Введение к работе
ДоЖйШСть работы. Снижение непроизводительных потерь алмазного сырья и повышение эффективности алмазосберсіающей технологии бурения в твердых горных породах связывается с разработкой научных основ, технологий и технических средств для предупреждения аномального износа алмазных коронок. До одной трети количества алмазного породоразрушающего инструмента снимается с дальнейшей эксплуатации по причине прижога и заполирования. Наличие этих форм аномального износа ведет к снижению величины механической скорости бурения, к увеличению времени на спуско-подъсмныс операции и ликвидацию осложнений в скважине. Наиболее частым проявлением аномального износа следует считать прижог, являющийся причиной большинства аварий, на ликвидацию которых затрачивается значительная часть рабочей смены, а иногда приходится забуривать новый ствол. Таким образом, предупреждение этих форм аномального износа способствует повышению эффективности алмазосбсрегающей технологии бурешія. Теоретическая база алмазосбсрегающей технологии строится на результатах исследований механизма контактирования алмазов с зпбоем скважины, изучения схемы удаления шлама из-под коронки и механизма углубки скважины за 1 оборот коронки. На основе этих исследовании даются рекомендации по технолопш приработки и эксплуатации алмазных коронок, строятся различные гипотезы, объясняющие механизмы заполирования и прижога, и проектируются методы и технические средства для контроля процеса углубки скважины. Эти исследования являются также и основой для совершенствования конструкций алмазных коронок. Если учесть, что к настоящему времени не разработан эффективный породоразрушающий инструмент для бурения в твердых горных породах (Х-ХІІ категория по буримости), отсутствуют методы и технические средства для автоматизированного контроля форм аномального износа алмазных коронок, а существующая теория винтовой углубки скважины содержит ряд существенных противоречий, то все эти обстоятельства определяют постановку актуальной проблемы - разработку научных основ предупреждения аномального износа алмазных коронок.
Работа выполнялась во Всероссийском научно-исследовательском институте методики и техники разведки (ВИТР). Исходными ма-
терналами диссертационной работы являются результаты теоретических, экспериментальных и опытно-производственных исследований, начатых автором с 1974 г. и проводимых в соответствии с отраслевой программой б.Мингео СССР по проблеме XIX R.lJ(l) 88 "Разработка системы оптимального управления работами на геологоразведочном объекте- (на примере бурения скважин)", программой Росхомнедра "Разработка технологий и технических средств для бурения геолото-разведочных скважин на твердые полезные ископаемые и воду" и планами НИОКР ВИТР по хоздоговорным и госбюджетным темам (N гос. регистрации 77031024, 80029437, 81050918 н др.).
Теории алмазосберегающей технологии бурения и решению отдельных методических, технических и технологических вопросов данной проблемы посвящены работы Афанасьева И.С., Багакатова Д.Н., Блинова ГА., Быченкова Е.И., Васильева В.И., Воробьева В А., Глазова М.Г., Головина О.С., Горшкова Л.К., Кардыша В.Г., Козловского ЕЛ., Комарова М.А., Кудряшова Б.Б., Курочкина П.Н., Марамзина А.В., Лившица В.Н., Маруса В.И., Мельничука А.В., Мнхеева Н.Н., Новожилова В .К., Окмянского А.С., Онищина В.Н., Питерского В.М., Пешалова ЮА., Сахарова А.В., Соловьева Н.В., Сулакшина С.С., Флянтикова ВА., Шерстюка О.И. и ряда других исследователей.
Цель работы - научное обоснование и разработка методов и технических средств для предупреждения аномального износа алмазных коронок, способствующих сокращению непроизводительных потерь алмазного сырья и повышению эффективности алмазосберегающей технологии бурения.
Идея работы - развитие теории углубки скважины за I оборот на основе механизма контакта коронки с забоем скважины, совершенствование технологии приработки алмазных коронок и бурения твердых горных пород, а также построение алгоритмов распознавания и предупреждения аномальных форм износа породоразрупгающего инструмента в процессе углубки скважины.
Методы исследований. Анализ и обобщение теоретических положений и опытных данных ранее проведенных исследований, а также:
- теоретические, экспериментальные и производственные исследования углубки за I оборот на основе метода экспертных оценок.гша-
гшрования эксперимента и статистических методов обработки данных экспериментов;
- -экспериментальные, производственные и технико-экономичес
кие исследования эффективности разработанных методой и техничес
ких средств и определения областей, их рацдошыыюго применения.
Задачі; исследований:
исследование и определение количества алмазов, контактирующих с гарной породой, с учетом профиля матрицы коронки и забоя скважины:
исследование схемы приработки забоя под коронку и приработки коронки в твердых горных породах;
изучение механизма углубки скважины и схемы удаления шлама из-под торца коронки;
изучение механизма заполирования и прижога алмазных коронок и определите их информативных признаков;
разработка технологии приработки алмазных коронок и технологии их отработки при бурении в твердых горных породах;
разработка методов и технических средств для автоматизированного контроля форм аномального износа алмазных коронок.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаїпш подтверждена результатами теоретических, экспериментальных и про-шводствешшх исследований. О достоверности результатов исследований свидетельствует удовлетворительная сходимость расчетных величин с фактическими данными, полученными в стендовых и производственных условиях, а также положительные результаты практического использования разработанных методов и рекомендаций по технологии углубки скважин при алмазном бурении.
Научная новизна. Теоретически установлены и экспериментально подтверждены закономерности циклической углубки скважины, на основе которых разработаны алгоритмы автоматизированного контроля форм аномального износа алмазных коронок и методические рекомендации по технологии бурения твердых горных пород, обеспечивающей снижеіше расхода алмазов и повышение механической скорости бурения.
Личный вклад автора заключается в постановке всех задач исследований и разработки методов их решения, организации и личном
участии в выполнении теоретических, лабораторных и производственных исследований.
Практическая значимость работы заключается в том, что в ней даны научно-методические основы разработки методов и технических средств для предупреждения аномального износа алмазных коронок.
Решены следующие практические задачи:
разработана методика проведения приработки алмазных коронок при бурении твердых горных пород;
предложены методы определения количества алмазов, контактирующих с забоем скважины, и измерения температуры на торце матрицы алмазных коронок;
разработаны на уровне изобретений конструкции алмазных коронок для бурения твердых монолитных и трещиноватых горных пород н валунно-галечных включений в четвертичных отложениях;
разработаны на уровне изобретений и опробованы и производственных условиях алгоритмы и технические средства для распознавания и предупреждения форм аномального износа алмазных коронок;
разработаны методические рекомендации по технологии бурения твердых горных пород и контролю заполирования и прижога алмазных коронок с использованием серийной контрояьнл-шмеритель-ной аппаратуры;
изготовлен и испытан опытный образец съемной алмазной коронки для разбуривания валунно-галечных включений IX-XII категорий по буримости, разработка рекомендована к серийному производству.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Ряд методических положений и технико-технологических решений внедрит в практику геологоразведочных работ, в т.ч.:
в Кировском ПГО в 1987 г. внедрена алмазная коронка для бурения в твердых трещиноватых породах, в результате внедрения увеличена проходка на коронку на 16%, длина рейса на 12%, механическая скорость бурения на 6%;
в ПГО "Севзапгеологая" внедрены методические рекомендации по распознаванию и предупреждению заполирования и прижога алмазных коронок, аналогичные внедрения проведены в ПГО "Степное", "Красноярсіиїологая","Востказгеология",,Ташкентгеологая";
- в mi "Севзапгеология" в 1991-1993 гг. при проходке моренных отложений опробована съемная коронка для бурения валунно-галечных включений IX-XI1 категорий по буримости.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на IV региональной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Северо-Запада "Научные и практические проблемы геологоразведки" (Л., 1990); на 2-ом Международном симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (Спб., 1992); на юбилейной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения ФА. Шамшева (Спб., 1993); на 3-ем международном симпозиуме 'Торное дело в Арктике" (Спб., 1994), а также обсуждались на научно-технических совещаниях ряда геологоразведочных организаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 работ, в том числе 1 монография и 5 авторских свидетельств на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 243 страницах мапшнописного текста, включаег 47 рисунков, 40 таблиц, список использованной литературы пз ] 69 наименований.
