Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
«Разрушение горных пород»
1 Для каких типов пород изготавливают долота и бурголовки с алмазными и сверхтвердыми породоразрушающими элементами?
Особая разновидность долот разработана Институтом сверхтвердых материалов (ИСМ) – долота типа ИСМ. Долота ИСМ предназначены для разрушения резанием и истиранием (микрорезанием) неабразивных пород мягких (М), перемежающихся по твердости (МС) и средней твердости (С).Эти долота имеют вооружение из сверхтвердого композиционного материала «Славутич», в состав которого входят мелкокристаллические алмазы и дробленный карбид вольфрама. Для оснащения долот применяют цилиндрические вставки (штыри) диаметром 8-12 мм с плоскими или полусферическими рабочими торцами. Штыри в корпусе долота припаивают в гнездах.
Существует две разновидности долот ИСМ по конструкции:1) Лопастная; 2) секторная. Лопастная разновидность аналогична по конструкции долоту 6ИР.Секторная разновидность долота состоит из стального корпуса, торцевая профильная поверхность которого разделена на секторы радиальными промывочными каналами. Штырями из «Славутича» вооружена торцевая и калибрующая поверхности долота. Вылет штырей над поверхностью секторов составляет 3-5 мм. На калибрующей поверхности штыри утоплены. При бурении в мягких породах штыри работают как резцы, осуществляя резание и скалывание. В перемежающихся по твердости и породах средней твердости работают зерна алмазов, разрушая породу микрорезанием. Присоединяют долото к бурильной колонне при помощи замковой резьбы. Преимуществами долот ИСМ являются:• значительная проходка на долото, достигающая (при соблюдении условий эксплуатации) нескольких сотен метров• относительно высокая рейсовая скорость. К недостаткам следует отнести:• узкую область применения (только в неабразивных порода М, МС и С)• высокий момент на вращение долота, ограничивающий применение забойных двигателей.
2 При какой температуре алмазные породоразрушающие элементы теряют свои свойства?
Алмаз весьма чувствителен к температурной среде, в которой он работает. При температуре выше 900-1000°С алмаз переходит в графит и не может быть использован в качестве породоразрушающего инструмента. Рабочим режимом в алмазном бурении является температура до 150-200°С. Дальнейшее повышение температуры отрицательно сказывается на прочностных характеристиках алмаза. Например, при температуре 500°С его прочностные характеристики снижаются примерно вдвое.
3 Каким образом происходит приработка долота со сверхтвердым вооружением?
После достижения забоя следует провести приработку долота в течение 25 — 30 мин при роторном бурении, 15 мин при средних частотах вращения и 10—15 мин при высокооборотном бурении при осевой нагрузке, составляющей около 1/4 от допустимой по паспорту долота.
Затем осевая нагрузка на долото плавно увеличивается до величины, соответствующей рабочему режиму.
Роторное бурение и бурение ВЗД:
Открытые опоры (тип В) — Время приработки 15-30 мин при начальной осевой нагрузке 20-30 кН с постепенным увеличением до требуемой.
Долота серии ГНУ и ГАУ:
Долото ставится на забой без вращения, создается осевая нагрузка от 30 до 120 кН
в зависимости от диаметра долота и включается вращение с минимальной частотой.
В течение 30-40 мин нагрузка и частота вращения повышается до требуемых.
Турбинное бурение:
Время приработки 3-5-мин с постепенным увеличением осевой нагрузки.
4 По каким признакам признают долото со сверхтвердым вооружением отработанным?
Визуальный осмотр долота производится после каждого подъема его с целью определения характера износа рабочей части и принятия решения о том, возможно ли дальнейшее использование. Принятие решения о предельном износе долота зависит от наличия следующих повреждений:
— образование кольцевой выработки на рабочей поверхности;
— износ по наружному (для долот), а также внутреннему (для бурголовок) диаметру более 3 мм;
— отслоение алмазного слоя пластин, выпадение и сколы алмазного слоя, износ пластин с уменьшением их более чем на ½ радиуса;
— наличие существенных повреждений, которые исключают применение долота в следующем рейсе: сколы, трещины и эрозионный размыв матрицы.
Полное описание износа после окончания рейса вносят в буровой журнал, рапорт бурового мастера и накопительные ведомости при помощи кода.
5 Перечислить характерные преимущества и недостатки использования долот, оснащенных алмазно-твердосплавным вооружением?
Преимущества долот с АТ вооружением:
— Высокая стойкость вооружения к абразивному износу;
— Отсутствие опоры и движущихся элементов, как одной из возможных причин выхода долота из строя;
— Снижение числа рейсов и уменьшение сроков строительства скважин;
— Улучшение управления ствола скважин в процессе бурения;
— Меньший износ бурильных и обсадных труб и наземного оборудования;
— Появление возможности уменьшить диаметр скважины;
— Снижение осевой нагрузки на долото.
Из недостатков отмечают:
— Высокая стоимость долот вследствие дефицита алмазного сырья;
— Чувствительность к динамическим нагрузкам.
6 Расшифровать запись износа долота, оснащенного сверхтвердым вооружением – О1/5х4 и О1/6х9?
О1/5х4 и О1/6х9 – отслоение алмазного слоя на 1/5 диаметра у 4-х пластин и на 1/6 у 9 пластин.
7 Какое вооружение используется в инструменте со сверхтвердыми породоразрушающими элементами?
1)Шарошечные долота дробяще-скалывающего действия с твердосплавным или стальным вооружением. Для бурения скважин в абразивных породах различной твердости с целью повышения долговечности вооружения шарошки оснащают вставными твердосплавными зубками (штырями). Такие долота часто называют штыревыми. Вставные зубки закрепляются в теле шарошки методом прессования. Для бурения в малоабразивных породах, в теле стальной шарошки фрезеруются призматические зубья, поверхность которых упрочняется термохимической обработкой.
2)Долота ИСМ, разработанные Институтом Сверхтвердых Материалов. Эти долота имеют вооружение из сверхтвердого композиционного материала «Славутич», в состав которого входят мелкокристаллические алмазы и дробленный карбид вольфрама. Для оснащения долот применяют цилиндрические вставки(штыри) диаметров 8-12мм, с плоскими или полусферическими рабочими торцами. Штыри в корпусе долота припаивают в гнезда.
8 Какие системы промывки используются в инструменте со сверхтвердыми породоразрушающими элементами?
Алмазные долота по форме промывочных каналов бывают: с центральной или торцовой промывкой; с сужающимися и расширяющимися промывочными каналами; радиальными, касательными и спиральными промывочными каналами. Формы промывочных каналов и их сечение выполняются так, чтобы обеспечить хорошее удаление частиц выбуренной породы , охлаждение и очистку рабочей части головки долота. Наиболее современными, с точки зрения охлаждения алмазов, являются долота со ступенчатой поверхностью и радиальными сужающимися каналами.
- Что такое твердость горной породы?
Твердость — сопротивление тела внедрению в него другого тела, более твердого. Величина этого сопротивления зависит от формы, размеров, свойств внедряющегося тела, а так же глубины его погружения.
Механическая твердость — способность твердых тел сопротивляться разрушению, т.е. разделению их на обособленные части.
Для определения используется прием проникновения внутрь породы индентора, который в определенной степени моделирует разрушение горной породы острым инструментом.
При указании твердости необходимо указывать метод, по которому она определялась: по С. Роквеллу (определяется замером глубины проникновения индентора), по Ю. Бринелю (определяется по отношению нагрузки на шарик к диаметру отпечатка на образце), по Шрейнеру Л.А.(определяется нагрузкой на единицу площади штампа, при которой заканчиваются упругие и пластические деформации, завершающиеся полным хрупким разрушением участка породы под площадью штампа).
Горные породы по твердости делятся на три группы (каждая группа на 4 категории, итого 12 категорий твердости):
1.мягкие (пластичные), категория с 1 по 4;
2.упругопластичные; с 5 по 8
3.твердые (хрупкие). С 8 по 12.
- Абразивность горной породы?
Под абразивностью горных пород понимается их способность изнашивать при трении металлы, твердые сплавы и другие твердые тела, в частности, породоразрушающий инструмент. При абразивном износе поверхность инструмента истирается вследствие царапания (микрорезания) ее небольшими твердыми шероховатыми частицами породы.
В результате абразивного износа постепенно меняются размеры и геометрия рабочих органов. В частности, уменьшается диаметр коронок, на резцах образуются площадки притупления, уменьшается толщина стенок бурильных труб при трении о стенки скважин, изнашиваются ковши, кузова, транспортеры. Абразивность является важнейшим технологическим свойством, оказывающим непосредственное влияние на сроки службы инструмента. Абразивность определяют путем оценки износа материала, контактирующего с перемещаемой по отношению к нему горной породой. По величине показателя абразивности все горные породы подразделяют на восемь классов.
Класс абразивности пород. Степень абразивности пород. Показатель абразивности.
- Весьма малоабразивные. До 5. Аргиллиты, мраморы, апатит, соль, глинистые сланцы.
- Малоабразивные. 5-10. Аргиллиты, мягкие сланцы, сульфидные руды, барит.
III. Ниже средней абразивности. 10-18. Джеспилиты, роговики, кварцевые и аркозовые песчаники, железные руды, окремненные известняки.
- Среднеабразивные. 18-30. Кварцевые и аркозовые мелкозернистые песчаники, жильный кварц, окварцованные известняки, диабазы.
- Выше средней абразивности. 30-45. Кварцевые и аркозовые крупнозернистые песчаники, плагиограниты, мелкозернистые граниты, диориты, габбро, гнейсы.
- Повышенной абразивности. 45-65. Граниты, диориты, окварцованные сланцы, пироксениты, амфиболиты, порфириты, гнейсы.
VII. Высокоабразивные. 65-90. Порфириты, диориты, граниты, сиениты.
VIII. В высшей степени абразивные. Более 90. Корундсодержащие породы.
- На какие группы делят породоразрушающий инструмент по воздействию на горную породу?
По принципу разрушения породы породоразрушающий инструмент (ПРИ) подразделяется на 3 группы:
1) ПРИ режуще-скалывающего действия – применяется для разбуривания вязких, пластичных и малоабразивных пород небольшой твердости;
2) ПРИ дробяще-скалывающего действия – применяется для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких;
3) ПРИ истирающе-режущего действия – применяется для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже твердыми.
12 Назначение буровых головок?
Бурильные головки применяются для бурения глубоких скважин на нефть и газ кольцевым забоем с образованием в центре столбика (колонки) горной породы, называемого керном.
Бурильные головки в отличии от долот не бывают гидромониторными. Более того в их конструкции предусмотрены меры по защите верна от прямого воздействия струй промывочной жидкости. Наилучшие результаты с точки зрения качества керна дают алмазные бурильные головки и головки, оснащенные сверхтвердыми материалами.
Шарошечные бурильные головки используются как с несъемными так и со съемными колонковыми трубами.
1.Трехшарошечная бурильная головка, предназначенная для бурения с отбором керна в абразивных породах средней твердости.
Консольное расположение цапф позволило сконструировать надежные опоры. Шарошки снабжены твердосплавленными зубцами с клиновидной породоразрушающей поверхностью. Промывочная жидкость подается через три отверстия расположенных между шарошками.
2.Шестишарошечная бурильная головка, предназначенная для бурения с отбором керна в неабразивных породах средней твердости с пропластинками твердых пород. Она имеет три шарошки, контактирующие со стенкой скважины и формирующие ствол скважины, и три шарошки, формирующие столбик породы (керн). Первые из них оснащены фрезерованные клиновидными зубцами П-образной формы, а вторые – клиновидными зубцами с наклоном к оси шарошек.
- Шестишарошечная бурильная головка, предназначенная для бурения с отбором керна в твердых абразивных породах с пропластками
крепких абразивных пород, отличается от рассмотренной выше только наличием на шарошках не фрезерованных, а твердосплавленных зубцов с клиновидной породоразрушающей поверхностью.
- Алмазные бурильные головки выпускаются типов МС, СТ и Т. Они, как и алмазные долота, могут быть однослойными и импрегнированными, со ступенчатыми и гладкими о торами, могут оснащаться как природными или синтетическими алмазами, так и алмазно-твердосплавными пластинами или резцами.
- Бурильные головки ИСМ изготавливают типов С и Т для работы с керноприемными устройствами с несъемной колонковой трубой. Бурильные головки ИСМ предназначены для отбора керна в горных породах, твердость которых не превышает шестой категории, но бурильными головки типа Т можно отбирать керн в высокоабразивных горных породах.
13 Что такое буримость горной породы?
БУРИМОСТЬ горных пород — сопротивляемость горных пород разрушению в процессе бурения. Оценивается скоростью бурения (проходка в единицу времени), временем и энергоёмкостью бурения единицы длины ствола скважины или шпура при стандартных условиях проведения опыта для каждого типа буровой машины. Буримость ухудшается с увеличением плотности, прочности, вязкости, <твёрдостиабразивности горных пород, зависит также от минерального состава, строения пород и термодинамических условий, в которых они находятся.
Для различных видов породоразрушающего инструмента и методов бурения разработаны шкалы буримости. Для перехода от одной шкалы к другой, а также от стандартных условий бурения к нестандартным существуют поправочные коэффициенты и обобщённые классификации горных пород по буримости. Во всех классификациях породы по буримости разделяют на легкобуримые (например,каменный уголь), среднебуримые (мергели), труднобуримые (перидотит) и весьма труднобуримые (железистые кварциты). Буримость учитывается при нормировании труда рабочих, оценке производительности бурения, выборе породоразрушающего инструмента, количества буровых установок, планировании и организации буровых работ в конкретных горно-геологических условиях.
14 Каким вооружением оснащено долото 190,5 СЗ-ГАУ ГОСТ 20692-3003?
В маркировке трехшарошечных долот и долот с центральной промывкой цифра III и буква Ц не указывается.
Трехшарошечное долото;
190,5 — номинальный диаметр долота(мм);
СЗ — тип долота (для бурения абразивных пород, средней твердости);
Г — с боковой гидромониторной промывкой;
А — с опорой на двух и более подшипниках скольжения и подшипниках качения (Долота для бурения на пониженных частотах);
У — опора маслонаполненная с уплотнительной манжетой.
Для трехшарошечных долот вооружение подразделяется на 3 класса:
1)стальное зубчатое вооружение(М,МС,С,СТ и Т)-для малоабразивных пород
2)твердосплавные вставные зубки(штыри)-(МЗ,СЗ,ТЗ,ТКЗ,К,ОК)
3)комбинированное зубчато-штыревое вооружение(МСЗ и ТК)
Т.е. данное долото (СЗ) имеет вооружение в виде твердосплавных вставных зубьев(штырей).
15 Типы опор шарошечных долот в соответствии с ГОСТ 20692-2003?
Опоры шарошечных долот в соответствии с ГОСТ 20692-2003 следует изготовлять на:
— подшипниках с телами качения и одном или более упорных подшипниках скольжения, или без упорных подшипников скольжения — В;
— подшипниках с телами качения и одном или более упорных подшипниках скольжения и герметизацией опоры — ВУ;
— одном радиальном и одном или более упорных подшипниках скольжения (остальные подшипники с телами качения) — Н;
— одном радиальном и одном или более упорных подшипниках скольжения (остальные подшипники с телами качения) и герметизацией опоры — НУ;
— двух или более радиальных подшипниках скольжения с одним или более упорным подшипником скольжения — А;
— двух или более радиальных подшипниках скольжения с одним или более упорным подшипником скольжения и герметизацией опоры — АУ.
Опоры шарошек должны быть заполнены смазкой. Заполнение смазкой долот с опорой НУ следует проводить до появления смазки из-под манжеты. Долота с опорами АУ и ВУ перед заполнением смазкой вакуумируют.
Шарошки долот с опорами АУ, НУ, ВУ должны проворачиваться на опорах от руки со значительным усилием. Шарошки долот с опорами Н, В, А должны свободно и плавно проворачиваться на опорах от усилий руки.
16 Расшифровать код износа долота III 215,9 СГН — В2, С (10), П2, К (1)?
III 215.9 СГН — В2 , С (10), П2, К (1)- долото трехшарошечное, диаметром 215.9 мм, для бурения пород средней твердости, с боковой промывкой,для среднеоборотного бурения (от 110 до 300 об/мин). Вооружение сработано на 0.5 (по высоте зубьев), 10% зубьев имеют сколы, люфт шарошек до 5 мм, одна шарошка заклинена.
