Технология твердосплавного бурения

Бурение коронками с твердосплавными резцами применяется в мягких и средней крепости скальных породах от 1 до V11, частично V111 категорий по буримости, причем область применения твердосплавных коронок сужается за счет применения для бурения в породах V1 – 1Х категорий резцов из СТМ.

Твердосплавное бурение впервые появилось в Германии в 1915 году (Первая мировая война и в Германию не продавали алмазы) Резцы тогда изготавливались из литого карбида вольфрама. В последующее время резцы стали изготавливать из металлокерамического вольфрамокобальтового твердого сплава типа ВК. В основном применяются марки сплава ВК-6, ВК-8, где цифра означает процентное содержание кобальта, связывающего твердые зерна карбида вольфрама. Если кобальта меньше – сплав более твердый и более износостойкий (есть сплав ВК-3), но и более хрупкий и менее прочный на скол, если кобальта больше (есть сплав ВК-15), он более прочный, но менее твердый и менее износостойкий. Формы и размеры резцов разные, обычно призмы квадратного или прямоугольного сечения с размерами от!.8 х 1.8 до 5 мм. длиной 10 – 15 мм., но могут быть и резцы круглого и восьмигранного сечения и другие.

Поскольку твердосплавное бурение применяется в широком диапазоне пород от самых мягких, рыхлых до скальных пород средней крепости монолитных, трещиноватых, абразивных, имеется несколько групп твердосплавных коронок, различающихся конструкцией и принципами воздействия на породу. Для бурения мягких пород применяются коронки типа «М», имеющие крупные резцы – зубки выступающие на значительную величину как по торцу, так и по наружному диаметру. Выпускаются коронки М-6 с пластинчатыми резцами, ранее выпускалась коронка М-5 с трубчатыми восьмигранными резцами более производительная, но и более дорогая. Для бурения в скальных породах (1V – V111 категории по буримости) применяются три группы твердосплавных коронок: - СМ – для пород средней крепости, монолитных, СТ – для пород средней крепости – трещиноватых, СА для пород средней крепости – абразивных.

В отличие от коронок типа «М», коронки, предназначенные для бурения скальных породах, разрушают породу на забое по принципу ступенчатого забоя. При этом передовые резцы либо выступающие больше других из торца, либо смещенные к краям кольцевого забоя, проделывают канавки на забое, что легче, так как меньше площадь разрушения и порода на забое не зажата со стороны боковых стенок скважины. Следующие резцы срезают (скалывают) оставшуюся часть забоя, что также легче, поскольку оставщаяся часть породы имеет дополнительную свободную поверхность и легче скалывается. Наиболее наглядно этот принцип виден на примере коронки типа СМ-4, рис.34

Рис. 34

Все твердосплавные резцы имеют относительно острую режущую часть, В зависимости

от того, как происходит износ режущей части резцов, коронки делятся на незатачиваемые, затачиваемые после каждого рейса и самозатачивающиеся.

Коронки с незатачиваемыми резцами (СМ-4, СМ-5, СМ-6, СМ-9), предназначенные для бурения малоабразивных, монолитных и перемежающихся породах, и коронки для бурения в таких же, трещиноватых породах (СТ-2, СТ-4) имеют резцы квадратного сечения с постоянным углом заточки. В процессе бурения режущая кромка резцов постепенно стирается, площадь контакта возрастает и соответственно снижается скорость бурения. Поскольку сечение резцов сравнительно невелика, (4х4 и 3х3мм.), а породы не очень твердые, то до полного износа режущей кромки резцов коронка успевает пробурить несколько метров, т.е. обеспечивается рациональная углубка за рейс.

R

В последнее время разработана коронка КТ-1 с затачиваемыми после рейса резцами, что обеспечивается формой торца коронки, совпадающей с радиусом абразивного заточного круга. Такая коронка за счет повышенной прочности крупных резцов и за счет перезаточки резцов после каждого рейса до 5 раз, имеет ресурс в несколько раз больше, чем коронки типов СМ и даже чем у самозатачивающихся коронок - СА (Рис. 35).

Рис. 35.

При бурении в абразивных породах не зависимо от твердости и прочности породы происходит быстрый износ режущей кромки резца и резцы могут полностью затупиться уже на первых метрах углубки. В таких породах успешно применяются коронки с самозатачивающимися резцами. Идея самозатачивания заключается в том, что глубина внедрения резца в породу (глубина резанья) обратно пропорциональна площади контакта резца с породой т.е. площадки притупления, и при незначительном притуплении резца глубина резанья достаточна для эффективного бурения. Самозатачивающиеся резцы представляют собой тонкую твердосплавную пластинку (0,7 – 1,0 мм.), сзади которой припаяна и закреплена в корпусе коронки стальная пластинка толщиной 4 – 5 мм., защищающая твердосплавную пластинку от скалывания. В процессе бурения стальная опорная пластинка изнашивается (истирается) быстрее чем твердосплавная и твердосплавная пластинка начинает выступать впереди опоры. Имея небольшую контактную площадь выступающая часть твердосплавной пластинки внедряется в породу забоя, что обеспечивает достаточную скорость углубки. Режущая твердосплавная часть такого резца тоже изнашивается, однако медленнее, чем опорная пластинка и, таким образом, она постоянно выступает впереди опоры и обеспечивает постоянную скорость углубки Рис. 36

а. Рис. 36. б.

При бурении в трещиноватых породах при прохождении через трещины резцы испытывают ударные нагрузки и скалываются. Чтобы резцы не скалывались за твердосплавным резцом также устанавливается опора за счет конфигурации стального корпуса коронки, который и воспринимает ударный импульс. Рис. 36 б. (коронки СТ-2, СТ-4, СА-4 КТ-1).

Большинство типов твердосплавных коронок предназначены для бурения в определенных условиях (монолитные слабоабразивные, - трещиноватые, - абразивные), но есть и универсальные коронки, которые объединяют в себе особенности всех приведенных видов твердосплавных коронок – острые резцы (СМ), - защита от ударов в трещиноватых породах (СТ). – самозатачивание в абразивных породах (СА). К таким универсальным коронкам можно отнести коронку СА-4 и, условно (за счет перезаточек), коронку КТ-1.

Выбор рационального типа твердосплавной коронки для каждых конкретных пород и их состояния приведен в табл. № 11

Таблица № 11

	Тип коронки	Категория пород	Характеристика пород.
	М-5, М-6	1 - V	Мягкие и слабые скальные.
	СМ-4, СМ-9м	V – V1	Средние монолитные, неабразивные, не трещиноватые.
	СМ-5	V1 – V11	Теже, но более крепкие.
	СМ-6	V1 – V11	Теже, но еще слабоабразивные.
	СТ-2, СТ- 4	V1 – V11	Средние неабразивные, трещиноватые.
	Са-3, СА-5, СА-6,СА-7	V1 – V11	Средние монолитные или слабо трещиноватые, Абразивные.
	СА-4	V1 – V111	И монолитные, и трещиноватые, и абразивные.
	КТ-1	V - V111	И монолитные, и трещиноватые, и абразивные.

Дата добавления: 2014-01-07