CC BY
57
УДК 622.24
© А.В. Шадрина, В.Г. Крец, 2013
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ШЛАМА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРОВЫХ КОРОНОК РАЗЛИЧНОГО ТИПА
Приведены результаты экспериментального исследования разрушения гранита при ударно-поворотном нагружении с оценкой влияния параметров ударной системы на гранулометрический состав шлама.
Ключевые слова: разрушение, параметры ударной системы, буровая коронка, гранулометрический состав, шлам.
Исследование гранулометрического состава гранита является продолжением работ, связанных с оценкой энергоёмкости разрушения горной породы при различных параметрах ударной системы и типе буровых коронок [3]. Как известно, гранулометрический состав продуктов разрушения позволяет судить о совершенстве породоразрушающего инструмента, а также в значительной степени определяет скорость бурения и величину затрат энергии на проходку метра скважины.
Анализ литературных источников выявил недостаточность исследований по данному вопросу в приложении к бурению скважин, несмотря на достаточно обширную литературу по общим вопросам гранулометрии [1].
Из проанализированных нами работ большинство касалось вращательного способа бурения. Результаты исследований гранулометрического состава горных пород в результате приложения ударно-вращательной нагрузки представлены в работе [2].
Шлам, образованный в результате серии ударов: определённым типом буровой коронки (долотчатая, крестовая, штыревая), при двух предударных скоростях бойка (5 и 7 м/с), четырёх типах цилиндрических ударников разной длины, диаметра и массы, трёх вариантах углов поворота буровой коронки (20°, 30°, 40°) собирался и подвергался ситовому анализу.
При этом объем разрушенного при заданных условиях гранита просеивался через набор стандартных лабораторных сит с отверстиями следующих размеров: 0,25; 0,5; 1,0; 2,0 мм (рис. 1).
Результаты гранулометрического состава гранита были сведены в таблицы, по которым построены графики зависимости фракционного состава от диаметра выбуренных частиц для различных условий эксперимента (рис. 2).
На графиках видно, что из всех фракций максимальной по процентному содержанию является 0,25-мм фракция. Все указанные зависимости имеют выраженный гиперболический характер и стабильное процентное содержание выбуренных частиц определённого диаметра: 0,25-мм фракция - 40-60 %; 0,5- и 1,0-мм фракции - 10-20 %; 2,0-мм фракции - 5-13 %; фракция частиц диаметром >2 мм - 2-14 %.
При этом следует отметить, что при малой энергии удара 31,25 Дж (рис. 2, а) крестовая коронка даёт лучший результат: меньшее содержание частиц самой мелкой фракции и соответственно большее количество крупной фракции.
С повышением энергии удара, которая изменялась в эксперименте от 31,25 до 207,35 Дж очевидно преимущество буровой коронки штыревого типа (рис. 2, б, в). Штыревая коронка во всех случаях обеспечивала большую крупность обломков разрушенной
Рис. 1. Шлам, образованный в результате применения долотчатой коронки, при предударная скорости бойка 7 м/с, ударник диаметром 45 мм и длиной 450 мм, угол поворота коронки после удара 30°): а - шлам с размером частиц более 2 мм; б - шлам с размером частиц 1-2 мм; в - шлам с размером частиц 0,5-1 мм; г - шлам с размером частиц 0,25 -0,5 мм; д - шлам с размером частиц менее 0,25 мм
Боёк С1: 0 35 мм, длина 350 мм, масса 2,5 кг; предударная скорость бойка В1 = 5 м/с;угол поворота инструмента Б1 =20°.
-А1 штыревая -А2 крестовая =АЗ долотчатая
Диаметр выбуренных 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 >2,00 частиц, мм
Боёк С2: 0 45 мм, длина 450 мм, масса 5,48 кг; предударная скорость бойка В1 — 5 м/с; угол Фракционный поворота инструмента ЮЗ = 40°.
Боёк С1: 0 35 мм, длина 350 мм, масса 2,5 кг; предударная скорость бойка В2 = 7 м/с; угол
Фракционный ' _
поворота инструмента Ш =20 .
—А1 штыревая —А2 крестовая —АЗ долотчатая
Диаметр выбуренных частиц, мм
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 >2,00
Фракционный
состав,%
Боёк С4: 0 75 мм, длина 253 мм, масса 8,32 кг; предударная скорость бойка В2 =7 м/с; угол поворота инструмента ВЗ = 40°.
0,50 1,00 1,50 2,00 2,!
А1 штыревая Ь-А2 крестовая ^АЗ долотчатая
Диаметр выбуренных > 2,00 частиц, мм
0
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
—А1 штыревая —А2 крестовая —АЗ долотчатая
' Диаметр выбуренных > 2,00 частиц, мм
Рис 2. Графики зависимости процентного содержания частиц шлама от их диаметра для различных условий экспе-римента
горной породы и имела особенности результатов при разных предударных скоростях бойка. Так при предударной скорости бойка 5 м/с для всех цилиндрических ударников содержание частиц диаметром более двух миллиметров составляет около 10 %, а содержание 0,25-миллиметровой фракции не превышает 49 %. В свою очередь при предударной скорости бойка 7 м/с отмечается приближение результатов разрушения к значениям, полученным при применении крестовой и долотчатой коронок (рис. 2, г).
Таким образом, подтверждается положение о том, что основными параметрами, определяющими крупность шлама, являются энергия удара и тип породоразрушающего инструмента. Причем для штыревой коронки повышение энергии удара следует производить за счет массы ударника.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: учебник для студентов горных вузов по специальности «Обогащение полезных ископаемых» / С.Е. Андреев, В.В. Зверевич, В.А. Перов. - М.: Госгортехиздат, 1961. -384 с.
2. Рожков В.П., Куприенко В.И. Влияние технических и технологических факторов на величину шламовых частиц и их распределение по размерам при алмазном бурении геологоразведочных скважин // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвузовский тематический сборник. - Вып. 12. - Свердловск, 1989. - С. 29-38.
3. Шадрина А.В. Экспериментальное исследование влияния параметров ударной системы на разрушение гранита / А.В. Шадрина, Л.А. Саруев // Актуальные вопросы транспорта углеводородов: Горный информационно-аналитический бюллетень. Специальный выпуск. - М.: Горная книга, 2013. - С. 34-38.
