Способ алмазного бурения горных пород и устройство для его осуществления

( 21) 3937461/ ( 22) 29,07.85 (46) 30,10,87 ( /1) Казахски тут им. В, И, ( 72) М, Г, Тл В, В, 11 оветки 2-03 прдвлеци струи цр цели, Ус длмдзосо е кдсднхпегг1 мьюочггоитройство в Бюл,й поли Ленин еуов,ниР.4 ническии ержаяпунг м нд сектор Савостин1 аркинд кдггдлдыг рецнеи с 3, В каж ороцы се ки 5, об ггере гороГвысотой,имеет Фор гои вь му голикоторца АМ рабочего и с пост енггым и Справочное ру- горазведочцо 1983, с, 192, Алмдзосберега- Разведкд м.б. использовано огоразведочных сквд повысить эффективет увеличения ен е ь бур ия эа сч ин оборо уг- го лубки заинструмен породоре дать радидл ое ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Бугаев А, А, и др, Синтетические алмазы в геологоразведочцом бурении, Киев, Наукова думка, 1978,с208-217,Блинов Г. А, и др.ководство мастера геолого бурения, Л,: Недра,Глазов М. Г, и др.ющая технология буренияи охрана недр, 1983, с, 28-31,(54) С 10 СОБ АЛМАЗНОГО БУРЕИЯ ГОР 1 Г 1 К110 РОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ.1 1 ЕНИЯ(57) Изобрет иепри бурении г олжин и позволяет забояжггдкостц (1 И ) иэ кгггочдет корпус и дтрицу (АМ), раза 2 промывочными ом из ццх с вцутторов 2 выно.гггеггы дзугоггпге щель 4 с соте АМ, 1)елг 4 цдсг с ггоггоро том в стороггу црдгпеггия рехоцом по высоте и радиальное цдпрдвлецие. Для осуществления способа с помощьнг данногоустройства сндчдлд рдзрущдют породузабоя алмазами инструмента, Одцовремеггцо 1)г подается по буровому сцдря -;гу к здбою под пулг сируюгпггы давлением и воздействует нд его рдзрущаемыйслои, Нульсдция Гьг обусловлена воздействием гидростдтического столбажидкости в сквджице, д затем резкимснижением давления под струей из щели 4, 11 ри этом скорость фильтрдции1 Вг и механическую скорость буренияурдвцивают путем увсличецпя мехдццческой скорости до мдксимдльцой дляданной коронки, 2 з,п, ф-лы, 4 цл,50 5 с Изобретение относится к бурениюгорных пород и может быть использовано в народном хозяйстве при алмазном колонковом бурении геологоразведочных скважин,Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет увели -чения углубки за один оборот породоразрушаюшего инструмента,На фиг, 1 изображено устройство для осуществления способа, вид сбоку;ца Фиг, 2 - то же, вид снизу; нафиг, 3 - вид на промывочный канал,вид Л ца Фиг1; на фиг, 4 - вид Б наФиг. 2Устройство состоит из корпуса 1,имеюшего резьбу для соединения с копопковой трубой (це показано), скреплепного с алмазосодержашей матрицей, разделенной на сектора 2 промывочными каналами 3. В промывочных каналах3 имеются щели 4 для прохода промывочцой жидкости, образованные перегородками 5, Перегородки 5 выполнены продолжением внутренней поверхности секторов 2 матрицы. Г 1 ель 4 имеет угол 6 поворота относительно радиальногонаправления в сторону вращения инструмента, Угол 6 поворота щели 5 относительно радиального направления максимален у рабочего торца устройства и с высотой щели плавно уменьшается таким образом, что у корпуса 1 щель имеет уже радиальное направление,Устройство работает следующим образом,11 од осевой нагрузкой алмазы торца устройства вдавливаются в забой, а при вращении снаряда, что обуславливлет движение алмазов торца по забою,происходит разрушение породы. Промывочная жидкость подается по буровому снаряду к забою, проходит внутри корпуса 1 устройства, смывает внутренние поверхности секторов 2 и перегородок 5 и через щели 4 подается в промывочные каналы 3, а затем по скважине выносится ца поверхность, На выходе изшели 4 и при касательном пересечении забоя по промывочному каналу 3 струяпромывочной жидкости обладает значительной скоростью, В связи с этим суммарное гидро с татиче ско е и гидродинамическое давление жидкости на забой в месте касания его пересекающей струей ниже, чем только гидростатическое давление по остальной площади промывочного канала 3, и уже проник 10 15 20 25 30 35 40 45 шая под гидро с та тич е Г кнм дл цчециемв микротрешццы забоя жидкость падструей выдавливается из микротрешин,При врашеции ицструмецта прохождениепромывочного канал 3 устройстванад каждым участком забоя сопровождается воздействием сначала гидростатического давления столба жидкости в скважине, затем резкого снижениядавления под струей из шели 4, обусловленного эффектом суммарного воздействия гидростатического и гидро 1динамического давлений и вновь гидростатического давления, Такая пульсирующая динамика действия давленияжидкости позволяет жидкости глубжепроникать в микротрешицы забояКроме того, при этом происходит осцилляция частичек породы из забоя, образованных микротрешинами, в результате чего увеличивается глубина микротрешин, что способствует увеличениюглубины промокаемого слоя Колебаниячастичек породы обусловлены разницейдавлений промывочной жидкости в соседних микротрешицах ца границе касания забоя струей по мере врашения инструмента,П р и м е р, Забой на глубине100 м находится под давлением про 1 ывочной жидкости, например воды, порядка 1 О кг/см , Под этим давлением2глубина промокаемого слоя достигает0,1 мм, следовательно, механическаяскорость бурения при частоте врашения 600 минне должна превьппать600 мин" х 0,1 мм = 60 мм/мин3,6 м/ч,Однако, эффективной для данныхпород и условий является опытно подобранная коронка с крупностью объемных алмазов 1,2 - 1,4 мм, следовательно, оптимальная механическая скоростьбурения определяется;600 миц " х (0,12-0,4) мм =72 - 84 мм/миц = 4,8 м/ч,При бурении подбирается расход жидкости с тем, чтобы при оптимальной механической скорости мощность на бурение была минимальной, это свидетельствует о работе алмазов в режиме мокрого" трения, т,е, о том, чтоскорость фильтрации, которая находит-ся в прямой зависимости от скорости истечения промывочной жидкости из шелеи, равна или превышает оптимальную механическую скорость бурения,1 осле каждого рейса исследуется износ алмазов на предмет наличия назабое сухого трения, о чем могут свидетельствовать площадки эаполирования на нижних концах. Если этого нет, то режимы выбраны правильно и повышение глубины фильтрации достигает как минимум 30-407, Следовательно, эффективность собственно буренияповысилась на 30-402,В случае, если механическая ско 10 рость осевой нагрузкой не оптимизируется, что указывает на применениеслишком крупных для данных проходимых пород алмазов, необходимо применить инструмент с меньшей размерностью объемных алмазов. При этом следует учитывать то, что для обеспечения наибольшей эффективности бурениянеобходимо применение породоразрушающего инструмента с максимальнобольшой для данных пород крупностью 15 20 алмазов, так как это обеспечит лучшую механическую скорость бурения, 25 Бурение на больших глубинах связа но с большим гидростатическим давлением, что обуславливает большую глубину промокаемого слоя, поэтому необходимость в применении предлагаемого 30 способа и устройства с глубиной скважины уменьшается, Для того, чтобы струя из щели пересекала забой в радиальном направлении и время действия гидростатическо- З 5го давления на забой в каждом промывочном канале до и после воздействия струй было равным, щель выполняют с переменным углом 6 к радиальному направлению устройства в направлении его вращения, учитывающим линейную скорость вращения устройства и скорость истечения струй промывочной жидкости иэ щели,П р и м е р, При современных режимах бурения алмазами линейная скорость движения матрицы при вращении инструмента равна 2-2,5 м/с (частота вращения коронки 4 59 мм в преде 40 45 иия из щелей обшей площадью около 50 мм (6 щелей шириной 1 мм и высойтой 8 мм) при расходе 20-25 дм /мин составляет 8-10 м/с. Для данных условий максимальный угол поворота щели равен 5,По мере торцового износа секторов 2 матрицы площадь щелей 4 уменьшает 55 ся, так как высота формирующих струю лах 600-700 мин), а скорость истече щелей равна высоте промывочных каналов 3, а значит, скорость истекающихиз щелей 4 струй промывочной жидкостивозрастает. Угол 6, под которым выбрасывается промывочная жидкость изщели 4, т.е, угол поворота щели 4 относительно радиального направленияинструмента, плавно уменьшается свысотой щели, и у корпуса 1 щель 4имеет уже радиальное направление.Этим достигается то, что струя, увеличивающая свою скорость по мере торцового износа устройства, все время пересекает забой в радиальном направлении.Увеличение глубины промокаемогослоя и скорости фильтрации позволяетповысить механическую скорость бурения путем увеличения углубки инструмента за оборот, снизить мощность навращение инструмента и в целом повысить эффективность буренияформула и э о б р е т е н и я1, Способ алмазного бурения горныхпород, включающий разрушение породзабоя алмазами породоразрушаюшегоинструмента с одновременным воздействием промывочной жидкостью на разрушаемый слой забоя, о т л и ч аю ш и й с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счетувеличения углубки за один оборотпородорежушего инструмента, уравнивают механическую скорость бурения искорость фильтрации промывочной жидкости путем увеличения механическойскорости бурения до максимальнойдля данной коронки и подачи промывочной жидкости на забой под пульсирующим давлением,2. Устройство для алмазного бурения горных пород, включающее корпуси алмазосодержашую матрицу, разделенную на сектора промывочными каналами,о т л и ч а ю ш е е с я тем, что.в каждом промывочном канале со стороны внутренней поверхности секторовматрицы выполнены перегородки, образующие щель, причем длина щели равнавысоте матрицы,3, Устройство по и, 2, о т л и -ч а ю ш е е с я тем, что, с цельюсоздания радиального направления касающейся забоя части струи промывочной жидкости из шели, последняя выполнена в форме голикоида с поворотому рабочего торца матрицы в сторонувращения и с постепенным переходомпо высоте в радиальное направление,Составитель А, Кромиктор А. Долинич Техред Л. С рлккова орректор А,Зимокосов 53 то дела д, 4/ 113035 нская ц,Моск 1 роианодстценц -полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,аказ 5173/31 ТиражВ 11 ИИИИ Гос дарственного иаобретеций а, А-З), Рау 1 одписноекомитета СССи открытий