Неудовлетворительное и все ухудшающееся состояние экономики и технологии бурения взрывных скважин поставило проблему бурового инструмента в число основных.
Буровое долото является не только основным рабочим (исполнительным) органом бурового станка, но и важнейшим элементом технологии буровых работ. Оно определяет способ бурения, характер взаимодействия станка с забоем скважин, работает в тяжелых условиях, воспринимает от бурового станка высокие осевые усилия, крутящие моменты и изнашивающее воздействие со стороны твердых и абразивных пород, подвергается большому нагреву, вибрациям и динамическим нагрузкам от става буровых штанг и вращателя. Эти факторы обусловливают жесткие требования, которым должен удовлетворять буровой инструмент.
Известно, что универсальных долот нет. Долота различных типов и моделей эффективно (производительно и экономно) работают только в определенной горной породе, при определенном режиме. Выпускаемые заводами и преимущественно используемые трехшарошечные долота дробящего и дробяще-скалывающего действия с шарошками конусной формы не могут соответствовать всем условиям бурения неглубоких взрывных скважин. Например, в широко распространенных породах средней крепости и перемежающихся с мягкими ШД имеют в 1,5 – 3 раза меньшую скорость бурения (и соответственно более высокие удельные затраты) по сравнению с комбинированными режуще-шарошечными инструментами и долотами с вращающимися резцами.
Исследования и практика показывают, что применительно к технологии проходки мелких взрывных скважин ввиду большого разнообразия горно-геологических условий бурения, многообразия используемых типомоделей буровых станков и других особенностей необходимо создавать специализированные конструкции новых долот. Среди них, наряду с шарошечными долотами, значительное место должны занимать инструменты режущего и комбинированного действия.
В данной работе, наряду с конструкциями выпускаемых заводами долот, дано описание конструктивных и технологических особенностей целого ряда новых видов специализированных буровых инструментов, разработанных в ГОУ ВПО “ГУЦМиЗ”. К числу основных особенностей специализированных долот относятся: разборность с возможностью многократного использования корпуса и вторичного преобразования конструкции отработанного долота, улучшенные аэродинамические, конструктивные, геометрические и другие параметры.
Современный специализированный буровой инструмент должен удовлетворять двум основным требованиям. Во-первых, обеспечивать интенсивное объемное разрушение горной породы с оптимальной энергоемкостью, что достигается применением силовых режимов бурения с большой осевой нагрузкой, величина которой в настоящее время ограничивается прочностью долота (вооружения, опоры, корпуса). Во-вторых, обладать высокой надежностью (долговечностью и прочностью).
Отмеченные прогрессивные особенности и направления развития специализированных буровых инструментов требуют решения многих сложных задач на основе научных методов расчета прочности, износостойкости, ресурса инструментов, а также выбора геометрических параметров и материалов для изготовления. В связи с этим в книге изложены основы проектирования бурового инструмента, содержащие как классические, так и новые подходы к оценке и методам повышения надежности долот и расчеты на прочность; исследование напряженного состояния конструкций и статистическое моделирование параметров бурового инструмента.
Настоящая работа в целом представляет собой первую попытку достаточно подробно осветить сравнительно большое количество новых конструкций специализированных долот для бурения взрывных скважин, показать ряд новых подходов к проектированию бурового инструмента, а также на основе известных теоретических и опытных данных изложить основные вопросы выбора типомоделей долот, режимов их отработки и критериев оценки эффективности работы.
Работа не лишена недостатков и авторы будут благодарны, если читатели укажут на них.
Авторы выражают благодарность проф., д.т.н. Страбыкину Н. Н. и проф., д.т.н. Анушенкову А. Н. за ценные замечания и советы, данные ими при рассмотрении рукописи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Конструктивными особенностями специализированного бурового инструмента, определяющими их основные технико-экономические преимущества по сравнению с существующими долотами, являются:
- разборность конструкции и многократное использование корпусных деталей;
- высокая ремонтопригодность, позволяющая повысить срок службы долота;
- возможность применения в одном корпусе различных породоразрушающих элементов с разнообразным вооружением;
- высокая адаптируемость к бурению скважин в сложноструктурных горных породах с широким диапазоном крепости по шкале М. М, Протодъяконова;
- снижение удельных затрат на бурение скважин;
- высокая степень предупреждения случайных отказов за счет проектирования долот с помощью компьютерных программ, с учетом новых принципов их построения.
Для предложенных видов и моделей специализированного бурового инструмента установлены рациональные технические параметры, область применения и режимы процесса бурения взрывных скважин.
В связи с тем, что шарошечные долота практически являются неразборными, а вооружение содержит металлокерамический твердый сплав (твердосплавные зубки), встает вопрос их утилизации. В работе, на основе теоретических и экспериментальных исследований предложены методы вторичных конструктивных преобразований и утилизации бурового инструмента, основанные на следующих новых технических решениях:
- восстановление отработанных шарошечных долот и их повторное применение на горнодобывающих предприятиях;
- вторичное преобразование отработанных шарошечных долот в долота других видов: режущего действия с зубчато-дисковыми шарошками и стационарными резцами;
- преобразование долот с зубчато-дисковыми шарошками в долота со стационарными резцами, с возможностью изменения диаметра и применения разнообразного вооружения;
- утилизация отработанного бурового инструмента, включающая применение новых способов извлечения твердосплавных зубков из породоразрушающих элементов, таких как термовращательный и электрогидравлический, отличающихся высокой эффективностью.
Разработана методика для оценки эффективности вторичного преобразования бурового инструмента и применения его на горнодобывающих предприятиях.
При разработке специализированного бурового инструмента и методов его конструктивных преобразований использованы конечно-элементные технологии решения современных задач прочностных расчетов, основой которых является:
- оценка напряженного и деформируемого состояния при статистическом приложении комплекса рабочих нагрузок;
- оценка свойств бурового инструмента как аккумулятора упругой энергии;
- анализ упругопластичного поведения материала бурового инструмента;
- оценка напряженного и деформированного состояния при динамическом внедрении инструмента в забой;
- анализ взаимодействия бурового инструмента и породы.
На основе систематизации факторов и выбора критериев сравнения работоспособности разработан метод оценки технико-экономической эффективности бурового инструмента, в основу которого положен интегральный показатель его работы – себестоимость бурения одного метра скважины. Показано, что по этому показателю предложенный специализированный буровой инструмент в пределах рекомендованных областей применения и установленных режимов бурения оказываются экономичнее по сравнению с серийными отечественными и зарубежными шарошечными долотами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.