Термическое разрушение горных пород

Термическое бурение неглубоких скважин, предназначенных для взрывных работ заключается в следующем.

Горящая смесь керосина, этилового спирта или дизельного топлива с кислородом создает в огнеструйной горелке пламя с температурой 2400-3200⁰. Скорость истечения раскаленных газов составляет 1800-2000 м/сек, благодаря чему обеспечиваются огромная скорость передачи тепла нагреваемой поверхности породы и большие температурные напряжения в горной породе приводят к ее разрушению. Этот метод перспективный для бурения в крепких породах для неглубоких скважин.

Термотехническое разрушение

Для повышения эффективности разрушения твердых пород предложены комбинированные тепловые и механические методы воздействия. При этом нагрев горных пород служит только для уменьшения их прочности, а окончательное отделение пород от массива производится механическим способом.

Электрофизические методы разрушения

Высокочастотный метод. Работы по разрушению и ослаблению горных пород при высокочастотном нагреве в СССР начаты в 1949 году. Известно, что электрический пробой твердых диэлектриков часто сопровождается их механическим разрушением. Большинство горных пород является плохо проводящими электрический ток материалами. Поэтому возникла идея использовать хорошо известное явление теплового и теплоэлектрического пробоя диэлектриков для разрушения горных пород.

Разрушение горных пород в быстропеременном

Электромагнитном поле

Физическая основа разрушения горных пород токами высокой частоты - это высокочастотный нагрев с возникновением разрушающих температурных напряжений. Высокочастотный нагрев диэлектриков (к которым относятся большинство горных пород) обычно производится в электрическом поле под обкладками конденсатора. Этот принцип и заложен в конструкцию такого бурового инструмента.

Лекция №12

ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ
БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Буровые долота классифицируются по двум признакам - по назначению и по характеру воздействия на породу.

По назначению долота подразделяются на три класса:

n долота для сплошного бурения;

n долота для колонкового бурения;

n долота для специальных целей (пикообразные, зарезные, расширители, фрезеры и др.).

Для сплошного бурения наша промышленность выпускает шарошечные, алмазные, фрезерные и лопастные долота с различной системой промывки.

В зависимости от геологических условий бурение с отбором керна производится бурильными головками - шарошечными, алмазными, фрезерными и лопастными.

Долота для специальных целей вам уже известны из практических занятий, поэтому на этом классе инструмента останавливаться не будем.

По характеру воздействия на горную породу буровые долота делятся на четыре класса:

n дробящие;

n дробяще-скалывающие;

n истирающе-режущие;

n режуще-скалывающие.

К первому классу относятся долота и бурильные головки дробящего действия двух-, трех- и четырехшарошечные с одно- и многоконусными шарошками, расположенными без смещения относительно оси долота (рис.47), т. е. ось симметрии шарошки проходит центр симметрии долота. В этом случае разрушение породы происходит за счет ударов зубцов шарошек о забой.

Рис.47

Рис.48

Ко второму классу относятся долота и бурильные головки дробяще-скалывающего действия двух-, трех- и четырехшарошечные (многошарошечные) с двух-, трехконусными и сферическими шарошками, расположенными со смещением относительно оси симметрии долота(рис.48), где к -величина смещения (в пределах до 5 мм).

При вращении такого долота со смещенными шарошками, вооружение этих шарошек будет наносить удары о забой, вызывая эффект дробления горной породы, и проскальзывать по забою, вызывая эффект скалывания. Такие долота эффективны при бурении пластичных пород.

К третьему классу относятся долота и бурильные головки режуще-истирающего типа. К этому классу относятся алмазные и фрезерные долота и бурильные головки.

К четвертому классу относятся все лопастные буровые долота и головки.

Наиболее раннее развитие из всех этих известных долот получили долота режущего типа. Поэтому рассмотрение теоретических вопросов разрушения горных пород различными видами долот начнем с лопастных долот, которые относятся к классу долот режуще-скалывающего действия.