Введение к работе
Актуальность работы. Дальнейшее повыпекие эффективности геологоразведочных работ неразрывно связано с научно-техническим про- ' гроссом в области разведочного бурения и в первую очередь - с созданием, высокопроизводительного гюродоразругающего инструмента
Одним из направлений решении этой задачи является разработка я пирокое использование при бурении в твердых горных породах IX-ХІ категории буримости шірегнированикх буровых коронок, оснащенных синтетическими алмазами.
Достижения Института сверхтвердых материалов АН Украины в области синтеза высокопрочных синтетических алмазов способствовали разработке новых конструкций импрегшрованных коронок и позволили--значительно расширить объёмы алмазного бурения с их применением.-"'
!,&трици серийных буровых коровок изготавливаются ка основе-вольфрамосодеряздих материалов, не обладающих адгезионными свой*" ствами по отяоненню к алмазам. При этом обнажение алмазов таг-ра,-бочей поверхности инструмента на величину, превшапщгвт.-т/З'-раз-мера зерна, приводит в процесса бурения к их вырыву паоитрицы. Гак следствие, породоразрушавшій инструмент не -жяюльзуег'яап'ро-грамшрованный ресурс алмазов.
Ш основе анализа свойств и состава метазиичэских связок, широки применяемых для изготовления алмавкого'-ине'грумента, работаю-ьего в условиях абразивного изкаигоаиотг-хШо,~яредложено считать перспективным использовать в качестве--шгерзгава: матрица буровых коронок разработаїїнкй в JfCM'ftlf Украиго безйялвфрамовый материал КИАМ и его разновидности;'ІЬйМр" егсгв--качестве материала матрицы обусловлен относительно тати температурой спекания (не более ЭБОС) и высокой химической«гнгаіганостЕю по отношению к алмазам.
В соответствгагтгизлетгшяжгттуальным является' создание им-прегяированяых коропокзгшгериал- матрицы которых обладает высокой, адгезионной активгостБП''ТКготпопэн.ию к синтетическим алмазам и обеспечивает в совокупности с другими конструктивными параметрами инструмента высокухг износостойкость и производительность бурения.
Диссефтацюнная*"работа выполнялась по программе научно-исследовательских работ ИСїРсогласно Постановлении ГКНГ СССР N535 от 31.12.86г. по-программе ОБО. 04. 01. 04.02. И"Создать и освоить производство буровыхгкоронок, оснащенных новыми синтетическими мзно-криетамическими'-алмазами, для бурения крепких пород ІХ-ХІІ кате-горкй'буркшсти".
Цель работы. Изучение основных ззітаномернсстеА накаливания '/третированных коронок с безЕолъфрамсекми композиционными ал-
мазосодержаадеш наградами при их контактировании с горной породой и разработка на основе полученных результатов высокоэффективного породоразрушаящзго инструмента, обеспечивающего повышение проиэво-дительюсти геологоразведочного бурения.
Основные вадачи исследований. Для достшаэшл поставленной цели необходимо было решить следующее задачи:
-провести теоретические и экспериментальные исследования закономерностей изнашивания безвольфрамовых композиционных алмазосодержащих матриц буровых коронок при их контактирований с горной породой и установить основные параметры, оптимизация которых способствует повышению износостойкости породоразрушашего инструмента;
разработать методику исследований гранулометрического состава шлама горной породы и провести количественную оценку доли абразивных частиц, актизно деформирующих рабочую поверхность матрицы суровой коронки;
провести исследования по установлению максимально допустимой углубки ва оборот с учетом предельных концентраций шлама а объёме измеренного пространства контактного эазора между рабочей поверхностью матрицы-и забоем скважины;
разработать методику исследований макропараметров рабочей поверхности Суровой коронки при её изнашивании \\ процессе контактирования с горной породой;
экспериментально обосновать возможность повыиения 'износостойкости импрегнироваиньк коронок путем использования в качестве основы их матриц безвольфрамовых низкотемпературных адгезионно-активных металлических свявок, позволяющих увеличить выступание алмазов на рабочей поверхности породораарушаодего инструмента;
провести исследования влияния конструктивных параметров без-вольфрамоБой щтрицы и параметров реяиш бурения на интенсивность разрушения горной породы, гранулометрический состав её шлама и ианосостойкость буровых коронок;
разработать конструкцию и внедрить в практику бурения импрегни-рованные буровые коронки с беавольфрашвой матрицей, оснаданкой синтетическими ыонокрксгаллическиш алиазаші, не уступающие по показателям работоспособности широко применяемому в настоящее время породоразрушающему инструменту с природными алмазами.
методика исследований. Разнообразный характер задач, решаемых в настоящей работе, потребовал применения комплексного метода исследований, сочетающего анализ и обобщение результатов предыдущих работ по изучаемому вопросу, выполнение теоретических и зкспери-
- і -
ментальных исследований в лабораторных условиях к производственные испытания разработанного бурового инструмент Обработка результатов исследований осуществлялась методами математической статистики и теории вероятности с применением средств вычислительной техники. Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что автором впервые:
аналитически установлена зависимость интенсивности изнашиваний импрегнированной коронки от физико-механических свойств материала матрицы, ее конструктивных параметров и параметров макрогеометрии рабочей поверхности, оптимальным сочетанием которых достигается возможность эффективного использования в Суровом инструменте №г лоизкосостойких безвольфрамовых материалов;
аналитически установлена зависимость глубты деформирования рабочей поверхности коронки частицами шлама гордой породы, учитывавшая их размеры и прочность, а таклк изменение фізико-механических свойств материала матрицы при ее контактировании с гррпри породой;
с учетом предельно допустимой концентрации шлама в об'ьЗце меж-зеренного пространства зазора между рабочей поверхностьр матрицы й забоем скважины экспериментально установлена величина максимальной углуСки за оборот, презышание которой приводит к резкому увеличению износа буровых коронок;
предложена методика .оценки гранулометрического состава шлама, позволяющая с учетом параметров -макрогеометрии рабочей поверхности породораэруююшего инструмента количественно оценить доли частиц шлама, активно .деформирующих матрицу буровой коронки;
Достоверность научных положений и выводов обоснована значительным объёмом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходкмостьо их результатов и подгверддена положительными данными производственных испытаний разработанных буровых коронок, в раз-личных ;Геолого-технических условиях бурения. Экспериментальные и производственные исследования подтвердили правильность теоретических предпосылок и предлагаемых аналитических зависимостей, разработанных методик, рекомендаций и технических решений.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что в результате теоретических и экспериментальных исследований разработана импрегнированные буровые коронки типа БА-10, БА-24ССК и БА-ЗО для одинарного "колонкового снаряда и сяарядз ССК-59, обеспечивающие проведение буровых работ с высокими технико-экономическими показателями.
Реализация работы в лрошшлекности. Разработан технологический процесс изготовления и освоено серийное производство указанных коронок на Опытном заводе ИСМ АН Украины. Производственные испытания, связанные с реализацией разработок и реісомендаций автора й проведенные на протяжении 1985-1092г. в различных геолого-гехни-ческйх условиях бурения ГО"Западкварцсамоцветы", Капраккумской ГРЭ (Таджикистан), ШТ'Уралцветметрааведка" показал перспективность их эффективного использования при бурении скважин в твердых слабоабразивных горнш: городах VHI-K1 категории Суриыости. Общий экономический афрекг от внедрения разработок в указанных организациях составил более 570 тис. рублей (в ценах на шменг внедрения).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались ла научно-технических совещаниях ГПО"Укргеология", научных конференциях профессорско-преподавательского состава МГРИ в 1Є8р-Ш2г. г., Всесоюзной шкоде передового опыта "Извинение скоростей бурения колонковых скважин на основе внедрения научно-технических досшяекйй"(Кшгв,1Є88г.), научных семинарах отдела проблем сверхтвердых материалов в бурении (Киев, иШ АН Украины, 1992-93г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 статьях.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, обших выводов, списка использованной литературы, включающего 110 наименований, и 3 приложений. Изложена на 1Б4 стр. мавияоиисного текста, содержит 12 іаблиц и иллюстрирована 31 рисунком.
