классификация алмазосодержащих матриц буровых коронок

 

В настоящее время, в основном, изготавливаются коронки с матрицами пяти типов Таблица 18

 Таблица 18- Классификация алмазосодержащих матриц буровых коронок

Тип матрицы

Назначение

Твердость по Роквеллу HRC

Очень мягкая

Бурение в плотных, монолитных, весьма малоабразивных породах

10-15

Мягкая

Бурение в плотных, монолитных, малоабразивных породах

15-20

Нормальная

Бурение в плотных, монолитных мало- и среднеабразивных породах

20-25

Твердая

Бурение в среднеабразивных и абразивных, плотных, монолитных, а также трещиноватых породах

30-35

Очень твердая

Бурение в очень твердых, трещиноватых, весьма абразивных породах

50-55

Размещение алмазов в матрицеи их число существенно влияют на работоспособность инструмента. Наряду со свойствами материала матрицы и величиной зернистости алмазов эти факторы определяют специализированное назначение коронки.

Основными параметрами, которые характеризуют вооруженность коронок алмазами, являются:

Ø  содержание алмазов в коронке

Ø  насыщенность торца матрицы алмазами

Ø  схема размещения алмазов

Содержание алмазов в коронкеопределяется общей массой (в каратах) всех алмазов, заложенных в матрицу. Насыщенность торца матрицы алмазами характеризуется числом алмазов, расположенных на единице площади торца (выражается в шт/см 2), или массой алмазов в единице объема алмазоносного слоя матрицы (выражается в кар/см3 ).
В зависимости от размещения и крупности алмазов в матрице различают два основных типа алмазных коронок: однослойные и импрегнированные. Схемы устройства коронок и размещения алмазов в них показаны на
Рисунок 44

clip_image165

Рисунок 44- Схемы устройства однослойных (а) и импрегнированных (б) коронок.
1, 2 - объемные алмазы; 3 - подрезные алмазы; 4 - материал матрицы; 5 - корпус коронки.

Однослойные коронки

В однослойных коронках алмазы по торцу матрицы располагаются в один слой по определенной схеме. Кроме торцевых алмазов, выполняющих основную работу по разрушению породы на забое, матрица армируется двумя-тремя слоями так называемых подрезных алмазов. Подрезные алмазы в коронках всех типов предохраняют их от быстрого износа по наружному и внутреннему диаметрам.

Однослойные коронкиимеют наибольшее число разновидностей типов и марок.

В импрегнированных коронках в качестве основных рабочих камней используются алмазы мелких фракций или алмазы, полученные после дробления более крупных фракций. Размер применяемых алмазов обычно составляет 400-120 шт/кар и мельче (до 1200-600 шт/кар). Мелкие алмазы равномерно распределены в импрегнированных коронках по всему объему рабочего слоя матрицы и называются объемными алмазами. Работа импрегнированных коронок основывается на принципе самозатачиваемости. Такие коронки снабжаются более крупными подрезными алмазами. По внутренней и наружной боковым  поверхностям матрицы& коронки армируются подрезными алмазами более крупных размеров, чем объемные.

Это алмазы крупностью 30-20, 50-30 и 60-40 шт/кар.

Схема размещения торцевых алмазовв однослойных коронках выбирается в зависимости от размеров используемых алмазов, конфигурации промывочных окон и выбранной насыщенности. В целом выбор той или иной схемы размещения алмазов определяется физико-механическими свойствами горных пород, для бурения которых предназначается данная коронка. На Рисунке 45 приведены схемы размещения алмазов в некоторых коронках.

clip_image167

Рисунок 45- Типовые схемы размещения алмазов в матрице однослойных коронок.
а - радиальная; б - спиральная; в - концентрическая

 

 

 


 Промывочная система алмазной коронки

 

Промывочная система алмазной коронки - это совокупность конструктивных элементов, обеспечивающих прохождение промывочной жидкости через коронку, ее охлаждение и вынос шлама из-под торца коронки во время бурения. Чем больше шлама образуется в процессе бурения, тем больше должна быть пропускная способность промывочной системыкоронки. Если выбуренные частицы породы не сразу удаляются с забоя скважины, то они, повторно попадая под торец матрицы коронки, снижают эффективность бурения, так как работа, затрачиваемая на измельчение уже отделенных от забоя частиц, является бесполезной.

 

Обработка матрицы алмазных коронок жидким азотом

Влияниеобработки жидким азотом на технико-экономические показатели работы алмазного породоразрушающего инструментавпервые было исследовано сотрудниками Томского политехнического института. В процессе исследований отмечено, что ресурс обработанных буровых коронок существенно увеличивается. Исследованиями ВИТРа, выполненными в условиях производственных геологических объединений «Севукргеология», «Кировгеология» и «Севказгеология», установлено, что ресурс буровых короноктипа 02ИЗГ-59, обработанных жидким азотом, увеличивается на 10-20%, механическая скоростьбурениявозрастает в среднем на 10%, расход алмазов снижается на 13-15%.

Рабочей средойдля криогенной обработки породоразрушающего инструмента является жидкий технический азот по ГОСТ 92193-74 - бесцветная жидкость с температурой кипения- 196°С при атмосферном давлении и плотностью 0,8 г/см с содержанием кислорода не более 3%. Необходимо отметить, что при испарении жидкого азотасодержание кислорода в нем постоянно увеличивается, так как кислород испаряется при температуре -183°С. Образующаяся в результате этого азотно-кислородная смесь при содержании кислорода более 30% в контакте с органическими соединениями (дерево, асфальт и т.п.), а также при ударе становится взрывоопасной. Поэтому применять жидкий азот с содержанием кислорода свыше 30% категорически запрещается. Контроль содержания кислорода в смеси производится при помощи прибора Гемпеля типа ПАК-3.

Обработке жидким азотом могут быть подвергнуты также твердосплавные инструменты - буровые коронки, шарошечные долота, токарные резцы и т.п.

Криогенная обработка инструментадолжна производиться в специально отведенном помещении с температурой не ниже 20°С. Примерная схема линии криогенной обработки: стол расконсервации, включающий емкости для обезжиривания и просушивания; стол зарядки сменных кассет с обрабатываемым инструментом; подъемно-поворотное устройство; сосуд Дьюара; криостат; стол вторичной консервации.

 

Электрохимическая заточка торца матрицы

 

Из опыта бурения известно, что 15-20% всех отработанных буровых коронокпреждевременно 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 процессебурения.

Технические средствадля электрохимической заточки алмазного инструмента могут быть исполнены в двух вариантах:

1. стационарном

2. переносном (полевом).

        Стационарный вариант используется при массовой заточке, а переносной - для условий эксплуатации непосредственно на месте производства буровых работ. Существует ряд конструкций таких установок, разработанных в ВИТРе (типа УЗК), Каракумской ГРЭ (типа ППУ-1), ТулНИГП (УЗР-1) и др.

Размерная электрохимическая заточка алмазных коронок основана на принципе анодного растворения матрицы в растворе электролита при прохождении через него постоянного электрического тока.

Рациональный выпуск алмазов из коронки определяется из зависимости Формула 3

ha = K1K2da /3,

где К1 — коэффициент, зависящий от формы алмазных зерен и изменяющийся от Г до 0,5 (К1=1 для качественных алмазов XVa и XVa-1 групп; К1=0,75 для алмазов XVa-4 группы; К1=0,5 для алмазов XVa-5 группы);

 К2 — коэффициент, зависящий от степени трещиноватости буримых пород и изменяющийся от 1 до 0,5 (К2=1 при удельной кусковатости пород Куд не менее 5 - 10 шт/м; К2=0,75 при Куд=10-30 шт/м; К2=0,5 при Куд=30 шт/м);

   da — средний условный диаметр алмаза, мм.
          
Рекомендуемый выпуск алмазов различной зернистости в зависимости от типа горных пород приводится в таблице 19

Таблица 19- Рекомендуемый выпуск алмазов из матрицы буровых коронок (по данным В. И. Власюка и В. И. Спирина)

Типичные представители пород

Категория пород по буримости

Трещиноватость пород

Тип коронок

однослойные

импрегнированные

зернистость алмазов, шт/кар

выпуск алмазов, мм

зернистость алмазов, шт/кар

выпуск алмазов, мм

Сиениты, габбро, диориты,     крупнозернистые граниты, кристаллические сланцы

VIII - IX

Слаботрещиноватые

От 30 - 20

0,30 - 0,40

-

-

То же

VIII - X

Трещиноватые

От 50 - 30 до 60 -40

0,25 - 0,30

-

-

Диориты, мелкозернистые граниты, кремнис­тые известняки

IX - X

Монолитные

50 - 30

0,20 - 0,30

150 - 120

0,20

То же

IX - XI

Трещиноватые

-

-

От 120 - 90 до 400 - 200

0,15

Кварциты, роговики

X - XI

Слаботрещиноватые

-

-

От 200 - 150 до 400 - 200

0,15

То же

X - XII

Трещиноватые

 

-

От 200 - 150 до 400 - 200

0,10

Железистые кварциты, джеспилиты,  яшмы

XI - XII

Монолитные

-

-

От 200 - 150 до 400 - 200

0,15

То же

XI - XII

Слаботрещиноватые

-

-

От 200 - 150 до 400 - 200

0,08 - 0,10

То же

XI - XII

Трещиноватые

-

-

От 200 - 150 до 400 - 200

0,05 - 0,08

 

 

 


Синтетические алмазы

 

Синтетические поликристаллические алмазы АСПК.

Синтетические поликристаллические алмазы АСПК, синтез которых осуществлен в  ИФВД АН СССР, представляют собой плотные поликристаллические образования с однородной мелкозернистой структурой. Их получают из графита при синтезе в присутствии металлорастворителей. Выпускаются алмазы в виде цилиндров диаметром 2, 3 и 4 мм, длиной до 4 мм. Подобно всем поликристаллическим материалам прочность АСПК с увеличением размеров  снижается меньше, чем прочность природных монокристаллических алмазов.

Синтетические алмазы поликристаллического строения СВСП.

Синтетические алмазы поликристаллического строения СВСПпредставляют собой цилиндрические зерна размером 4x4 мм, массой 0,6-6,8 кар, имеют  светло-серый цвет; могут поставляться в дробленом виде (АРСЗ, АРС4).

Благодаря повышенной термостойкости СВСП может использоваться для оснащения буровых коронок, изготавливаемых по обычной  технологии методом спекания матрицы. Износостойкость СВСП не уступает этому показателю у природных алмазов.

Таблица 20 Физико-механические свойства СВСП

Прочность на сжатие, МПа

4000 - 5000

Твердость, МПа

150000

Термостойкость, °С

1100 - 1200

 

Синтетические монокристаллические алмазы.

 Рисунок 48-Варианты конструкции матрицы

Синтетические монокристаллические алмазы выпускаются следующих марок:АСО, АСР, АСВ, АСК и АС. В буровом импрегнированном инструменте используют алмазы, обладающие прочностью, близкой к прочности природных алмазов, и имеющие размеры зерен 1 мм; микротвердость АС составляет 80- 100 тыс. МПа. Для оснащения буровых коронок используют алмазы марки АСТ-125, АСТ-  160, синтезируемые в ИСМ НАН Украины. В инструментах западных фирм используют алмазы марки SDA-100S, SDA-100+ («Де Бирс») и MSD, MBS («Дженерал электрик»). В таблице 21 приведены данные об изменении показателя прочности порошков синтетического и природного алмазов после термообработки при температуре 1473 К.

 

Таблица 21. Изменение показателя прочности порошка синтетического и природного алмазов после термообработки при температуре 1473 К

 

Марка

   Зернистость, мкм   

   Показатель прочности, Н   

   Коэффициент снижения прочности   

исходного

после нагрева

SDA-100

500/400
200/160

239
102

49,9
38,2

4,79
2,67

MSD

500/400

278

104

2,67

MBS

200/160

57,7

25,3

2,28

ACT

500/400
200/160

207
79

69,3
31,9

2,99
2,48

Природный алмаз 

500/400
200/160

1499
339

1460
324

1,02
1,03

Славутич

Cверхтвердый материал, разработанный ИСМ НАН Украины, уступает природным алмазам по износостойкости, но превосходит их по прочности Изготавливается в виде штабиков или пластин любой формы. Этот материал широко применяется для армирования долот, предназначенных для глубокого бурения скважин на нефть и газ, а также для правящего инструмента

Эльбор

Разновидность кубического нитрида бора (КНБ), выпускается АО «Абразивный завод Ильич» (г.Санкт-Петербург). Для породоразрушающего инструмента используется эльбор-Р в виде цилиндрических заготовок диаметром 4 мм, высотой 5 мм и массой 0,8 кар.

 

Таблица 21. Физико-механические свойства эльбора-Р 

Плотноть, кг/м3

(3,31 - 3,39)х103

Модуль упругости, МПа

8850-6650

Микротвердость, МПа

700-800

Предел прочности на сжатие, МПа

19-21

Теплопроводность, Вт/(м-К)

(0,3-0,6)х102

Термостойкость, °С

1100-1200

     

Бельбор

Разновидность кубического нитрида бора, синтезирован Институтом физики твердого тела и полупроводников (ИФТиПП) АН Республики Беларусь. Применяется для оснащения породоразрушающего инструмента при бурении скважин в горных породах VI-VIII и частично IX категорий по буримости.

 

 


Бурильные  трубы  для  снарядов  со  съемным  керноприемником

Бурильные колонны, предназначенные для алмазного бурения скважин комплексами ССК, имеют гладкую наружную и внутреннюю поверхности. Они состоят из труб, изготовленных с высокой точностью и специальной конструкцией резьбового соединения, и требуют при эксплуатации соблюдения специальных приемов и мер предосторожности.

Трубы свинчиваются между собой без дополнительных соединительных элементов, контакт при этом осуществляется по поверхности наружного диаметра резьбы (за счет ее конусности) и двум упорам – торцам и уступам (за счет высокой точности расстояния между упорными поверхностями резьбовых соединений и малой величины  недореза  резьбы; разница между условной длиной резьбы и длиной резьбы с полным профилем должна быть не более 4мм.

Бурильные трубы для ССК поставляются в специальной упаковке, предохраняющей их от искривления, повреждения резьб и упорных торцов при транспортировании и хранении. Трубы поставляются  потребителю комплектами вместе с комплексами ССК соответствующего размера. Комплект содержит необходимое количество труб для бурения скважин определенной (в зависимости от типоразмера ССК и назначения комплекта) глубины с учетом резерва для обеспечения работы колонны в пределах среднего ресурса.

 

 

Особые требования к бурильной колонне

 

Ø     Высокая сбалансированность (для обеспечения бурения с высокими скоростями вращения без вибрации); достаточная концентричность соединений (для обеспечения беспрепятственного пропуска керноприемной трубы при малых зазорах);

Ø     Достаточная прочность соединения – обусловили очень высокую точность изготовления бурильных труб, в отличие от труб общего назначения, которые контролируются по внутреннему диаметру и толщине стенки.

Ø     Предельные отклонения по внутреннему диаметру и толщине стенки определены величиной +_0,2мм, что в 2 раза меньше, чем отклонение по размерам самых точных (прецезионных) труб.

Ø     Особенность резьбового соединения (труба в трубу при сравнительно небольшой толщине стенки трубы) потребовали создания специальной резьбы – слабоконической, трапецеидальной, двухупорной. Эта резьба имеет три контактные поверхности – на двух концевых упорах и наружному диаметру резьбы. Контакт по диаметру резьбы обеспечивается за счет радиальных сил от момента, прикладываемого к соединению для выбора натяга резьбы, контакт по упорным торцам – за счет предварительной затяжки резьбы, выполненной с очень высокой точностью по длине.

Ø     Наличие двух упоров в соединении обеспечивает более равномерное распределение нагрузок по виткам резьбы, уменьшаются и изгибающие напряжения в резьбе, возникающие при работе бурильной колонны в скважине. Коническая резьба и наличие двух упорных торцов обеспечивают высокую герметичность соединения.

Ø     Прочность соединения обеспечивается конструкцией резьбы, малыми зазорами между бурильной колонной и скважиной и выбором материала труб, механические свойства которого должны сочетать высокую прочность и достаточную пластичность.

Ø     Высокие скорости вращения при минимально возможных затратах мощности бурового станка могут быть получены только при применении прямолинейной и динамически сбалансированной бурильной колонны.

В связи с этим к бурильным трубам ССК предъявляются высокие требования по прямолинейности – кривизна труб должна быть не более 0,1-0,3мм/м. Сочетание такой прямолинейности труб с высокими пластичными свойствами стали обеспечивает сравнительно небольшой износ и высокий ресурс работы бурильной колонны ССК.

 

 

 

 


Снаряды  со  съемным  керноприемником

 

Колонковый набор, предназначенный для бурения ССК, представляет собой разновидность двойной колонковой трубы, внутренняя часть которой вместе с керном может извлекаться через внутренний канал бурильной трубы после окончания цикла бурения.

Наружные колонковые трубы имеют значительную толщину стенки, так как воспринимают крутящий момент и осевую нагрузку при бурении, а также усилие отрыва керна.

Внутренние керноприемные трубы в процессе эксплуатации не испытывают больших нагрузок и толщина их незначительна. Нижняя часть керноприемной трубы центрируется с помощью стабилизатора, представляющего собой бронзовый подшипник скольжения, размещенный в цилиндрической проточке расширителя.

Снизу к керноприемной трубе на резьбе крепится кернорвательное устройство, состоящее из корпуса, упорного и кернорвательного колец. Упорное кольцо предохраняет от смятия тонкую резьбовую часть керноприемной трубы при соприкосновении ее с кернорвательным кольцом, которое в процессе бурения постоянно находится в верхней части.

Промывочная жидкость обтекает съемный керноприемник по зазорам между ним и наружной колонковой трубой и омывает керн только у его основания около матрицы коронки. Неподвижность керноприемной трубы при бурении обеспечивается подшипниковым узлом с двумя упорными шарикоподшипниками, воспринимающими осевую нагрузку. Между подшипниками установлена направляющая втулка, выполняющая роль радиального подшипника скольжения.

В свободном состоянии съемный керноприемник опирается на опорное кольцо, которое одновременно служит верхним центратором и устанавливается в наружной колонковой трубе. Съемный керноприемник от перемещения вверх фиксируется двумя стопорами, разжимаемые пружиной. Один из них касается выступа на торце переходника бурильной трубы, за счет чего  вращение бурового снаряда передается верхней части подшипникового узла, исключая тем самым проворачивание кернорпиемника в опорном кольце.

При подъеме съемного керноприемника овершотом стопоры складываются и освобождают его. Конструкция колонкового набора такова, что при срыве керна основное усилие воспринимается не тонкостенной керноприемной трубой, а передается через коронку и расширитель, наружную колонковую трубу и бурильные трубы.

В подшипниковом узле имеются две резиновые манжеты, предназначенные для сигнализации заполнения керноприемной трубы керном или самозаклинивания керна, когда поступательное движение керноприемной трубы прекращается, в то время как наружная труба продолжает опускаться вниз. Торцовой поверхностью переходник начинает передавать осевое усилие на стопоры и далее на керноприемную трубы. В результате резиновые манжеты сжимаются и, увеличиваясь по наружному диаметру, перекрывают доступ промывочной жидкости к забою. Повышение давления отмечается манометром промывочного насоса, указывая на самозаклинивание керна.

Буровой инструмент.

 Буровой инструмент подразделяется на технологический, вспомогательный и аварийный. Технологический инструмент предназначен для бурения скважин, вспомогательный – для обслуживания технологического инструмента, аварийный – для ликвидации аварий в скважине.

Технологический инструмент.

Набор технологического инструмента, соединенного в определенной последовательности, при помощи которого производится бурение скважин, называется буровым снарядом. В его состав при алмазном бурении входят породоразрушающий инструмент, кернорвательное устройство, колонковая труба, переходники различных типов, бурильная колонна с ведущей трубой и буровым сальником на верхнем конце.

Колонковый набор состоит из алмазной коронки, кернорвательного устройства, алмазного калибровочного расширителя, колонковой трубы и релитового (центрирующего) переходника, соединяющего колонковый набор с бурильной колонной.

Кернорвательные устройства предназначены для срыва столбика керна по окончании рейса и удержании его при подъеме бурового бурового снаряда из скважины. Релитовый переходник служит для соединения колонковой трубы с бурильной колонной и центрирования верхнего конца колонкового набора в скважине в целях снижения вибраций и уменьшения износа колонковых труб. Буровой сальник (вертлюг-сальник) присоединяется в верхней части бурового снаряда, предназначен для подачи промывочной жидкости от насоса во вращающуюся колонну бурильных труб.

Керноприемники фирмы «Атлас Копко Крелиус» Шведской фирмой «Атлас Копко Крелиус» выпускаются съемные керноприемники серии «К» и «Диабор» для скважин диаметром 48, 60, 75,6 и 122,7 мм, а также серии GM с коронками, имеющими более тонкую матрицу.

Предусмотрены комплекты для бурения с поверхности и из подземных горных выработок. Разработаны тройные колонковые трубы с разъемной гильзой, овершоты (для подъема) и иншоты (для спуска) керноприемников в сухие скважины Таблица 22

 

Таблица 22-Снаряды со съемными керноприемникамн фирмы «Атлас Копко Крелиус» (Швеция)

Типоразмер

Диаметр скважины, мм

Диаметр керна, мм

Диаметр бурильных тру, мм

Масса 1 м бурильных труб, кг

наружный

внутренний

Серия «К»

ВК (BQ)
NK (NQ)
НК (HQ)
РК (PQ)

60,0
75,6
96.1
122,7

36,4
47,6
63,5
85,0

55,6
69,6
88,9
117,5

46,0
60,3
77,8
103,2

6,0
7,65
11,4
19,3

Снаряды с разъемной керноприемной гильзой

BQ3
NQ3
HQ3
PQ3

60,0
75,6
60,1
122,7

33,5
45,1
61,1
83,0

56,5
73,0
88,9
117,5

48,8
64,3
77,8
103,2

5,0
7,33
11,4
19,3

Серия GM - снаряды с тонкой матрицей коронки матрицей коронки

AGM
BGM
NGM

48,0
60,0
75,6

30,3
42,0
56,1

44,5
56,5
73,0

36,8
48,8
64,3

3,85
5,0
7,35

 

 

Вспомогательный инструмент

 

Статинбокс – специальный переходник предназначенный для доставки овершота внутри бурильной колонны , с целью захвата внутренней колонковой трубы и извлечения ее из скважины.

 Овершот захватывающее устройство предназначенное для захвата внутренней колонковой трубы, который с помощью троса закрепленного к барабану лебедки позволяет извлечь выбуренную горную породу из скважины. Ключи гладкозахватные предназначены для свинчивания и развинчивания буровых штанг, наружных и внутренних колонковых труб.

 Ключи гладкозахватные предназначены для свинчивания и развинчивания буровых штанг, наружных и внутренних колонковых труб.

Вертлюг-(сальник промывочный) предназначен для подачи воды в скважину, через буровой став.

 


 


ПОДГОТОВКА К БУРЕНИЮ УСТАНОВКОЙ КОЛОНКОВОГО КЕРНОВОГО БУРЕНИЯ «Diamec-252»

 

Порядок крепления установки DIAMEC 252 к забою

 

Буровая установка DIAMEC 252 работает на оборотах шпинеля вращателя 550-2200 об/мин.

 

ВАЖНО

С усилием подачи от 0 до 43 кН. Такое высокое усилие подачи и широкий диапазон

регулирования скоростей требует стабильного положения рамы податчика.

 При этом необходимо помнить, что вибрация снижает срок службы:

• зажимных кулачков патрона

• резиновых уплотнений гидрозажима

• салазок

• направляющих втулок

• буровых штанг и буровых коронок                                 

Последовательно выполняйте указания по

установке и креплению рамы податчика.

 

1.Поддерживающие опоры

2.Анкерный болт

3.Регулировочный винт

 

На рисунке показано крепление буровой установки DIAMEC 252 в нужном направлении с помощью анкерного болта и поддержании его с помощью опор.

clip_image198

                                            Рисунок56-Крепление установки  (в подземных условиях)

                                                        1. Буровая штанга

                                                        2. Регулировочный винт

                                                        3. Анкерный болт

                                                        4. Шаровой шарнир

 

Порядок работы

1. Определите направление буровой скважины.

2. Наметьте место установки анкерного болта. Расстояние между центром патрона

штангодержателя и центром анкерного болта должно быть 105 мм.

3. Пробурите шпур диаметром 35-42 мм и глубиной около 1 метра под анкерный болт.

4. Вставьте болт в шпур и зафиксируйте его с помощью цемента или полмерной смолы,

оставив над забоем около 10 см болта.

5. Соедините анкерный болт с шаровым шарниром рамы податчика.

6. Надежно закрепите раму податчика с анкерным болтом в направлении бурения и

отцентрируйте раму податчика в выбранном направлении бурения регулированием

поддерживающих опор.

7. Зафиксируйте буровой агрегат в нужном направлении затянув установочные винты (3).

8. Подсоедините гидравлические шланги (см.схему гидравлических линий на стр.60).

Ø  • Перед началом бурения тщательно закрепляйте буровой агрегат.

Ø  • Убедитесь в отсутствии посторонних предметов на раме податчика.

Ø  • Перед поднятием рамы податчика убедитесь в отсутствии электрических проводов в зоне бурения.

Ø  • Не допускайте нахождения посторонних в зоне бурения во время работы.

 

Установка бурового агрегата при открытых работах

Стандартная комплектация

Для соединения рамы податчика с обсадной

трубой используется зажим обсадной трубы.

Он может монтироваться на корпусе штангодержателя Рисунок57 или на монтажной плите шарнирного крепления штангодержателя Рисунок 58

Порядок работы

1. Снимите промывочный шланг, эжектор, шаровой шарнир и фланец.

2. Установите зажим обсадной трубы на      штангодержателе                                   

3. Затяните зажим на обсадной трубе      

 

 

 


Установка  DIAMEC 252  с использованием распорной колонки.

 

Распорная колонка Применение распорной колонки позволяет бурить веерные скважины. Рисунок 59

clip_image205

Рисунок 59-  Распорная колонка для веерного бурения.

Порядок работы  Рисунок 60

clip_image207

Рисунок 60-  Опускание и подъем рамы податчика на распорной колонке.

1. Распорная колонка,  2. Держатель,3. Кронштейн рамы , 4. Подъемный блок,  5. Стопорное кольцо,  6. Винт держателя,  7. Винт кронштейна, 8. Зажим рамы, 9. Стропы

1. Отцентрируйте распорную колонку (1) и разоприте ее в кровлю и почву выработки.

2. Установите держатель (2) на распорную колонку, а с помощью зажима

3. Сбалансируйте раму податчика

4. Подвесьте подъемный блок (4) к стопорному кольцу (5) и закрепите стропы (9) на раме податчика.

5. Установите раму податчика на нужную высоту и отцентрируйте ее в направлении бурения.

6. Затяните винты на держателе (2) и кронштейне рамы (3).

7. Вставьте направляющую втулку (36 мм) в штангодержатель и пробурите шпур для установки анкерно-го болта. бурение  осуществляется с помощью короткого - 36  мм. керноотборника и буровой коронки (входят в комплект распорной колонки).

8. Усилие подачи при бурении шпура для установки анкерных болтов должно быть достаточно низким (2 анкерных болта, 1 и 2 мм соответственно, входят в комплект распорной колонки).

9. Вставьте и закрепите анкерный болт в пробуренный шпур

Подъем и опускание рамы податчика на распорной колонке.

1. Убедитесь, что податчик надежно закреплен с помощью строп (9) и подъемного блока (4) к стопорному кольцу (5).

2. Ослабьте винт (6) держателя (2) и поднимите или опустите раму податчика на нужную высоту с помощью рукоятки подъемного блока.

3. Затяните винт (6) держателя (2) перед освобождением подъемного блока и снятием строп (9).

 

 


Установка  DIAMEC 252   с использованием поворотного стола и червячной передачи

 

clip_image209

                                                    Рисунок 61-Поворот рамы

Использование поворотного стола и червячной передачи позволяет установке DIAMEC 252 бурить скважины под любым углом.

Порядок поворота показан Рисунок 61

Поворотный стол позволяет поворачивать раму податчика на 360°.                                                                                        

1. Расположите раму податчика с вращателем как  показано на рисунке. Для того, чтобы поворотный стол мог свободно вращаться зажимы поворотного стола должны быть ослаблены.

2. После регулировки поворотного стола затяните зажимы.

3. С помощью подъемного цилиндра мачты позиционируйте раму податчика под выбранным углом бурения.

Поворот рамы податчика в вертикальной плоскости 

Применение червячной передачи, управляемой  храповым механизмом позволяет вращать раму   податчика в вертикальной плоскости .

Поворотный стол может поворачиваться на 360°.Рисунок 62

    

clip_image211clip_image213

 

Рисунок 62 –поворот рамы податчика в вертикальной плоскости

Позиционирование рамы податчика и станины для бурения скважин вверх

Для бурения скважин вверх расположите раму податчика и станину как показано на рисунке. На рисунке выше показано направление бурения при повороте станины на 180°.

1. Поверните поворотный стол (рисунок выше) на 180° и затяните зажимы.

2. С помощью червяной передачи поверните раму . Направление бурения при повороте податчика на 180° Такое положение  станины на 180 градусов рамы податчика позволяет бурить восходящие скважины под углом 90° от горизонтали.

3. С помощью подъемного цилиндра мачты позиционируйте раму податчика под выбранным углом бурения. Рисунок 63

clip_image215

Рисунок 63- Положение рамы податчика при бурении скважин в верх.

ОПАСНОСТЬ

Во избежание несчастных случаев результате опрокидывания установки перед началом бурения надежно закрепляйте раму податчика и станину анкерными болтами.

Перемещение рамы податчика при установке на салазках Рисунок 64

clip_image217

Рисунок 64  Перемещение рамы податчика.

1. Рама податчика 2. Винты зажима 3. Зажим

Ослабьте зажимы вкладышей (3, 4) отвернув винты зажимов (2).

ОПАСНОСТЬ

Не ослабляйте винты зажимов слишком сильно. Податчик может выскользнуть из кронштейнов и поранить оператора.

СОБЛЮДАЙТЕ ОСТОРОЖНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ РАМЫ  ПОДАТЧИКА !

 

 


Крепление установки с помощью анкерных болтов и зажима обсадной трубы

 

1 Обсадная труба

2 Зажим обсадной трубы

 

1. Прикрепите салазки станины и раму податчика к почве с помощью механических анкерных болтов и зажима обсадной трубы. В случае, если обсадные трубы не используются, крепление установки осуществляется только с помощью анкерных  болтов и шаровых шарниров                                                           

2. Подсоедините все                                                                       

3. Запустите силовой агрегат, проверьте затяжку  всех гидравлических соединений и убедитесь, в отсутствии утечек масла.

4. С помощью рычага установите раму податчика под заданным углом Рисунок 66

ВНИМАНИЕ

Во избежание несчастных случаев в результате опрокидывания установки, перед началом бурения надежно закрепляйте раму податчика и станину анкерными болтами.

clip_image222

Рисунок 67-Крепление рамы податчика с помощью  анкерных болтов.

1. Механический анкерный болт

2. Шаровой шарнир на фланце штангодержателя

ВНИМАНИЕ

Убедитесь, что на раме податчика не лежат никакие посторонние предметы.              

Перед подъемом рамы податчика (мачты) убедитесь в отсутствии  препятствий в зоне работ. Все  электрические линии в зоне буровых  работ считаются находящимися под напряжением

 

      Крепление установки DIAMEC 252 на салазках (при подземных работах)

 

 1. Прикрепите салазки станины и раму податчика

к почве выработки или к платформе с помощью механических анкерных болтов и

анкеров другого типа Рисунок 68

2. Подсоедините все шланги.

3. Запустите силовой агрегат, проверьте затяжку всех гидравлических соединений и убедитесь в отсутствии утечек масла.

4. С помощью рычага установите раму податчика под заданным углом.                                                 

clip_image224

Рисунок 68 -Рычаг управления подъёмом рамы податчика

ВНИМАНИЕ

Во избежание несчастных случаев в результате опрокидывания установки, перед началом бурения надежно закрепляйте раму податчика и станину анкерными болтами.

clip_image226

Рисунок69-Крепление рамы податчика к почве выработки с помощью механических анкерных болтов.

1. Анкерный болт

2. Шаровой шарнир на фланце штангодеражателя.

3. Анкерный болт (4 шт).

 

 

 


ЭКСПЛУАТАЦИЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

 

Общие положения

1. Соедините с помощью шлангов пульт управления, силовой и буровой агрегаты управле

ния, силовой и буровой агрегаты и тщательно затяните соединительные ниппели.

2. Проверьте уровень масла в гидравлическом баке. При необходимости долейте масла.

(См.указатель уровня масла рисунок).

3. Подсоедините охлаждающую воду к охладителю гидравлического масла

4. Перед запуском двигателя внимательно ознакомьтесь с инструкциями по техническому

обслуживанию

Опасность

Необходимо обращать особое внимание на поврежденные и изношенные детали,

которые могут вызвать усталостные трещины или даже разрушение

металлоконструкций и сварных швов.

Рисунок 70

clip_image228

Рисунок 70- Подсоединение охлаждающей воды к маслоохладителю

1. Насос промывочной воды

2. Водяной вертлюг

3. Емкость с охлаждающей водой

4. Маслоохладитель.

5. Подача воды к буровом агрегату

ОПАСНОСТЬ

Перед запуском все рукоятки управления и выключатели должны находиться в нейтральном положении, во избежание неконтролируемого включения функций после запуска.

ВАЖНО

Запуск силового агрегата с электроприводом при температуре окружающей среды ниже +5°С

При температуре ниже +5°С необходимо снизить поток масла, поступающий с основного насоса до 50%.

 

 

Порядок работы

1.Снизить поток масла, повернув винт игольчатого клапана (1) по часовой стрелке.

2.Запустите силовой агрегат и дайте ему проработать на холостом ходу около 2-х минут, а затем выключите его. Повторите эту функцию

3. После работы агрегата в таком режиме около 10 минут увеличьте поток масла до полного, повернув ручку клапана (1) против часовой стрелки. В случае, если кнопка индикаторов падения давления на гидравлических масляных фильтрах выдвинуты, это означает, что масло слишком холодное или слишком вязкое. Когда гидравлическая система достаточно разогреется кнопка вернется в первоначальное положение. В случае, если она остается выдвинутой, необходимо немедленно заменить патрон фильтра. На линии подачи воды в маслоохладитель желательно установить сетчатый фильтр. Давление подаваемой воды должно быть не более 10 бар. Вода, проходящая через охладитель, должна быть как можно  более чистой. Грязь или другие примеси могут оседать на внутренних стенках трубок охлаждения, что может привести к их      засорению и перегреву всей гидросистемы.                                                                                               

clip_image230

Рисунок71- Бак гидравлического масла

1.Игольчатый клапан

2. Индикатор уровня масла

3. Индикатор температуры масла

4. Стрелка-указатель правильного

 

Запуск силового агрегата с приводом от электродвигателя

1. Поверните рукоятку главного выключателя (10) в положение (I). Загорится сигнальная лампа (1). Проверка работы всех контрольных ламп осуществляется нажатием кнопки (6), при нажатии которой кнопки (1) - (5) должны загореться. Во время запуска электродвигателя откройте шаровой клапан(2) для циркуляции гидравлического масла через вспомогательный насос. Это облегчит запуск.

2. Убедитесь в том, что кнопки аварийной остановки не нажаты.

3.Нажмите кнопку ПУСК (7).

 Примечание: убедитесь, что переключение электродвигателя со звезды на треугольник происходит автоматически (переключение может быть затруднено). В случае, если двигатель не запускается и сигнальная лампа (2) загорается, это означает неправильную  последовательность фаз (неправильное  направление  вращения).

 4. Проверьте правильность направления  вращения. При неправильном направлении  вращения загорается сигнальная лампа (2).

5. Перед началом бурения убедитесь в срабатывании кнопок аварийного останова двигателя (на панели управления, силовом и буровом агрегатах). Для этого, Помните, что пусковой шкаф нельзя последовательно, задействуйте каждую из открывать если выключатель (10) этих кнопок для остановки двигателя. находится в положении I

 6. Убедитесь в отсутствии утечки масла через резьбовые соединения, соединения шлангов и через ниппеля.

Рисунок 72

clip_image232

Рисунок 72- Пусковой шкаф силового агрегата с электроприводом

2. Сигнальная лампа правильности подключения фаз.

3. Сигнальная лампа защиты двигателя от перегрузки

4. Сигнальная лампа уровня масла

6. Кнопка проверки сигнальных ламп

7. Кнопка “ПУСК

8. Кнопка “СТОП”

9. Кнопка аварийного останова

10. Главный выключатель

 

Остановка

1. Убедитесь, что все рукоятки на панели включении главного управления находятся в нейтральном положении.

2. Нажмите кнопку “СТОП” (8).

3. По окончании работ или во время обслуживания главный выключатель (10) всегда должен находиться в позиции О.

Загорание сигнальных ламп означает:

Лампа 1: Подано напряжение питания на пусковой шкаф.

Лампа 2: Неправильное направление вращения.

Поменяйте последовательность фаз. (Необходимо обратиться к электрику)

Лампа 3: Сработала защита от перегрузки электрического Двигателя. (Необходимо обратиться к электрику)

clip_image237Лампа 4: Низкий уровень масла в гидробаке.

Лампа5:Слишком высокая температура гидравлического масла (см. устранение неполадок).

Лампа 6: Одна из сигнальных ламп вышла из строя.

(Проверьте все сигнальные лампы)

 

 


Запуск силового агрегата с дизельным приводом

Перед запуском дизельного двигателя необходимо подготовить его к работе; это обеспечит надежную работу и поможет предотвратить возможные аварии и поломки.

Запуск

1. Убедитесь, что все кнопки аварийного останова находятся в положении “ВЫКЛЮЧЕНО”.

2. Поверните главный выключатель (14) на 1/4 поворота.

3. Поверните ключ зажигания (10) в положение “СТАРТ”. При этом, все индикаторные лампы должны загореться. После запуска дизеля они должны погаснуть.

4. Перед началом бурения убедитесь в срабатывании кнопок аварийного останова двигателя (на панели управления, силовом и буровом агрегатах). Для этого остановите двигатель нажав последовательно каждую из этих кнопок.

5. Отрегулируйте обороты двигателя рукояткой (15). Рисунок 74

Всегда запускайте двигатель на низких оборотах.

ВАЖНО

При запуске двигателя в холодную погоду (ниже +5°С) скорость вращения дизельного двигателя недолжна превышать 1000 об/мин. до тех пор, пока двигатель не прогреется до + 10°С.

 

Рисунок 74-Пусковой шкаф дизельного силового агрегата (Поз.1-8 индикаторные лампы)

1.Зарядка батареи

2. Давление масла в двигателе

3. Температура двигателя

4. Вентилятор двигателя

5. Аварийный останов в случае неполадок.

6. Вентилятор охладителя

7. Уровень гидромасла

8. Температура гидромасла

9. Кнопка аварийного останова

10. Ключ зажигания

11. Счетчик моточасов

12. Розетка на 24 В.

13. Подключение дистанционного управления функций ПУСК/СТОП

14. Главный выключатель

15. Регулятор оборотов двигателя 

 

Остановка дизельного двигателя

Перед окончательным выключением двигателя он должен проработать несколько минут на холостых оборотах. Это особенно важно, если установка работала длительное время.

ВАЖНО

Дизельный двигатель может быть выключен немедленно в случаях аварий, поломок и т.д.

 

 


Бурение

 

Установка DIAMEC 252 оборудована эффективной механизированной системой свинчивания и развинчивания бурового става (зажимной патрон и штангодержатель

синхронизированы).

Позиционирование керноотборника

1. Установите распределительный клапан (5) в положение О. В этом положении штангодер жатель открыт.

2. Пропустите керноотборник и буровую штангу через патрон вращателя и штангодержатель.

3. Когда весь керноотборник пройдет через штангодержатель, переведите                                    распределительный клапан (5) в положение F

Теперь штангодержатель работает в автоматическом режиме спуска буровых штанг.

Рисунок 75

clip_image244

Рисунок 75- Положение рычагов управленияпри установке керноотборника

Опускание бурового става в скважину

Опускание бурового става в скважину производится переведением управляющего

рычага (6) в положение F. Рисунок75

clip_image246

Рисунок75- Положение рычагов управления при опускании бурового става                                                                                           

Бурение

1. Переведите распределительный клапан (5) в положение D.

ОПАСНОСТЬ

Убедитесь, что водяной вертлюг надежно прикреплен к буровой штанге.

2. Убедитесь, что поток промывочной воды проходит через коронку под давлением.

3. Для установки минимального усилия подачи откройте клапан подачи повернув его      

4. Передвиньте рычаг управления вращением  (7) вперед в положение R.

5. Передвиньте рычаг подачи (6) в положение F.      

6. С помощью регулятора усилия подачи  установите необходимое усилие   подачи.

Значение усилия подачи можно    увидеть на манометре давления (2)

      Если во время бурения наблюдается вибрация бурового става измените скорость вращения шпинделя или понизьте усилие подачи.

Рисунок 76

clip_image248

Рисунок 76- Положение рычагов управления против часовой стрелки.                                                                      

 

ВАЖНО

Для синхроной работы вращателя и штангодержателя важно правильное положение рычагов

Свинчивание бурового става Рисунок 77

1. При наращивании бурового става колонна буровых штанг, находящаяся в скважине, удерживается штангодержателем, а свинчиваемая штанга патроном вращателя. Место свинчивания находится между вращателем и штангодержателем.

2. Передвиньте распределительный клапан

(5) в положение F.

3. Установите новую наращиваемую штангу. Первые несколько витков соединительной резьбы наверните вручную.

4. Переведите рычаг подачи (6) вположение R. Вращатель пойдет назад без бурового става, которыйтеперь удерживается штангодержателем.                                  

5. Как только патрон вращателя пройдетчерез резьбовое соединение, передвиньте рычаг подачи (6) в нейтральное положение N.

6.Передвиньте рычаг управления вращателем (7) в положение R для свинчивания резьбовых соединений штанг. Затем передвиньте рычаг (7) назад в нейтральное положение N.                                 

Подъем бурового става Рисунок 78

1. Передвиньте распределительный клапан в положение В.

2. Передвиньте рычаг подачи в положение F. Вращатель пойдет вперед вдоль до крайнего переднего положения без захвата буровой штанги.

3. Передвиньте рычаг подачи в положение R. Патрон вращателя захватит штангу, а штангодержатель откроется.                               

Вращатель поднимет буровую штангу назад.

4. Во избежание повреждений керноотборника и инструмента и элементов бурового става после подъема необходимо снимать керноотборник вручную, а перед прохождением его через штангодержатель, причём штангодержатель открыть тоже вручную при помощи распределительного клапана (5).

clip_image253

Рисунок 78- Положение рычагов управления при подъеме бурового става

Развинчивание штанг. Рисунок 79

1. Установите вращатель таким образом, чтобы штанговое соединение находилось между патроном вращателя и штангодержателем. При этом вращатель не должен находиться слишком близко к заднему концу рамы податчика, т.к. при развинчивании штанг вращатель подается назад.

2. Передвиньте распределительный клапан (5) в положение В.

3. Быстро передвиньте рычаг управления вращателем (7) в положение L, для того чтобы механизм автоматической задержки срабатывал надлежащим образом. При этом зажимное устройство поворачивается на 3/4 оборота перед тем, как зажимные кулачки смыкаются и начинается развинчивание резьбы. Это делается для обеспечения достаточной кинетической энергии, необходимой для начала развинчивания сильно затянутой соединительной резьбы.

4. Передвиньте рычаг управления вращателем (7) в нейтральное положение N.

5. Передвиньте рычаг подачи (6) вположение F. Вращатель пойдет вперед вдоль до крайнего положения рамы податчика. Теперь можно вынимать штангу.

clip_image255

Рисунок 79-  Последовательность операций развинчивания буровых штанг.

ВАЖНО

Не пытайтесь вынуть буровую штангу до того, как свободное резьбовое соединение штангиполностью пройдёт через вращатель и он остановится.

 

ВАЖНО

Перед началом операций по развинчиванию штанг убедитесь, что клапан регулирования

давления в контуре вращателя установлен надлежащим образом.

Если давление в контуре вращателя слишком высокое или слишком низкое, срок службы резьбовых соединений сокращается и наблюдается постоянная утечка промывочной жидкости.

Утечка промывочной жидкости через изношенные резьбовые соединения уменьшает

подачу воды к буровой коронке и ухудшает промывку скважины.

Необходимо периодически проверять состояние и диаметр бурового става.

Изношенные штанги будут проскальзывать внутри зажимного патрона.

 

Обслуживание  установки

Регулярные осмотры и замена изношенных деталей позволяет предупредить поломки и снижает дорогостоящие простои оборудования.

Грязь является основной причиной выхода из строя гидравлической системы.

Поэтому:

l  Содержите установку в чистоте. Гораздо проще выявить дефекты или утечки жидкости на чистом оборудовании.

l  Никогда не оставляйте открытыми элементы гидравлической системы и не допускайте неблагоприятного воздействия внешних факторов.

l  Всегда одевайте защитные колпачки на штуцера гидравлических шлангов после их отсоединения.

l  Всегда заливайте гидравлическое масло в бак с помощью заправочного насоса через фильтр.

l  Свежее гидравлическое масло следует хранить в закрытых емкостях.

l  Для уплотнения соединительных резьб всегда используйте мастику типа TRIDO.

Применение уплотнений типа Teflon или пакли может привести к попаданию посторонних включений в гидравлическую систему и засорению ее компонентов.

Водяной маслоохладитель

Закупорка охладительных элементов маслоохладителя.

Признаки: плохая циркуляция воды через охладитель.

Устранение:

1. Откройте маслоохладитель сняв торцевую крышку.

2. Прочистите внутренние элементы (используя сжатый воздух или воду под напором).

3. Замените уплотнения торцевой крышки.

Воздушный маслоохладитель

Прочистить внутренние элементы сжатым воздухом или водой.

 

 

 

 


Технология алмазного бурения скважин

 

Буровой скважиной называется цилиндрическая горная выработка в земной коре, характеризующаяся относительно малым диаметром по сравнению с  её  длиной. Элементы буровой  скважины – устье, ствол скважины, обсадные трубы (по необходимости), ось скважины, кольцевой забой, керн, забой сплошной, стенки скважины.

По целевому назначению, в зависимости от характера решаемых задач, буровые скважины подразделяются на геологоразведочные (стратиграфические, картировочные, структурные, опорные, поисковые и разведочные), эксплуатационные и взрывные.

Горными породами называются различные сочетания минералов, возникающих совместно в определенных условиях. По происхождению горные породы разделяют на магматические, осадочные, метаморфические и др. Наличие в каждой группе примесей разного состава и происхождения влияет на физико-механические свойства (твердость, прочность, хрупкость и т.д.) горной породы. Буримость пород измеряется величиной углубки скважины в данной породе за единицу чистого бурения. Буримость – величина переменная и зависит от физико-механических свойств пород (механическая прочность, твердость и абразивность), стойкости породоразрушающего инструмента, состояния технологии бурения, организации труда, квалификации персонала.

Основным документом, которым руководствуется персонал при бурении разведочных скважин является геолого-технический наряд (ГТН). В наряде учитываются все геолого-технические параметры при бурении скважины и проведение геофизических (гидрогеологических исследований) в ней.

ГТН составляется на бурение каждой глубокой скважины или группы мелких скважин, имеющих сходные геолого-технические условия бурения. Забуривание и бурение скважины без ГТН запрещается.

Геолого-технический наряд состоит из трёх основных частей: геологической, технико-технологической и исследовательской. Геологическую и исследовательскую части ГТН составляет геолог участка, технико-технологическую часть -технический персонал (инженер-технолог, инженер по бурению и др.). В процессе бурения, особенно при бурении глубоких, искусственно направленных и других скважин, бурящихся в сложных условиях или на недостаточно изученных площадях, составители ГТН уточняют и заполняют фактический разрез, проставляют категорию пород по буримости и выход керна, вносят коррективы в технические и технологические параметры.

ГТН утверждается главным инженером  и выдаётся до начала бурения скважины для руководства и исполнения.

Высокооборотное алмазное колонковое бурение

Понятие «Алмазное высокооборотное бурение» включает в себя определенный диапазон применяемых в практике бурения частот вращения бурового снаряда.

 По этому признаку в настоящее время выделяют следующие виды бурения:

·  низкооборотное (до 300 мин-1);

·  на повышенных частотах вращения (до 700 мин-1);

·  высокооборотное (свыше 700 мин-1).

Анализ этих понятий показывает, что появление каждого из них связано с определенной стадией развития техники и технологии алмазного бурения. Если при использовании станков и бурильных колонн старых типов можно было бурить в основном с применением оборотов до 300 мин-1, то второй вид алмазного бурения появился при переходе на бурение коронками малых диаметров, что позволило повысить частоты вращения в сравнении с применяемыми ранее. Затем, с появлением станков типа СКБ  и АБ, позволяющих применять частоты вращения до 1500 мин-1, было введено понятие «высокооборотное бурение».

Исходя из этого, «алмазное высокооборотное бурение» есть процесс, проходящий на высоких частотах вращения бурового снаряда (более 700 мин-1), что и является основной особенностью проходки скважин этим способом.

Основы взаимодействия алмазной коронки и горной породы

При передаче на алмазную коронку нормальной осевой нагрузки и крутящего момента, вследствие волнистости и шероховатости каждого из элементов пары, соприкосновение их происходит на отдельных «пятнах», сосредоточенных на вершинах выступов.

 

 

 


Процесс взаимодействия алмазов и породы

 

При передаче на алмазную коронку нормальной осевой нагрузки и крутящего момента, вследствие волнистости и шероховатости каждого из элементов пары, соприкосновение их происходит на отдельных «пятнах», сосредоточенных на вершинах выступов. При этом более жесткие выступы (алмазы) внедряются в горную породу, образуя пятна реального контакта. При вращении коронки они разрушаются и образуются вновь. Глубина внедрения отдельных алмазов зависит от разновысотного их расположения на торце матрицы, свойств горной породы, параметров режима бурения, конструкции алмазной коронки.

В общем случае можно представить следующую картину взаимодействия алмазов с породой. Часть из них работает в режиме внешнего трения, т. е. деформирует горную породу упруго, без хрупкого разрушения; часть алмазов деформирует породу с хрупким разрушением, при этом сначала образуется растягивающая трещина, затем ядро уплотнения, после этого трещина скола и скол породы; часть алмазов скользит по разрушенному предыдущим алмазом слою породы; часть алмазов скалывает ослабленную в результате растягивающих напряжений горную породу.

 

Износ алмазной коронки

Алмазная коронка, испытывающая сопротивление своему перемещению по породе, также подвергается износу, интенсивность которого связана с характером деформирования горной породы и имеет либо усталостный, либо абразивный или эрозионный износ.

Образующиеся продукты износа (шлам) горной породы в виде частиц различной формы (от лепестков до микрообломков породы) частично выносятся через промывочные каналы очистным агентом, частично увлекаются выступающими алмазами в направлении вращения коронки, образуя каналы шлакоудаления в теле матрицы.

При скольжении коронки по породе в зоне пятен касания, размеры которых могут достигать нескольких десятков микрометров, в результате работы сил трения выделяется определенное количество тепла. Тепло во фрикционном контакте, благодаря двойственной природе трения, генерируется в двух зонах: непосредственно на поверхности трения в результате преодоления молекулярных связей; на некоторой глубине за счет деформации поверхностного слоя.

Контактная температура(на пятне контакта) может достигать очень высоких значений, а объемная, как в массиве породы, так и в теле матрицы при нормальных режимах бурения достигает 100 - 200 °С. При этом характерно ее быстрое убывание от пятна контакта в глубь породы. Выделяющееся тепло отводится от алмаза за счет генерирования его в горную породу и матрицу. Матрица, в свою очередь, охлаждается промывочной жидкостью. Таким образом, для эффективного отвода тепла необходимо обеспечить алмазу возможность постоянно контактировать с новыми слоями породы (при постоянном охлаждении коронки). В целом это и происходит при нормальном процессе бурения. Если же в силу различных обстоятельств (высокая твердость горных пород, недостаточная осевая нагрузка) невозможно обеспечить достаточное внедрение алмазов в породу, то температура на пятне касания резко повышается, число микронеровностей на поверхности алмаза уменьшается, фактическая площадь контакта увеличивается; происходит некоторое перераспределение нагрузки в сторону снижения ее воздействия на породу; наступает, так называемое, состояние равновесной «шероховатости», известное в бурении как заполирование алмазной коронки.

На износ алмазной коронки и породы большое влияние оказывает относительное сближение контактирующих поверхностей. В зависимости от этого изменяется глубина внедрения алмазов и микронеровностей матрицы, варьируется режим шламоудаления из-под торца коронки. Так как процесс связан с интенсивным теплообразованием, а количество тепла зависит от площади соприкосновения, то при определенном заглублении алмазов количество тепла, отдаваемого породе, будет меньше вновь образуемого. В результате износ алмаза начнет увеличиваться и при переходе через определенный нормативный уровень наступит стадия повышенного износа алмазов.

 

 


Зависимость процесса бурения от взаимодействия коронки с породой

 

Исходя из представленного выше характера взаимодействия коронки с породой, можно сделать следующие выводы: нормальный процесс бурения ограничен с одной стороны величинами углубок, определяющими начало процесса микрорезания (порог заполирования); с другой - величинами углубок, обеспечивающими нормируемый износ алмазов (порог повышенного износа).

Таким образом, процесс бурения характеризуется углубкой за оборот коронки; этот показатель является критерием, отражающим ход процесса, а также комплексным показателем, связанным со свойствами горных пород, конструкцией коронки и параметрами режима бурения:

δ = 16,67 Vмех / n, мм/об,

где Vмех - механическая скорость, м/ч; n - частота вращения, мин-1.

Характер изменения углубки показывает зависимость соотношения темпов роста n и Vмех. Выделяются три основные тенденции изменения δ: уменьшается, если темп роста nопережает темп роста Vмех. Частота вращения и осевая нагрузка не обеспечивают соответствующего внедрения алмазов в породу. Взаимодействующая пара «коронка - порода» стремится к стационарному режиму - режиму заполирования; увеличивается, если темп роста Vмех опережает темп роста n. Происходит это при так называемом «силовом» методе бурения, когда эффективность бурения достигается в основном за счет все более увеличивающегося внедрения резцов в породу при возрастании осевой нагрузки. При этом под секторами коронки образуется все большее количество шлама, межконтактный зазор между поверхностью коронки и породой забоя соответственно все более уменьшается. В попытке найти выход шлам начинает интенсивно изнашивать матрицу и алмазы, увеличивается объемная температура. В результате при дальнейшем увеличении осевой нагрузки наступает падение Vмех износ коронки резко возрастает, не обеспечивается достаточное внедрение алмазов в породу; постоянна, когда темпы роста Vмехи n одинаковы или их значения находятся в постоянном соответствии, т. е. когда для данных условий найдено оптимальное значение углубки и интенсификации процесса разрушения горной породы и происходит за счет прогрессирующей скорости снятия разрушаемых слоев породы (интенсивный метод). Под секторами коронки, поскольку величина внедрения алмазов в породу постоянна, образуется одно и то же количество шлама, межконтактный зазор не изменяется, что обеспечивает благоприятные условия для выноса продуктов износа и работы коронки в целом. Относительно постоянная величина внедрения алмазов в породу поддерживается осевой нагрузкой, изменение которой обусловлено увеличивающейся площадью контакта алмазов вследствие образования на них площадок износа.

Разработка режима высокооборотного алмазного бурения

Основные принципы разработки технологии высокооборотного бурения определяются требованиями отраслевой методики.

 

 


Процесс высокооборотного алмазного бурения

 

Основные принципы разработки технологии высокооборотного бурения определяются требованиями отраслевой методики.

Условия процесса алмазного бурения по критерию углубка

Углубказа оборот δ определяется исходя из категории пород по буримости, зернистости алмазов, соответствующих твердости пород, и ограничивается значениями, характеризующими заполирование и повышенный износ алмазов; граничные значения углубок приведены в таблице 22 При их расчете учитывалось следующее: выпуск алмазов из тела матрицы составляет для однослойных коронок не более 25% диаметров алмаза, для импрегнированных - 10%; число секторов у коронок - 4; для однослойных коронок значение углубки следует принимать, исходя из условия δrа / 4, для импрегнированных - расчетную. 

Таблица 22- Граничные условия нормального процесса алмазного бурения по критерию углубки на оборот коронки (по В. И. Васильеву и др., ВИТР)

Категория

 пород по буримости

Зернистость алмазов, шт./кар

Диаметр алмазов, мм

Углубка δ, мм/об

порог заполирования

Максимально допустимая

по расчету

по условию δ≤rа/ 4

VII - VIII

20 - 12
30 - 20

1,95
1,70

0,034
0,026

0,39
0,34

0,247
0,212

IX

50 - 30
60 - 40

1,50
1,35

0,015
0.015

0,33
0,29

0,187
0,168

X

120 - 90

1,05

0,017

0,09

0,130

XI

150 - 120

0,95

0,018

0,08

0,124

XII

400 - 120

0,86

0,020

0,07

0,107

 

Частота вращения выбирается как максимально возможная в данных условиях и ограничивается прочностью колонны бурильных труб, мощностными показателями привода станка, а также степенью трещиноватости горных пород. По найденным значениям углубки и частоты вращения определяется рекомендуемая механическая скорость бурения, которую необходимо поддерживать в течение рейса (при условии неизменной твердости горной породы).

Механическая скорость бурения поддерживается соответствующим изменением осевой нагрузки на коронку и расходом промывочной жидкости, подаваемой в скважину.

Оперативный контроль за ходом процесса ведется по изменению механической скорости бурения и мощности, затрачиваемой на бурение. Временной интервал контроля при этом не должен превышать 5 мин, так как в противоположном случае теряется связь между осевой нагрузкой и Vмех.

Послерейсовый контроль заключается в осмотре коронки, замере ее износа, определении степени отработки и пригодности ее к дальнейшей эксплуатации в соответствии с правилами рациональной системы отработки алмазных коронок. В случае недостаточного для заданных условий выпуска алмазов, коронка направляется на электрохимическую заточку (ЭХЗ).

Структура разработки режима и управления процессом бурения при использовании показателя «углубка за оборот коронки» показана на рисунок 81

clip_image259

Рисунок 81- Схема разработки и управления процессом высокооборотного алмазного бурения (ВИТР).

Особенности управления процессом бурения

При выборе параметров режима бурения и управления ими в процессе бурения необходимо учитывать некоторые особенности этого метода.

В таблице 23 приведен широкий диапазон значений углубок и выбрать те из них, которые соотв