§ 4. Технология бурения алмазными долотами

Эффективность применения алмазных долот определяется целым рядом факторов: характером разбуриваемых пород, глубиной скважины, стойкостью и стоимостью долот, а также режимом их

отработки. Поэтому породоразрушающий инструмент подбирают в соответствии с характером разбуриваемых пород. Для бурения достаточно монолитных пород VII—IX категорий по буримости используют однослойные долота типа 08АЗ или 09АЗ. Для бурения в породах абразивных и сильно трещиноватых VIII—X категорий по буримости предназначены импрегнированные долота типа 08ИЗ. Технологические режимы подбирают применительно к геологотехническим условиям бурения скважин и, прежде всего, в зависимости от свойств пород: твердости, абразивности и трещиноватости.

Осевая нагрузка имеет вполне определенные оптимальные значения для разных пород и частот вращения (рис. 9.6). При этом

у_м, см/мин

Рис. 9,6. Зависимость скорости бурения v_M алмазным долотом от осевой нагрузки Go в туфах дацитов:

/ — в*470 об/мин; 2—п-277 об/мин; J —«*153 об/ мин

с ростом частоты вращения более четко определяется оптимальное значение осевой нагрузки. В общем случае осевую нагрузку G_a рекомендуется определять, пользуясь выражением

G₀ - GyS_a, (9.11)

где G_y —нагрузка на 1 см² площади торца долота, даН; 5_Д — площадь торца долота, см².

Удельная нагрузка для однослойных долот рекомендуется в пределах 5—7 даН/см², а для импрегнированных — 7—12 даН/см². При бурении в трещиноватых породах или с перемежающейся твердостью расчетные нагрузки следует уменьшать до 50%.

Частота вращения при бурении алмазными долотами имеет также большое значение. Так, для некоторых типов пород установлено, что увеличение частоты вращения от 100 до 500 об/мин приводит к росту механической скорости бурения в 2—3 раза. При этом для разных пород уровень механической скорости бурения зависит от величины осевой нагрузки, как и при бурении алмазными коронками. Установлено, что с увеличением частоты вращения до 1000 об/мин наблюдается прирост механической ско

рости бурения. Существует мнение, что рост механической скорости бурения возможен и при частоте вращения до 6500 об/мин, но при этом отмечается увеличение расхода алмазов. В некоторых случаях рекомендуется определять частоту вращения долота, исходя из окружной скорости w = 1+1,6 м/с, используя выражение

(9.12)

п - бОш/лО,

где н —частота вращения, об/мин; D —диаметр долота, м.

Удаление продуктов разрушения при бурении алмазными долотами можно осуществлять промывочной жидкостью или воздухом. На механическую скорость бурения и износ долот определенное влияние оказывает интенсивность циркуляции жидкости. При бурений долотом диаметром 59 мм механическая скорость с изменением количества промывочной жидкости от 40 до 60 л/мин растет прямо пропорционально, но не очень интенсивно. Одновременно увеличивается разрушающее действие струи жидкости, содержащей частицы шлама, на матрицу долота, что приводит к эрозионному размыву промывочных каналов и чрезмерному обнажению алмазов. И тем резче это происходит, чем абразивнее породы. Поэтому интенсивность промывки подбирают с учетом свойств пород и износостойкости алмазного долота. Практически при бурении долотами диаметром 59 мм расход промывочной жидкости составляет 40—60 л/мин.

(9.13)

Расход промывочной жидкости может быть определен по формуле

Q = KJ>,

где /^ — коэффициент очистки и охлаждения забоя, характеризующийся удельным расходом жидкости на 1 см² площади забоя, см³/с; S— площадь забоя скважины, см².

Величина К₀ для скважин большого диаметра колеблется в пределах 0,06—0,10 см³/с. Для скважин геологоразведочного стандарта К_а = 0,02+0,04 см³/с.