Влияние режима бурения на скорость при твердосплавном бурении в различных породах неодинаково.

При бурении мягких пород основное значение имеет режим промывки скважины, так как в этом случае промывочная жидкость не только выносит разрушенные частицы породы, но и сама разрушает породу забоя, а в плотных породах средней твердости основное значение имеют осевая нагрузка на коронку и частота вращения снаряда. Твердые абразивные породы рекомендуют бурить с минимальной частотой вращения при повышенной осевой нагрузке на коронку. Увеличение частоты вращения снаряда при бурении абразивных, а также трещиноватых пород ведет к интенсивному износу резцов и преждевременному выходу коронки из строя.

Осевая нагрузка определяется, исходя из твердости буримости пород и числа резцов в коронке. Осевая нагрузка, приходящаяся на один резец, составляет 100… 1 500 Н.

Для ребристых и мелкорезцовых коронок нагрузку в начале рейса делают минимальной, а по мере затупления резцов к концу рейса доводят до максимальной.

В процессе бурения происходит износ подрезных резцов, в результате чего уменьшается наружный диаметр коронки и соответственно сужается ствол скважины. Поэтому после спуска в скважину новой коронки буровой снаряд не доводят до забоя, а разбуривают ствол с промывкой при медленной подаче бурового снаряда к забою. После достижения коронкой забоя переходят на обычный для данных пород режим бурения.

Разновидностью твердосплавного бурения является безнасосное бурение, которое применяют с целью повышения выхода керна и улучшения его качества в рыхлых, легкорастворимых породах, а также как самостоятельный способ сооружения неглубоких скважин при затруднениях с водоснабжением. Обязательное условие применения этого способа — наличие в скважине столба жидкости высотой, несколько большей, чем длина колонкового снаряда.

Рис. 1. Схема работы колонкового снаряда при безнасосном бурении:
а — при подъеме; б — при опускании. Позиции даны в тексте.

Колонковый снаряд безнасосного бурения опускается в скважину на колонне бурильных труб. В качестве породоразрушающего инструмента используют серийные твердосплавные коронки с возможно большим выходом подрезных резцов.

В процессе бурения колонковый снаряд расхаживают (периодически поднимают над забоем и сбрасывают). Во время подъема снаряда над забоем клапан перекрывает отверстие ниппеля, а жидкость в результате создаваемого под клапаном разрежения из затрубного пространства поступает в колонковую трубу, захватывая с забоя шлам. При движении снаряда вниз клапан под давлением жидкости приподнимается и жидкость через отверстия в шламопроводящей трубе снова попадает в затрубное пространство. Движение клапана вверх по шламопрово-дящей трубе ограничено шпилькой, установленной выше отверстий.

Таким образом, в результате расхаживания снаряда происходит призабойная циркуляция промывочной жидкости. Мелкий шлам вместе с жидкостью через отверстия изливается обратно в скважину, а более крупные частицы породы осаждаются над керном в колонковой трубе. Для улавливания шлама рекомендуется применять снаряды со шламовой трубой.

Основные параметры режима безнасосного бурения следующие: частота расхаживания бурового снаряда, высота подъема снаряда над забоем, осевая нагрузка на коронку, частота вращения бурового снаряда.

Частота расхаживания бурового снаряда (число двойных ходов снаряда в минуту) зависит от буримых пород: в известняках, песчаниках, сланцах она равна 10… 15, в глинах, мягких известняках, доломитах, алевролитах— 15…20, в мягких песчано-глинистых породах — 20…25, в песках — 40…60.

Высота подъема снаряда над забоем обычно не превышает 10 см.

Осевую нагрузку на коронку при бурении принимают 1,5…2,5 кН в мягких породах (при диаметре буровых коронок 93 и 112 мм) и 2…4 кН в более твердых породах, в частоту вращения снаряда—из расчета окружной скорости 0,6 м/с для песчаных и 0,8 м/с для глинистых пород.

При бурении в мягких породах допустимая длина рейса составляет 1… 1,5 м, в более твердых она может быть увеличена до 2,5…3 м. Керн заклинивают методом затирки «всухую» без расхаживания снаряда.

—

Объем бурения, осуществляемый коронками, армированными твердосплавными резцами, составляет около 50% от общего объема разведочного бурения.

Твердосплавное бурение осуществляется в породах почти всех категорий по буримости: мягких, средней твердости и твердых I—VIII и частично IX категории 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 промывочной жидкости применяется глинистый раствор в мягких, рыхлых и трещиноватых породах или вода в породах плотных и устойчивых, а также сжатый воздух. Режим твердосплавного вращательного бурения обусловлен тремя параметрами:
а) осевая нагрузка на коронку, кН;
б) частота вращения коронки, об/мин;
в) количество промывочной жидкости, л/мин.

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

Осевую нагрузку на коронку определяют из расчета нагрузки на одни режущий элемент (в коронках резцового типа — резец, в самозатачивающихся коронках — режущую вставку). Рекомендуемая величина осевой нагрузки при бурении ребристыми и резцовыми коронками пород различной категории по буримости следующая: