Особенности технологии алмазного бурения

Применение алмазного бурения в наиболее твердых породах, высокая стоимость алмазов, чувствительность алмазов к ударным нагрузкам, малый размер резцов и зазора между матрицей и породой забоя, характер обнажения алмазных резцов по принципу самозатачивания обуславливает ряд особенностей:

1.Выбор коронки. Алмазное бурение особенно чувствительно к правильному выбору коронки. Для каждого вида и состояния пород можно подобрать наиболее подходящую коронку. Некоторые зарубежные фирмы даже специально изготавливают коронки по образцам пород, в которых предстоит их использовать. Действительно, имеется десятки разновидностей пород, различающихся по своим свойствами состоянию, и десятки вариантов алмазных коронок, различающихся по типу, конструкции, твердости матрицы, сорту и размерам алмазов. Правильный выбор коронки для данных конкретных условий является важной технологической задачей во многом определяющей эффективность бурения.

2.Ресурсосберегающий подход. В связи с высокой стоимостью алмазов, расход алмазов на метр бурения составляет значительную часть себестоимости бурения. Следовательно, при разработке рациональной технологии алмазного бурения, особенно в самых твердых, абразивных, трещиноватых породах, наряду с достижением максимальной производительности необходимо стремиться и к минимальному расходу (износу) алмазов.

3. Чистота забоя.Нельзя спускать в скважину алмазную коронку, если на забое оказались осколки твердого сплава (например, после бурения твердосплавной коронкой или долотом с твердосплавными зубками или штырями), осколки металла или осколки керна твердых пород. Во всех этих случаях забой должен быть тщательно очищен специальным инструментом или коротким рейсом со старой алмазной коронкой

4. Приработка коронки в начале бурения. У всех импрегнированных коронок и у однослойных коронок без заданного выпуска алмазов, алмазы не выступают из матрицы. Чтобы началось бурение, коронка 5 – 10 минут при минимальных значениях осевой нагрузки и частоты вращения трется о породу забоя пока не износится матрица и алмазы выступят на оптимальную величину, после чего начинается нормальное бурение, и параметры режима доводятся до рабочих величин.

5. Контроль наружного диаметра коронки и поддержание диаметра скважины. Поскольку алмазное бурение ведется в основном в твердых и очень твердых породах, стенки скважины почти не разрушаются и диаметр скважины почти точно равен диаметру коронки. В процессе бурения, если в снаряде нет алмазного расширителя, коронка изнашивается не только по торцу, но и по наружному диаметру. В твердых породах это может привести к тому, что следующая коронка с размером по наружному диаметру большим, чем размер скважины в несколько десятых мм, может застрять с суженной части скважины и тогда придется долго и осторожно разбуривать подрезными алмазами стенку скважины Если спускать снаряд неосторожно, то при вхождении коронки в сильно зауженную часть скважины ее матрица может быть сломана (раздавлена). Поэтому на буровых, где ведется алмазное бурение, обязательно имеется штангенциркуль или прибор « индикатор диаметра коронок» Новую коронку спускают в скважину, только если ее диаметр не больше диаметра поднятой из скважины коронки. Для предотвращения износа коронки по наружному диаметру и «конушения» скважины над коронкой в колонковый набор включают алмазный расширитель.

6. Вибрация. При вращательном бурении, для передачи вращения с поверхности от бурового станка на коронку на забое используется колонна бурильных труб, к сожалению, имеющая часто изгибы, несоосность резьбовых соединений, неравномерный износ стенок и другие дефекты. Ось бурильной колонны отклоняется от прямой линии, центр тяжести смещается, и при вращении возникают центробежные силы, пропорциональные квадрату частоты вращения. При небольшой частоте вращения (до 300 – 500 об/мин) эти силы не очень велики и колонна либо не прижимается к стенкам скважины, либо прижимается не очень сильно. Но с увеличением частоты вращения прижатие труб к стенкам скважины резко (в квадратичной зависимости, вспомните формулу центробежной силы!) возрастает, за счет чего возникают релаксационные колебания, колонна начинает вращаться рывками, возникает ВИБРАЦИЯ! Дополнительным источником вибрационных колебаний может быть неравномерность разрушения породы на забое. При вибрации резко возрастают динамические (ударные) нагрузки, как на коронку, так и на бурильную колонну, что может приводить к разрушению алмазов, и самих бурильных труб. При возникновении вибрации бурить практически невозможно. Алмазное бурение наиболее эффективно как раз на больших оборотах, поэтому борьба с вибрацией является важной особенностью алмазного бурения.Борьба с вибрацией является важной задачей в технологии алмазного бурения. В данной работе приведем лишь главные направления:

1). Применение высококачественных бурильных колонн, постоянный контроль за состоянием труб и их соединений, своевременная отбраковка искривленных и изношенных труб и соединений, селективная сборка колонн на трубных базах.

2). Обязательное использование очистных агентов со смазывающими свойствами.

3). Выбор и поддержание параметров режима бурения (осевая нагрузка, частота вращения), не вызывающих вибрацию,

4). Выбор и применение алмазных коронок, обеспечивающих наиболее равномерное разрушение породы и не имеющих геометрических дефектов, вызывающих генерацию колебаний.

5). Применение механических забойных амортизаторов между бурильными трубами и колонковым набором - в настоящее время практически не применяются.

7. Главная особенность алмазного бурения в том, что именно при алмазном бурении в твердых породах наиболее эффективно применять управление процессом бурения по задаваемой величине углубки за оборот! (что описано выше).