Технологическая характеристика и режим шнекового бурения

Технология шнекового бурения состоит в образовании взрывных скважин коронками режущего типа (резцами) под воздействием усилия подачи, а также удаления буровой мелочи из забоя обеспечивается шнековыми штангами с ребрами винтовой формы.

Основными технологическими операциями шнекового бурения скважины являются: собственно бурение, наращивание и разборка бурового става, состоящего из отдельных штанг.

Усилие подачи на резец и подача последнего на забой скважины осуществляется как под действием веса вращателя и бурового става ( станок СБР-125), так и принудительно (СБР-160). Ход станка СБР-125 – шагающий, а СБР-160 и СБР-200 – гусеничный.

Резцы имеют лезвия, армированные вставками твердого сплава (ВК6, ВК8, ВК8В и др.). Форму режущих лезвий выбирают в зависимости от буримости пород и диаметра скважин.

При Пб< 2—3 в плотных пластинчатых породах применяют резцы типа «рыбий хвост» (рис. 4.1, а). При Пб = 2-4 эффективнее резцы со сменными зубцами (рис. 4.1, б); режущие элементы легко заменяются, а стойкость резца достигает 1000 м и более. В породах с Пб = 3—5 успешно применяют резцы с прерывистыми лезвиями в виде впаянных (рис. 4.1, в) или сменных (рис. 4.1, г) элементов твердого сплава. Для бурения хрупких и трещиноватых пород (Пб <4) применяют резцы с криволинейными режущими лезвиями (рис. 4.1, д) и иногда кольцевые резцы с двумя режущими элементами (рис. 4.1, е). Использование резцов торцевого резания с передним отрицательным углом (рис. 4.1, ж), требующих больших усилий и частоты вращения позволяет расширить область шнекового бурения и применять его в породах с Пб до 7.

При бурении плотных влажных пород шаг спирали шнеков hс = (0.5-0.7)D (D- диаметр шнека), а при бурении сухих полускальных пород hс = (0.85- 1.0) D. Стойкость штанг 1000-4000 м.

Для лучшей очистки скважин от буровой мелочи рекомендуется к спиралям шнека по центральной трубе подавать сжатый воздух с расходом его, равным 0.08 м³/с, при давлении 0.2 МПа (шнеко-пневматическая очистка).

Режим шнекового бурения характеризуется усилиями подачи, частотой вращения бурового инструмента и эффективностью удаления продуктов разрушения.

Зависимость между скоростью бурения Vб и усилием подачи Ро (рис 4.2) характеризуется зонами истирания I, переходной ІІ, объемного разрушения ІІІ и падения скорости ІV. Для пород различной буримости зависимость Vб=ƒ(Ро) в зоне объемного разрушения остается линейной, изменяется лишь угол α. Величина минимального (критического) усилия (кН), при котором начинается объемное разрушение породы.

Ро.кр 5П_бF_к,

Где F_к – площадка затупления лезвий резца, см² (F_к =0.5—3 см²; нижний предел относится к бурению легкими станками пород с Пб =1—2, а верхний – к бурению тяжелыми станками пород с Пб = 3—4).

Скорость бурения зависит также от частоты вращения n_в бурового става (рис. 4.2) . Для транспортирования буровой мелочи шнеком необходимо превышение критической частоты вращения n_в.кр 1 - 1.2 с^-1. Частота вращения и усилие подачи ограничиваются в трещиноватых полускальных породах – необходимостью удаления продуктов резания из скважины. Предельно допустимая частота вращения по интенсивности износа бурового инструмента и транспортирования буровой мелочи из скважины составляет 3.7-4.2 с^-1.

Рисунок 4.2 Графики зависимости скорости вращательного бурения Vб от усилия подачи Ро и частоты вращения бурового става n_в при Пб= 1—4.

Техническая скорость шнекового бурения (м/ч) приближенно может быть определена по формуле

Vб 7.5· 10^-2 Ро n_в/( П² _бd²_р),

Где Ро – усилие подачи, кН; n_в- частота вращения бурового става, с^-1;dр- диаметр резца, м.

Оптимальный режим бурения определяется так же, как при шарошечном бурении. При увеличении показателя Пб от 1 до 5 усилие подачи на инструмент возрастает с 0.4-0.5 до 4-5 кН на 1 см диаметра резца, а частота вращения снижается до 2 с^-1 и менее. У выпускаемых станков шнекового бурения частота вращения бурового става изменяется от 1.5 до 3.7 с^-1.

4.4 Техническая характеристика шарошечного бурения скважин