Алексеев Филипп КР ТР-20. Разрушение горных пород твердосплавным буровым инструментом
 Скачать 32.59 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.К. АММОСОВА» (СВФУ) КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: Б1.В.ОД.3 Разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ «Разрушение горных пород твердосплавным буровым инструментом» Выполнил(а): Алексеев Филипп Семенович Студент 3 курса группы ТР-20 Егоров Игорь Антонович Якутск 2022г. 4Содержание Введение…………………………………………………………………………..3 I.Основные типы бурового инструмента…………………………………….4 1.1 Породоразрушающий инструмент колонкового бурения……………5 1.2 Виды твердосплавных коронок………………………………………….6 II РАЗДЕЛ .Основы выбора параметров режима бурения твердосплавными коронками…………………………………………………9 2.1 Особенности твердосплавных буровых инструментов ...11 2.2 Технология применения твердосплавных буровых инструментов………………………………………………….......13 III РАЗДЕЛ. Материалы, используемые при изготовлении твердосплавных коронок……………………………………………………14 Заключение……………………………………………………………………15 Список использованной литературы……………………………………....16Введение Процесс разрушения горных пород при бурении – разрушение горных пород на забое скважины или шпура вследствие механического или физико-химического воздействия на породу, производимого с целью формирования поля механических напряжений, достаточных для нарушения сплошности определенного объема (слоя) горного массива или преобразование породы в расплав, пар, раствор и удаление образовавшихся продуктов разрушения, растворения или плавления с забоя скважины на поверхность или в скважинное пространство. Энергоемкость процесса разрушения горных пород на забое скважины – показатель эффективности процесса разрушения горных пород, определяемый как отношение затраченной на разрушение породы энергии к интервалу углубки (объему разрушенной породы) за определенный отрезок времени. Буримость – сопротивляемость горной породы разрушению буровым инструментом, задаваемая совокупностью прочностных и абразивных свойств горной породы, способом и интенсивностью породоразрушающего действия, конструктивными параметрами и техническим состоянием бурового инструмента, а также способом и параметрами процесса удаления 4 продуктов разрушения из зоны породоразрушающего действия бурового инструмента. I РАЗДЕЛ. Основные типы бурового инструмента Твердосплавные коронки предназначены для колонкового вращательного бурения скважин в мягких и средней твердости горных породах I-VIII категорий по буримости и подразделяются на три основные типа: - для бурения мягких пород (ребристые, крупнорезцовые) тип М (I-V категории по буримости); - для бурения малоабразивных пород средней твердости (гладкостенные резцовые) тип СМ (V-VII категории по буримости); - для бурения абразивных пород средней твердости (гладкостенные, микрорезцовые или самозатачивающиеся) тип СА (абразивные горные породы VI-VIII категории по буримости). Эффективность работы коронки во многом зависит от угла заточки α переднего угла γп, угла поворота резцов, их числа и расположения резцов относительно друг друга. Угол α выбирают в зависимости от характера проходимых пород: чем тверже порода, тем этот угол больше (рис. 4.6). Для пород средней твердости рациональным является прямой угол резания α, для мягких – 80-75º . Разворот резцов относительно радиуса коронки на 10-15º повышает их сопротивляемость сколу. Выход резцов за пределы наружного f2 и внутреннего f1 контура корпуса зависит от твердости пород: 0,75-1,0 мм – при бурении пород средней твердости и твердых и 3-6 мм для бурения мягких пород. Размер резца (выступание резца над торцом коронки) также зависит от твердости горных пород и для горных пород средней твердости и твердых составляет 1,5-2,5 мм и 3-7 мм для бурения мягких пород. Для бурения твердых и абразивных пород средней твердости применяют резцы небольшой площади сечения, которые в процессе работы самозатачиваются. Эффективно работают резцы в коронке, конструкция которой обеспечивает ступенчатую форму разрушения забоя, т.к. наличие дополнительных обнаженных поверхностей забоя способствует более эффективному разрушению породы. Как следует из опытных данных, механическая скорость бурения при ступенчатом забое может быть в 1,9 раза выше, чем при плоском. Компания Atlas Copco для бурения мягких, средней твердости и твердых горных пород применяет коронку с вооружением из дробленого карбида вольфрама Сorborit. 149 Коронка имеет чрезвычайно шершавую многогранную рабочую поверхность, полученную при отверждении матрицы с зернами карбида вольфрама. Матрица коронки разделена промывочными каналами. Размер зерен карбида вольфрама от 2 до 5 мм. В процессе бурения коронка с подобным вооружением обладает большим количеством режущих кромок, вступающих в контакт с породой, что позволяет снизить вибрирование в процессе резания-скалывания горной породы. Коронка может применяться для бурения горных пород средней твердости с пропластками твердых горных пород. 1.1 Породоразрушающий инструмент колонкового бурения Твердосплавная коронка представляет собой металлический корпус (короночное кольцо) с резьбой в верхней части для соединения с колонковой трубой. В торцевой и боковой нижних частях корпуса расположены промывочные каналы, а также объёмные и подрезные резцы, обеспечивающие разрушение горных пород на забое скважины и поддержание постоянным на данном интервале диаметра её ствола. Коронки для бурения мягких пород имеют на наружной поверхности корпуса рёбра, обеспечивающие необходимое расширение ствола скважины по диаметру. Форма резцов, величина выхода из короночного кольца, углы наклона определяют эффективность работы инструмента в различных горных породах. 1.2 Виды твердосплавных коронок В геологоразведочных работах применяются твердосплавные ребристые коронки (M1, М2, М5) при вращательном бурении в мягких породах I-IV категорий по буримости. Резцовые коронки (СМ3,СМ4,СМ5,СМ6,СТ2) предназначены для бурения малоабразивных пород IV-VII категорий по буримости. Твердосплавная коронка СМ-9 для колонково-вращательного, а также вращательно-ударного бурения, применяемая преимущественно при бурении монолитных малоабразивных пород с V по VII. Самозатачивающиеся (СА1,СА4,СА5,СА6) - для бурения абразивных пород VI-VIII категорий по буримости. Коронки буровые твердосплавные типа КТУ-2, предназначены для бурения твердых, трещиноватых абразивных пород IV-VIII категорий по буримости. Коронки армируются восьмигранными резцами. Резцовые коронки отличаются небольшим выпуском твёрдосплавных резцов по торцу корпуса, наружной и внутренней боковым поверхностям коронок, установкой по наружной боковой поверхности дополнительных подрезных резцов, расположением рабочих лезвий по торцу коронки под различными углами, что обеспечивает резание пород IV—VII категорий по буримости. Самозатачивающиеся коронки отличаются применением рабочих элементов, включающих в себя твердосплавные резцы и опорные пластины с небольшой площадью поперечного сечения, что обеспечивает самозатачивание резцов и эффективное разрушение породы, несмотря на затупление режущих граней резцов. Учитывая многообразие геолого-технических условий, в которых возможно применение твердосплавных коронок разработаны коронки СМ-8 и СТ3 специального назначения и модернизированные коронки СМ9 (для замены коронок СМ4, СМ5 и СМ6). Конструктивные особенности коронок позволяют вести бурение с использованием промывочных растворов, с продувкой воздухом или призабойной циркуляцией, а также с применением гидроударных машин. Область применения твердосплавных коронок
II РАЗДЕЛ .Основы выбора параметров режима бурения твердосплавными коронками Анализ влияния параметров режима на механическую скорость бурения твердосплавными коронками показывает, что основными из них являются . Бурение в стендовых условиях самозатачивающимися коронками позволило получить модель влияния некоторых из названных факторов на механическую скорость бурения: vм = 14,75+0,92 ω +1,75 Р +3,06n – 2,03pш +Рω , где Р – осевая нагрузка; ω – частота вращения; n – число резцов; рш – твердость горных пород. Как следует из уравнения, на величину механической скорости бурения наиболее существенно влияет число резцов и твердость горной породы, далее по значимости идет осевая нагрузка и только затем частота вращения. При этом следует отметить, что и число резцов у коронки, и твердость породы, и осевая нагрузка – это факторы, задающие величину контактного напряжения, а соответственно, и режим разрушения породы. Повышение частоты вращения выше оптимальных значений приводит к повышенному износу резцов коронки. В связи с этим рекомендован оптимальный режим бурения твердосплавными коронками при окружной скорости перемещения резца vp= 1,4-1,5 м/c. Для коронок диаметром 46, 59, 76 , 93, 112, 132, 151 мм, с учетом допустимой окружной скорости, могут быть ориентировочно рекомендованы частоты вращения 500, 400, 300, 250, 200, 180 и 150 мин -1. При бурении трещиноватых, абразивных пород частота вращения снижается в сравнении с рекомендуемыми. Осевая нагрузка рассчитывается исходя из оптимальных значений нагрузки на один резец. В зависимости от твердости горных пород оптимальная удельная нагрузка на резец может изменяться от 0,4-0,5 кН при бурении мягких пород I, II категорий по буримости и до 1,0-1,2 кН при бурении горных пород VIII категории по буримости. При бурении трещиноватых пород величины осевого усилия и частоты вращения несколько снижаются. В данном случае критериями уровня снижения осевого усилия и частоты вращения инструмента являются вибрация снаряда и ресурс бурового инструмента. То есть повышение вибрации требует поиска новых сочетаний значений осевого усилия и частоты вращения, при которых уровень вибрации будет допустимым. Снижение ресурса бурового инструмента также требует переоценки влияния параметров режима бурения на буримость 0 1 2 3 4 Окружная скорость vp, м/c w, 10-5см3 /H м 1 2 3 1 2 3. Зависимость износостойкости твердого сплава ВК6 от параметров режима бурения: 1 – P = 1,25 кН; 2 – 0,75 кН; 3 – 0,5 кН 160 горной породы. При этом бывает достаточно незначительной корректировки того или иного параметра для получения оптимальных условий разрушения горных пород. Расход промывочной жидкости с повышением твердости буримых горных пород следует снижать, т.к. объем и размер, образующегося при бурении шлама будет снижаться. Так, если при бурении горных пород I, II категории по буримости рекомендуется [15] подавать к забою 12-15 л/мин, то при бурении горных пород VII-VIII категории по буримости 7-12 л/мин. 2.1 Особенности твердосплавных буровых инструментовДля бурения необходимо применять долото или коронку. Это главный рабочий инструмент, который берет на себя всю нагрузку от разработки породы. Само по себе долото – это искусственно вылитая из металла матрица, на которую монтируют дополнительные детали. Например, шарошки, зубцы и т.д. При вращении эти зубцы разрабатывают породу и дают человеку возможность выполнять бурение каналов, тоннелей и т.д. Без них невозможно обойтись при разработке шахт, прокладке тоннелей для метро или автомобильных путей, коммуникаций и т.д. Коронки же дают нам возможность работать колонковым методом. Простейший пример таких действий – бурение алмазными коронками бетонных конструкций. Сама коронка имеет форму пустотелого цилиндра. Одна стенка цилиндра является его тыльной стороной, а второй просто нет. Вместо нее коронка по периметру затачивается или оборудуется нарезными бурильными элементами. В основном резцами или чем-то подобным. При работе таким методом бурение происходит за счет врезания резцов коронки в породу, в то время как центральная ее часть остается нетронутой. Она просто фиксируется в цилиндре, а затем вынимается. Крупногабаритные твердосплавные вставки для буровых долот Твердосплавные долота и коронки от обычных отличаются используемыми режущими элементами. Учеными уже доказано, что при процессе бурения любых пород есть определенная зависимость износа бурильного инструмента, от нескольких факторов. Чтобы увеличить их срок работы используют твердосплавные металлы. Имеются в виду сплавы из никеля, вольфрама и титана. Существует огромное количество сплавов такого типа, поэтому выделять основные смысла нет. Только стоит понимать, что твердосплавными делают не тело долота или коронки, а сами режущие элементы. Исключения, конечно, имеются, но они чрезвычайно редки. А все дело в том, что буровые долота и коронки полностью из вольфрама или титана – это инструменты огромной прочности, но и не меньшей цены. Использовать их в абсолютном большинстве случаев нерентабельно. Другое дело, когда буровые насадки оборудуют только режущими элементами, которые уже выполняли из твердых сплавов. В таком случае затраты на производство понизятся в десятки раз, а вот долговечность работы и эффективность оборудования обязательно повысится. Важно Долота, как правило, оборудуют врезными пластинами, конусообразными резцами и т.д. Их запрессовывают непосредственно в матрицу или рабочий элемент. Например, твердосплавные частицы всегда запрессовывают в шарошки, таким образом, повышая их надежность и долговечность. Коронки не нуждаются в использовании пластин, на них монтируют очень мелкие резцы, или же прикручивают стираемые расходные насадки из твердых сплавов. 2.2 Технология применения твердосплавных буровых инструментовОсобенность использования твердосплавных долот и коронок в том, что за их состоянием нужно очень четко следить. Конечно, повышенная прочность дает вам некоторое поле для маневра, однако качественный уход еще сильнее улучшит качественные характеристики и долговечность бурового инструмента. Плюс стоит заметить, что твердосплавные модели, как правило, нуждаются в постоянной очистке, мойке и смазке. Поэтому их лучше использовать на специальных буровых установках, в которых есть оборудование для постоянной очистки долота. Также потребуется подача бурового масла, которое смазывает резцы, делает их более устойчивыми. Это достигается за счет уменьшения силы трения между породой и самим металлом. При этом эффективность бура не уменьшается, а даже увеличивается. В таком случае их снимают на доработку и ремонтируют в срочном порядке. У коронок такие проблемы наблюдаются намного реже, так как у них площадь сопротивления намного ниже. Однако и здесь придерживаются аналогичных алгоритмов работы и обслуживания. к меню III РАЗДЕЛ. Материалы, используемые при изготовлении твердосплавных коронок Корпус твердосплавных коронок изготавливается из стали марок 30, 35 или 40 по ГОСТ 1050-74 или Ст45 по ГОСТ 380-71. Указанные стали обеспечивают достаточную прочность корпуса и хорошо смачиваются припоем в процессе пайки. Кроме того, эти стали хорошо обрабатываются при изготовлении и поддаются деформированию без нарушения сплоности при прессовых операциях. Ребра ребристых коронок изготавливаются из тех же марок сталей, что и корпус коронки. Вкладыши и установочные пластины изготовляют из сталей марок 10, 20 и 35 по ГОСТ 1050-74 или СтЗ по ГОСТ 380-71. Опорные пластины, обеспечивающие устойчивость твердосплавных пластин и их жесткое крепление, изготавливаются из стали повышенной прочности — стали марки 45 по ГОСТ 1050-74. Для наименее ответственных деталей и оберточных пластин применяются СтЮ по ГОСТ 1050-74 или Ст1 по ГОСТ 380-71. Заключение В ходе работы были рассмотрены процессы изготовления долот типатвердосплавных коронок и долот. Я считаю, что оба вида имеют право на существование и оптимальны для конкретных условий бурения. В процессе выполнения работы можно прийти к заключению, что проблема износа бурового оборудования, в частности породоразрушающего инструмента, имеет принципиально важное значение, т.к. износостойкость бурового долота существенно влияет на производительность процессов бурения. Список использованной литературыhttps://studfile.net/preview/9521547/https://studopedia.su/9_21128_razrushenie-gornih-porod-pri-vrashchatelnom-burenii-tverdosplavnim-instrumentom.html?ysclid=lbdr6w5gf245673503geokniga-razrushenie-gornyh-porod-pri-provedenii-geologorazvedochnyh-rabot0.pdf | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||