Твердосплавные коронки

Бурение твердосплавными коронками осуществляется почти во всех породах мягких, средней твёрдости и твёрдых I-VIII категорий по буримости.

Разведочные колонковые скважины бурят твердосплавными коронками и долотами как с поверхности, так и из подземных горных выработок практически под любым углом к горизонту.

При бурении твердосплавными коронками в качестве очистного агента применяется вода, различные глинистые растворы, газожидкостные смеси, сжатый воздух и др.

Режим твердосплавного вращательного бурения обусловлен тремя параметрами:

• осевой нагрузкой на коронку, кН; (1кН ≈ 100 кгс);
• частотой вращения коронки, об/мин;
• количеством промывочной жидкости, л/мин.

Для поддержания высокой механической скорости бурения осевая нагрузка на коронку является важнейшим параметром режима, особенно при бурении твёрдых пород.

Осевую нагрузку на коронку определяют из расчёта нагрузки на один резец. Рекомендуемая величина нагрузок на один резец коронки в ньютонах (1Н т 0,1 кгс) при бурении ребристыми, резцовыми и самозатачивающимися коронками пород различной категории по буримости приведена в табл. 7.

Таблица 7. Осевые нагрузки на 1 резец коронки

Группа и тип коронки	Осевые нагрузки на 1 резец для пород, Н
	I-III	III-IV	V	VI	VII-VIH
Ребристые: M2 М2 М5	300-500 -	500-600 600-800 400-600	- - -	- - -	- - -
Резцовые СМЗ СМ4 СМ5 СМ6 СТ2	- - - - -	400-500 - - - 400-600	500-800 500-600 400-500 - 600-800	800-1000 600-800 500-600 500-600 800-1000	- - - 600-700 -
Самозатачивающиеся: СА1 СА4, СА5, СА6	- -	- -	300-500 -	400-800 400-600	500-1000 500-800

При бурении трещиноватых и резко перемежающихся по твёрдости пород нагрузку следует уменьшать на 30-50%.

Осевая нагрузка на коронку по мере затупления острозаточенных резцов должна повышаться, но при этом она не должна превышать максимальных допустимых значений. В противном случае неизбежны поломки резцов.

Частота вращения коронки устанавливается в зависимости от конкретных условий бурения, физико-механических свойств пород, глубины и искривлённости скважины, мощности двигателя бурового агрегата, возможной частоты вращения станка, диаметра коронки и принятой осевой нагрузки.

Изменение частоты вращения существенно влияет на показатели работы коронок. Для бурения твердосплавными коронками окружные скорости коронки рекомендуются в пределах 0,6 - 2 м/с.

Частоту вращения коронки определяют по формуле:

n = 60 υ/πD_c,

где: n - частота вращения, об/мин; υ - окружная скорость, м/с; D_c - средний диаметр коронки, м.

D_с = (D + d)/2,

где: D; d - соответственно наружный и внутренний диаметры коронки, м. Можно определить необходимую частоту вращения, соответствующую указанной окружной скорости в зависимости от диаметра коронки.

При бурении трещиноватых и абразивных пород частоту вращения необходимо снижать в связи с опасностью поломки и повышенным износом резцов в этих породах.

Рекомендации по частотам вращения твёрдо-сплавных коронок приведены в табл. 8.

Таблица 8. Частоты вращения твердосплавных коронок, об/мин.

Наружный диаметр коронки, мм	36	46	59	76	93	112	132	151
Частота вращения коронки, об/мин:    для твердых пород    для мягких пород	500 -		400 -	330 -	250 400	200 300	180 250	150 200

При бурении твердосплавными коронками наибольшее распространение имеет в качестве очистного агента промывочная жидкость. Количество подаваемой в скважину промывочной жидкости зависит от твёрдости пород, диаметра коронки, размываемости керна и скорости бурения. В мягких породах скорость бурения высока, поэтому требуется больше промывочной жидкости, так как на забое образуется большое количество шлама от разбуриваемых пород. С увеличением диаметра коронки и скважины количество промывочной жидкости также увеличивают. При определении количества промывочной жидкости в колонковом бурении особое внимание обращают на выход керна. Если керн размывается, то количество промывочной жидкости снижают до наименьших значений, обеспечивающих вынос шлама. Уменьшая количество жидкости, необходимо в колонковый набор включать шламовую трубу, а для увеличения скорости восходящего потока увеличивать диаметр бурильных труб. Если эти мероприятия не увеличивают выход керна, то применяют безнасосное бурение или двойные колонковые трубы, в которых керн входит во внутреннюю трубу и не встречается с потоком промывочной жидкости, идущим в зазоре между наружной и внутренней трубами. Внутренняя труба двойных колонковых труб может быть при бурении неподвижной, что дополнительно защищает керн от ударных нагрузок и разрушения.

В практике работ для определения расхода промывочной жидкости можно использовать формулу:

Q = RD,

где: Q — расход промывочной жидкости, л/мин; D — диаметр коронки, мм; R — удельный расход промывочной жидкости на 1 мм диаметра коронки, л/мин-мм.

Величина R определяется опытным путём, её значения приведены в табл. 9.

Таблица 9. Удельный расход промывочной жидкости

Конструкции коронок	Удельный расход промывочной жидкости, п/мин.мм
	Категории пород по буримости
	I-II	III-IV	V	V-VI	VII-VIII
Ребристые	0,8-1,4	1,2-1,6	-	-	-
Резцовые	-	1,2-1,6	0,8-1,6	0,8-1,2	0,6-0,8
Самозатачивающиеся	-	-	0,8-1,4	0,8-1,2.	0,6-0,8

Очистку забоя от шлама и охлаждение коронки осуществляют также сжатым воздухом. Бурение с очисткой забоя сжатым воздухом осуществляют обычно при бурении песчаных, глинистых, полускальных и мерзлых грунтов (I-IV категорий по буримости). При этом в качестве породоразрушающего инструмента используют ребристые твердосплавные коронки типа М, обеспечивающие свободный выход воздуха из-под торца и его расширение при выходе из колонкового снаряда. Сжатый воздух по бурильным трубам (так же, как промывочная жидкость) подается в скважину. Для этого применяют передвижные компрессоры с подачей от 5 до 12 м3/мин и давлениемдо 0,8-1 МПа (1МПа ≈ 10 атм.)

Скорость восходящего потока воздуха в кольцевом зазоре между стенками скважины и бурильной колонной должна быть в пределах 8-14м/с, а при бурении долотами, разрушающими весь забой, - 15-20 м/с.

Частота вращения коронки 150-300 об/мин. Осевая нагрузка примерно та же, что и при бурении с промывкой.

После окончания бурения в рейсе скважину промывают до полного удаления из неё шлама. После удаления из скважины шлама приступают к заклиниванию керна в колонковой трубе, которое выполняют тремя способами: затиркой всухую, заклиниванием твёрдыми частицами, заклиниванием кернорвательным устройством.

Затирка керна всухую производится при повышенной нагрузке на коронку без подачи промывочной жидкости. Затирают керн только в мягких породах I - IV категории по буримости. Для предупреждения выдавливания керна столбом жидкости, находящимся в бурильных трубах, перед затиркой в трубы бросают шаровой клапан, который опускается в гнездо специального ниппеля, расположенного над колонковым набором.

Заклинивание кернорвательным устройством применяется в твёрдых монолитных породах. Кернорвательное устройство включается в колонковый набор между коронкой и колонковой трубой. Оно обеспечивает быстрый срыв керна и надежное удержание его при подъёме колонкового набора.