Способ алмазного бурения горных пород и устройство для его осуществления чихоткина

 

Назначение: изобретение относится к бурению горных пород и может быть использовано в народном хозяйстве при алмазном колонковом бурении геологоразведочных скважин импрегнированными коронками пород средней и крепкой твердости. Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет увеличения продолжительности рейса. Способ включает измерение механической скорости бурения, суммарного поперечного сечения промывочных .окон и определение скорости промывочной жидкости перед началом бурения. При этом в промывочных окнах поддерживается постоянная скорость промывочной жидкости за счет изменения расхода последней. Устройство для осуществления способа алмазного бурения горных пород содержит датчики расхода промывочной жидкости и механической скорости бурения, двухрежимный задающий блок расхода промывочной жидкости, задающий блок скорости бурения, блок сравнения, усилители, пусковое реле со своими блок-контактами, корректор подачи промывочной жидкости и соленоидный вентиль регулятора подачи промывочной жидкости . 1 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 44/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

iy

-Я

1 л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4923260/03 (22) 30.01,91 (46) 23,04,93. Бюл. N t5 (71) Алма-Атинский городской научно-технический центр "Контакт" (72) В.Ф,Чихоткин (56) О.И,Шерстюк и др. Методические рекомендации затрат мощности.для регулирования процесса алмазного бурения, Л., ВИТР, 1984, с. 31, Авторское свидетельство СССР

Н 1543057, кл. Е 21 В 44/00, 1988. (54) СПОСОБ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЧИХОТКИНА (57) Назначение: изобретение относится к бурению горных пород и может быть использовано в народном хозяйстве при алмазном колонковом бурении геологоразведочных скважин импрегнированными коронками поИзобретение относится к бурению горных пород и может быть использовано в народном хозяйстве при алмазном колонковом бурении геологоразведочных скважин импрегнированными коронками пород средней и крепкой твердости.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет увеличения продолжительности рейса.

Сущность предлагаемого способа алмазного бурения горных пород заключается в следующем.

В процессе работы коронка изнашивается по своей высоте в сторону уменьшения.

Изменяясь по высоте, изменяется суммарная пропускная площадь промывочных окон. Уменьшение сечения промывочных

„„5U„„1810514 А1 род средней и крепкой твердости. Цель изобретения — повышение эффективности бурения за счет увеличения продолжительности рейса, Способ включает измерение механической скорости бурения, суммарного поперечного сечения промывочных окон и определение скорости промывочной жидкости перед началом бурения. При этом в промывочных окнах поддерживается постоянная скорость промывочной жидкости за счет изменения расхода последней. Устройство для осуществления способа алмазного бурения горных пород содержит датчики расхода промывочной жидкости и механической скорости бурения, двухрежимный задающий блок расхода промывочной жидкости, задающий блок скорости бурения, блок сравнения, усилители, пусковое реле со своими блок-контактами, корректор подачи промывочной жидкости и соленоидный вентиль регулятора подачи промывочной жидкости. 1 ил. окон, при постоянной подаче заданного объема промывочной жидкости, ведет к уве- 0 личению скорости потока при прохождении

° и в промывочных окнах. а следовательно и нарушению призабойного режима промывки, . (Л

Известно, что в процессе разрушения горных пород алмазными буровыми корон- фЬ. качи образуется шлам, который при помо-: щи промывочной жидкости подаваемой к забою, выносится с определенной скоростью из-под рабочего торца на поверхность.

Известно и то, что шлам образивно действует на матричный материал коронки, т,е. разрушает ее. Отсюда следует. что постоянное поддержание определенной скорости прохождения промывочной жидкости под

1810514 рабочим торцом коронки во время бурения, позволяет управлять процессом износа матричного материала коронки. Очевидно, что управление процессом износа матричного материала коронки, являетсл определяющим высоту выступания алмазов из матрицы, Способ предполагает в процессе бурения, учитывая физико-механические свойства буримой породы, а также применяемый породоразрушающий инструмент, постоянную оптимальную углубку в буримую породу, изменять количество подаваемой на забой промывочной жидкости, а значит и ее скорость прохождения под рабочим торцом коронки, управлять процессом износа матричного материала, следовательно регулировать высоту выступания алмазов из матрицы, что в целом позволит более эффективно проводить процесс бурения при этом увеличивая продолжительность рейса, сво дя к нулю возникновение процесса заполирования алмазов, На чертеже изображено устройство для осуществления способа.

Устройство состоит из датчиков 1 и 2 механической скорости бурения и расхода промывочной жидкости имеющего блок задания минимального расхода 3 и нормального расхода 4, нормально открытый контакт 5 и нормально закрытый контакт 6, блоков сравнения 7 и 8, усилителей 9 и 10, корректора подачи промывочной жидкости

11, пусковых реле 12, 13, 14, соленоидного вентиля 15 и блока задания минимальной скорости бурения 16.

Датчик 1 и блок 16 соединены с блоком сравнения 8. Выход блока сравнения 8 соединен с реле 14, управляющим нормально закрытым контактом 6 задающего блока нормального расхода 4, а также с нормально разомкнутым контактом 5 задающего блока 3 минимального расхода, Датчик 2 и выходы с контактов 5 и 6 соединены с блоком сравнения 7. Левый выход блока сравнения 7, через усилитель 9 и пусковое реле

12 соединен с соленоидным вентилем 15.

Правый выход блока сравнения 7, через усилитель 10 соединен с корректором 11, выход которого через пусковое реле 13 соединен с соленоидным вентилем 15.

Устройство. реализующее данный способ работает следующим образом.

Перед началом бурения, рассчитав необходимый режим бурения, включающий в себя расход промывочной жидкости, осевую нагрузку, частоту вращения и механическую скорость. замерив параметры коронки, т.е. ее высоту и определив суммарную площадь промывочных окон, определяем скорость потока промывочной жидкости в промывочных окнах, сравнивая с предлагаемым выше соотношением скоростей. И в случае отклонения от заданной величины, определяемой соотношением вносим коррекции в расход промывочной жидкости. После чего коронку опускаем на снаряде в забой.

Промывочная жидкость подается по снаряду, омывая забой и по скважине, вынося шлам и охлаждая породоразрушающий инструмент удаляется на поверхность. Под действием Осевой нагрузки при бурении алмазы торца коронки вдавливаются в забой, а при вращении снаряда, что обуславливает движение алмазов торца по забою, происходит разрушение буримой горной породы, При этом в процессе бурения двурежимный задающий блок осуществляет стабилизацию на уровне, задаваемом блоком задания нормального расхода 4, При повышении расхода, напряжение появляется на правом выходе блока 7, которое после усилителя 10 и корректора 11 попадает на реле 13, подпитывая соленоидный вентиль 15, регулируя расход в сторону снижения до

25 заданного уровня. При снижении расхода сигнал идет по левой ветви через усилитель

9, реле 12 подпитывая соленоидный вентиль

15, который регулирует расход в сторону повышения. В случае, когда при бурении

30 встречаются малообразивные или очень крупные породы, сигнал датчика 1 оказывается меньше сигнала блока задания минимальной скорости бурения 16 происходит следующее: Блок сравнения 8 пропускает

35 сигнал рассогласования на реле 14, которое возбудившись размыкает контакт 6 и замыкает контакт 5 так, что вместо стабилизации нормального расхода происходит стабилизация его минимального значения задавае40 мого блока 3, Подача промывочной жидкости резко снижается, снижается скорость ее прохождения под рабочим торцом коронки. Скапливаемый на забое шлам истирает матричный материал тем самым ого-.

45 ляя алмазы. Обнаженные алмазы обеспечивают более высокую скорость бурения. Когда скорость бурения становится, выше заданной блоком 16, блок сравнения перестает возбуждать реле 14, контакт 5 размыкается, контакт 6 замыкается, насос начинает подавать жидкость в нормальном количестве, согласно сигналу блока задания

4 с учетом выставленного шламового режима. В следствии разрушения горных пород происходит естественный износ элементов конструкции коронки, например, матрицы по ее высоте, Очевидно, что при изменении высоты матрицы, изменяется суммарная пропускная площадь промывочных окон, а при постоянном количестве подаваемой на

1810514 коронки до первоначальных его значений, 35 либо снизить расход очистного агента Q тем самым доведя до расчетных значений скорости потока V> в суммарной площади S промывочных окнах коронки.

40 промыйочных окон после каждого рейса и

45

50 забой промывочной жидкости изменяется скорость прохождения ее под рабочим торцом коронки. Известно, что уменьшение или увеличение скорости выноса шлама с забоем находится в прямой зависимости к износу матрицы коронки в процессе бурения, Отсюда выполненный в устройстве корректор 11 позволяет корректировать скорость прохождения промывочной жидкости под рабочим торцом коронки, связанную с изменением конструктивных элементов, например суммарную площадь промывочных окон.

Рассмотрим пример способа бурения горных пород и его реализацию, Известно, что в процессе работы коронка снашивается по своей высоте меняя суммарную площадь промывочных окон, следовательно возникает необходимость либо пропиливать промывочное окно после каждого рейса с целью сохранения расчетной скорости потока, либо внести коррекцию в ее расход, т.е. снизить расход промывочной жидкости. С износом коронки суммарная пропускная площадь промывочных окон S уменьшается, следова-ельно V потока в промывочных окнах (скорость) при постоянном расходе Q очистного агента— возрастает.

Отсюда следует, что для того чтобы сохранить соотношение скорости Ч1 и V e>, необходимого для соблюдения шламного режима mp, необходимо либо пропилить промывочное окно после рейса в корпусе

Для определения суммарной площади осмотра коронки можно составить таблицу, где при замере высоты матрицы Н, зная первоначальную суммарную площадь промывочных окон, определяемую

S;-h где h — высота промывочного канала;

l — ширина промывочного канала; п — количество промывочных каналов легко можно определить действительную суммарную площадь промывочных окон.

Развертка алмазной буровой коронки типа БИТ

1, Корпус

2. Сектор

3, Промывочное окно

Пример. Колонковое бурение ведется диаметром 59 мм, алмазными буровыми коронками типа Б И T г. зернистостью 800—

1000 Мкм на глубине 250 м по породам Х категории по буримости, Осевое усилие

1800 Дан., частота вращения снаряда 500 об. мин, количество промывочной жидкости при этом составляет 40 л/мин на механическую скорость 3 м ч, По данным выше значениям соблюдается оптимальный призабойный процесс разрушения буримой породы, т.е, соблюдается шламовый режим или наличие необходимого количества для истирания матрицы и оголения алмазов.

Учитывая принятый тип коронки Б И Т, скорость прохождения потока промывочной жидкости под рабочим торцом коронки составляет 1,95 м/с при механической скорости бурения 3 м/ч или 0,000833 м/с. При расчете на механическую скорость равной 1 м/ч или 0,000278 м/с скорость прохождения потока соответственно составит 0,65 м/с.

Составим формулу и определим соотношение, при котором процесс бурения считается оптимальным — =(16 31 10 ) Чадех, 0 г

Я где Q — расход промывочной жидкости, м /c;

S — суммарная площадь поперечного сечения

V><> — механическая скорость бурения, Граничные значения соотношения формулы означают то, что при постоянно поддерживаемой выбранной или расчетной механической скорости бурения уменьшение скорости потока ниже граничного значения (16 10 ) приведет к интенсивному износу коронки из-за черезмерного наличия шлама и его воздействия на матрицу под рабочим торцом коронки, а увеличение значения (31 10 ) ведет к ускоренному выносу и мэлому контакту шламового материала с матрицей коронки, провоцируя тем самым процесс заполирования алмазов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет оптимизировать процесс забойного разрушения горных пород, увеличить продолжительность рейса, улучшить условия работы породоразрушающих элементов, повысить в целом эффективность бурения, что в конечном счете положительно влияет на повышение механической скорости бурения, ресурс отработки в целом на технико-экономические показатели бурения, При этом прирост ресурса отработки алмазных коронок с применением предлагаемого объекта составит порядка 30-40%, а механической скорости 20 — 30%.

Формула изобретения t. Способ алмазного бурения горных пород, включающий измерение механической

1810514 скорости бурения Ч и расхода Q промывочной жидкости, задание минимального и нормального расхода промывочной жидкости, задание минимальной скорости бурения и регулирование расхода промывочной 5 жидкости в зависимости от изменения скорости бурения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет увеличения продолжительности рейса, определяют суммарную площадь попе- 10 речного сечения промывочных окон $ и корректируют расход промывочной жидкости согласно соотношению 0/S = (16 — 31

2 и

10 ) V, поддерживая при этом скорость промывочной жидкости в промывочных ок- 15 нах постоянной.

2. Устройство для алмазного бурения горных пород, содержащее датчики механической скорости бурения и расхода промы- 20 вочной жидкости, блоки задания минимальной скорости бурения и минимального и нормального расхода промывочной жидкости, первый и второй блоки сравнения, усилители, три пусковых реле и 25 исполнительный механизм, к.входу которого подключены выходы первого и второго пусковых реле, к входу первого пускового реле через первый усилитель подключен один из выходов первого блока сравнения, второй выход которого подключен к входу второго усилителя, а к входам первого входа сравнения подключены выходы датчика расхода промывочной жидкости непосредственно, а входы блоков задания минимального и нормального расходов промывочной жизни через замыкающий и размыкающий контакты третьего пускового реле соответственно, к входу третьего пускового реле подключен выход второго блока сравнения, входы которого соединены с выходами датчика скорости и блока задания минимальной скорости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено корректором подачи промывочной жидкости, к входу которого подключен выход, второго усилителя, выход корректора подачи промывочной жидкости соединен с вторым пусковым реле, а в качестве исполнительного механизма использован соленоидный вентиль,