Способ алмазного бурения скважин
Владельцы патента RU 2278235:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к горной, горно-строительной и строительной промышленности и может быть использовано при разбуривании твердых пород или бетонов алмазным инструментом в геологоразведке и строительстве. Технический результат достигается тем, что в способе алмазного бурения скважин, заключающемся в воздействии на забой скважины и разрушении породы алмазной коронкой с одновременной промывкой воздухом, согласно изобретению промывку ведут воздухом с добавлением в него на поверхности сплава Вуда в виде порошка или гранул, причем концентрация сплава Вуда 50-100 г на 1 м3 воздуха. Применение данного способа алмазного бурения скважин обеспечивает следующие преимущества: повышение эффективности охлаждения алмазной коронки; низкие потери промывочного агента при бурении в зонах поглощения промывочной жидкости; повышение скорости бурения; улучшение выноса шлама с забоя скважины. 1 табл.
Изобретение относится к горной, горно-строительной и строительной промышленности и может быть использовано при разбуривании твердых пород или бетонов алмазным инструментом в геологоразведке и строительстве.
Известен способ бурения скважин (патент РФ, №2024729, МПК 5 Е 21 В 21/00, Е 21 В 33/138, опубл.1994.12.15). При бурении в зоне с поглощением запорный элемент забрасывают в буровую колонну. Повышением давления разрушают мембрану и часть потока направляют через боковое отверстие переводника. На забое происходит накапливание шлама и образование густой смеси шлама и раствора. Калибрующие элементы долота вдавливают твердые частицы шлама и смеси в стенку скважины и происходит закупоривание пор пласта, предотвращающее поглощение промывочной жидкости. Недостатком данного способа является низкая эффективность охлаждения алмазной коронки.
Известен способ алмазного бурения скважин (а.с. СССР, №722930, МПК С 09 К 7/04, опубл.25.03.1980), включающий промывку средой, согласно изобретению с целью повышения эффективности способа за счет улучшения охлаждения инструмента и очистки забоя промывку ведут графито-воздушной суспензией, причем концентрация графита 5-20 кг на 1 м3 воздуха. Недостатком данного способа является низкая эффективность охлаждения алмазной коронки.
Известен способ алмазного бурения скважин, принятый за прототип (Кудряшов Б.Б. и др. Новая технология бурения скважин в мерзлых породах. Л., Недра, 1973, с.75-79). Способ заключается в воздействии на забой скважины и разрушении породы алмазной коронкой с одновременной продувкой воздухом. Недостатком данного способа является низкая эффективность охлаждения алмазной коронки.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения алмазной коронки.
Технический результат достигается тем, что в способе алмазного бурения скважин, заключающемся в воздействии на забой скважины и разрушении породы алмазной коронкой с одновременной промывкой воздухом, согласно изобретению промывку ведут воздухом с добавлением в него на поверхности сплава Вуда в виде порошка или гранул, причем концентрация сплава Вуда 50-100 г на 1 м3 воздуха.
Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность охлаждения алмазной коронки.
Способ алмазного бурения скважин предназначен для бурения крепких пород с продувкой воздухом. Использование воздуха в качестве промывочной среды имеет ряд преимуществ по сравнению с промывкой глинистым раствором или водой: дефицитность воды в условиях пустынь, высокогорья и Крайнего Севера, лучшая очистка от выбуренной породы, высокая скорость проходки скважин, меньшие энергозатраты на привод породоразрушающего инструмента, повышенный срок службы алмазных коронок. В то же время условия охлаждения породоразрушающего инструмента при бурении с продувкой воздухом существенно хуже, чем при жидкостной промывке, по причине низких коэффициентов теплоотдачи и весового расхода. Температура режущих граней алмазов не должна превышать 600°С, так как в противном случае снижается твердость алмаза и возникают температурные деформации и, как следствие, резко падает эффективность алмазного бурения.
Способ алмазного бурения скважин осуществляют следующим образом, преимущественно при бурении нисходящих скважин. Воздействуют на забой скважины и разрушают породу алмазной коронкой с одновременной подачей воздуха. Удаление породы с забоя на поверхность осуществляют воздухом. Перед подачей воздуха на поверхности в него добавляют сплав Вуда в виде порошка или гранул, причем концентрация сплава Вуда составляет 50-100 г на 1 м3 воздуха. Сплав Вуда - легкоплавкий сплав на основе висмута. Как правило, сплав Вуда состоит из 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова, 12,5% кадмия. Температура плавления сплава Вуда 68°С. Он обладает высокими литейными свойствами, легко заполняет мельчайшие детали формы. Предел прочности сплава Вуда 0,5 МН/м2 и относительное удлинение 25%. Сплав Вуда применяется для изготовления моделей, заливки металлографических шлифов и др. Так как сплав Вуда плавится при температуре 68°С, то при достижении забоя скважины он переходит в жидкое состояние за счет тепла, выделяющегося при разрушении породы, и эффективно охлаждает буровое долото. При проходке зон с высоким поглощением промывочной среды сплав Вуда проникает в трещины и по мере охлаждения твердеет, что вызывает закупоривание трещины, что соотвественно снижает потери промывочной жидкости. Сплав Вуда обладает высокой плотностью и удерживается на забое скважины силами гравитации, способствуя при этом повышению эффективности выноса шлама за счет возникновения дополнительных сил, воздействующих на шлам. Нижний предел добавления сплава Вуда принят из условия минимального увеличения механической скорости бурения, а верхний предел добавления принят в соответствии с дальнейшей экономической нецелесообразностью его использования из-за его высокой стоимости. После окончания бурения алмазную коронку приподнимают над забоем для предотвращения заклинивания долота на забое при охлаждении остатков сплава Вуда.
| Очистной агент | Температура нагрева матрицы коронки на расстоянии 1 мм от торца, °С | Механическая скорость бурения, м/ч |
| Сжатый воздух | 290 | 1,3 |
| Сжатый воздух с | ||
| концентрацией сплава Вуда | 180 | 1,9 |
| 50 г на 1 м3 воздуха | ||
| Сжатый воздух с | ||
| концентрацией сплава Вуда | 140 | 2,2 |
| 75 г на 1 м3 воздуха | ||
| Сжатый воздух с | ||
| концентрацией сплава Вуда | 110 | 2,5 |
| 100 г на 1 м3 воздуха |
Применение данного способа алмазного бурения скважин обеспечивает следующие преимущества:
- повышение эффективности охлаждения алмазной коронки;
- низкие потери промывочного агента при бурении в зонах поглощения промывочной жидкости;
- повышение скорости бурения;
- улучшение выноса шлама с забоя скважины.
Способ алмазного бурения скважин, заключающийся в воздействии на забой скважины и разрушении породы алмазной коронкой с одновременной промывкой воздухом, отличающийся тем, что промывку ведут воздухом с добавлением в него на поверхности сплава Вуда в виде порошка или гранул, причем концентрация сплава Вуда 50-100 г на 1 м3 воздуха.
