Результаты производственных испытаний алмазной коронки с эксцентриситетом торца матрицы

Одним из направлений совершенствования буровых инструментов является создание конструкций коронок и долот, обеспечивающих снижение интенсивности естественного искривления стволов скважин буримых в анизотропных горных породах [2].

На кафедре технологии и техники разведки МПИ института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ производится разработка специального породоразрушающего инструмента, в том числе и разработкой специальных алмазных коронок с экцентриситетом матрицы для снижения естественного искривления в анизотропных горных породах.

После разработки алмазной коронки (патент на полезную модель №148333) [4], в соответствии с разработанной конструкцией были изготовлены макеты коронок и проведены стендовые исследования, результаты которых представлены в работе [1; 3] и их производственные испытания. В данной работе представлены материалы производственных испытаний макетов опытных коронок. Макеты буровых коронок КИТ были изготовлен из стандартной алмазных импрегнированных коронок типа HERO 7AA и FORDIA XTREME HWL TX69 c высотой матрицы 9 мм и диаметром 95,76 мм, предназначенных для бурения пород средней твердости путем удаления двух алмазосодержащих секторов с образованием двух больших промывочных пазов, что обеспечивало эксцентриситет торца матрицы коронки (рис.1).

Производственные испытания макетов опытной коронки производились на участке буровых работ золоторудного месторождения «Попутнинское». Бурение производилось на глубине 256−310 м. Целью натурных испытаний было установление особенностей износа коронки данной конструкции с целью ее дальнейшего усовершенствования, а также влияние применяемого макета буровой коронки на основные показатели бурения и интенсивность естественного искривления скважин. В результате применения макетов коронок КИТ удалось снизить величину естественного искривления по зенитному углу в 3,2 раза, по азимутальному углу значительного искривления не было при бурении как стандартной, так и опытной коронкой, тем не менее и по азимутальному углу было получено снижение интенсивности искривления в 1,15 раза.

Механическая скорость бурения опытными коронками выросла на 20−25%, что связано в первую очередь с равно пропорциональным уменьшением площади торца алмазосодержащих секторов коронки.

Так же в ходе натурных испытаний было выявлено некоторое снижение ресурса породоразрушающего инструмента, которое невозможно объяснить только уменьшением рабочей поверхности торца коронки при неизменных параметрах режима бурения. В первую очередь это связано с нарушением гидравлического сопротивления истечению бурового раствора через промывочные пазы, причиной которого стало появление в матрице коронки больших промывочных пазов и зашламование узких промывочных каналов. В результате уменьшения расхода промывочной жидкости через малые промывочные каналы, внутренняя поверхность алмазосодержащих секторов недостаточно охлаждалась, происходило налипание шлама в области малых промывочных каналов, уменьшение площади канала, что привело к повышенному их износу, уменьшению ресурса коронки.

Рисунок 1. Макет коронки с эксцентриситетом торца матрицы (КИТ): 1 – алмазосодержащие сектора; 2 – малый промывочный паз; 3 – место удаленных алмазосодержащих секторов

Вместе с тем испытания коронки КИТ показали ее высокую эффективность как средства для снижения естественного искривления скважин. Поэтому целью дальнейшего усовершенствования конструкции буровой коронки КИТ является исключение неравенства гидравлических сопротивлений в промывочных пазах коронки при сохранении эксцентриситета торца матрицы, особенно для условий бурения, сопровождающихся налипанием шлама в промывочных каналах.

Используя результаты экспериментальных стендовых исследований [1; 3] и производственных испытаний разработаны новые технические решения в направлении совершенствания коронок с эксцентриситетом торца матрицы. Данные разработки оформлены как заявки в Патентное ведомство на получение патентов на полезную модель (№2015151633, №2015148430). По данным заявкам в настоящее время имеется положительные решения о выдаче патентов.