Способы интенсификации разрушения пород при шарошечном бурении скважин

Процесс воздействия зубьев шарошек долота на забой является статическим, и увеличение скорости (динамики) их воздействия на породу существенно увеличивает эффективность разрушения. При этом, исходя из качественных оценок, увеличение эффектив­ности разрушения породы происходит только при определенных сочетаниях осевого усилия на инструмент и дополнительного динамического воздействия. С увеличением осевого усилия доля увеличения эффекта разрушения от наложения динамических нагрузок будет уменьшаться. Так при малых величинах р_ос (зона / на рис. 2.29) дополнительное динамическое воздействие в виде ударов наддолотного пневмоударника или вибраций с по­мощью вибраторов даст максимальный прирост скорости бурения при средних значениях осевых усилий (зона //) относительный прирост скорости бурения снижается. В зоне ///, где при боль­ших р_ос зубья долота погружаются на свою полную высоту (до тела шарошек), прироста скорости практически происходить не будет за счет наложения дополнительных динамических на­грузок.

Рядом организаций разработаны средства увеличения дина­мики воздействия долота на породу. В настоящее время для этой цели предложены магнитострикторы и погружные пневмоударники, устанавливаемые над шарошечным долотом. Эффект дей­ствия магнитострикторов основан на использовании в них пла­стин металлов (никель, сплав алюминия и железа), которые под действием электрического тока высоких частот (400 Гц) изменяют свои линейные размеры (длину) на 1,0—1,5 мм и за счет этого с такой же частотой воздействуют через долото на горную породу, что позволяет эффективно сочетать статические и динамические нагрузки на породу, увеличивая тем самым скорость бурения и производительность бурового станка.

При этом нужно учитывать соотношение между возмущающей силой магнитостриктора и величиной создаваемого осевого усилия на долото буровым станком, а также условия работы шарошечного долота при максимально допустимых осевых усилиях и при мень-

ших усилиях. При небольших осевых усилиях эффект действия магнитостриктора может быть большим и прирост скорости буре­ния по сравнению с обычным может составлять более 100 % (см. кривые 1 и 3 на рис. 2.29). Но при больших осевых усилиях происходит полное внедрение зубьев долота в породу. В этом слу­чае не будет происходить увеличения скорости бурения с исполь­зованием магнитостриктора. Поэтому использование магнито­стриктора эффективно, когда на шарошечные долота не приклады­ваются предельные осевые усилия, т. е. возможно бурение при меньших осевых усилиях или бурение долотами большего диа­метра по сравнению с рекомендованными для данного станка. При использовании наддолотных пневмоударников при предель­ных осевых усилиях скорость может не возрасти, если наблюдается полное внедрение зубьев в породу (участок кривой 2 на рис. 2,29 в зоне ///). Исследование способов интенсификации бурения шарошечными долотами не завершены, а поэтому здесь проведены только предварительные результаты работ в этой области.

Ряд организаций (ИГТМ АН УССР, ИРПТИ и др.) создает комбинированные способы разрушения пород при бурении. Так, в ИРПТИ для бурения перемежающихся по крепости пород сконструированы долота, сочетающие в себе элементы шарошеч­ных долот и резцов. При бурении мягких пород при небольших осевых усилиях на забое работают режущие элементы долота. При встрече крепкого пропластка (валуна в мерзлых породах) осевое усилие увеличивается и разрушение производится шарош­ками. Эти долота используются на буровых станках типа СБШ-250МН и 2СБШ-200Н. В ИГТМ АН УССР создан термо­шарошечный инструмент, в котором разрушение шарошками

производится предварительно ослабленной термическим воздей­ствием породы.

Работы по созданию комбинированных инструментов и спосо­бов воздействий на породы при бурении продолжаются.