СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
CONTROL OVER DRILL BIT OPERATION

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при шарошечном бурении взрывных и разведочных буровых скважин на горных предприятиях, которые осуществляют разработку полезных ископаемых с взрывным обрушением горных пород. В частности, изобретение может использоваться для повышения эксплуатационного ресурса шарошечного долота.
Известен способ управления процессом эксплуатации шарошечного долота, включающий проверку его технического состояния, предэксплуатационный цикл, эксплуатационный цикл, ремонтный цикл и послеэксплуатационный цикл (Справочник, Корнилов Н.И., Травкин B.C., Берестень Л.К., Коган Д.И., Москва, Недра, 1979 г., с. 312-323).
Недостатком известного способа является то, что эксплуатация долота осуществляется до появления явных признаков износа, таких как неравномерное вращение бурового става, резкое снижение механической скорости бурения, прекращение углубления и заклинивание бурового става. Указанные признаки характеризуются значительным износом конструктивных элементов долота. К ним, как правило, относятся заклинивание шарошек, частичный или полный износ элементов подшипников, износ беговой дорожки, потеря штырей в результате скалывания, поломка цапф, значительный износ внешних поверхностей лап. Эти разрушения приводят к необходимости утилизации долота, так как выполнять его ремонт в таком состоянии экономически нецелесообразно.
Наиболее близким техническим решением является способ управления процессом эксплуатации шарошечного долота, включающий проверку его технического состояния, определение наличия антикоррозийной защиты и консервантного масла в опорах долота, исправность и соответствие присоединительной резьбы долота, проверку плавности вращения шарошек, отсутствия зацепления их твердосплавных зубков, надежности фиксации замковых пальцев, состояния продувочных каналов, диаметра отверстий насадок в боковых продувочных каналах и качество их крепления, исправность обратного воздушного клапана, состояния твердосплавного вооружения шарошек, качество армирования и вооружения лап долота, удаление консервантного масла, обработку долота в масляной ванне, калибровку отверстия выходных насадок, определение горно-технических и горно-геологических условий бурения скважин, определение межремонтных периодов эксплуатации долота, установку долота на буровой станок, подача в долото воздушно-эмульсионной смеси, обкаточное бурение скважин, бурение на рациональных технологический режимах, контроль скорости бурения, осевого усилия на забой, частоты вращения долота, параметров сжатого воздуха, очистки скважины от бурового шлама, технического состояния долота до наступления ремонтного цикла, включающего снятие долота со штанги, промывка и продувка долота, очистка продувочных каналов и насадок, проверка состояния, ремонт и замена обратного клапана, восстановление наплавкой изношенных поверхностей лап и козырьков долота, замена подшипников и замковых пальцев обработка долота в масляной ванне, заполнение подшипниковых опор смазкой, установку долота на буровой станок, повторный эксплуатационный цикл, а при износе твердосплавного вооружения шарошек и опор - выведение долота из эксплуатации (Патент РФ №2256766, д.п. 27.12.2004 г., В.П., Неженцев С.В., Спридонов Н.П., Лаврешин И.Н. «Способ управления процессом эксплуатации шарошечного долота»).
Недостатком данного способа является то, что при определении технического состояния шарошечного долота используется визуальный осмотр долота и не используются более точные методы диагностирования состояния подшипниковых узлов шарошек, для подбора рациональных режимов бурения и использование долота в условиях, соответствующих его техническому состаянию. После предельного износа шарошечного долота и вооружения шарошек долото выводят из эксплуатации, что приводит к недоиспользованию ресурсов бурового инструмента, а следовательно, - к увеличению стоимости бурения 1 метра скважины.
Задачей изобретения является усовершенствование способа управления процессом эксплуатации шарошечного долота за счет подбора более рациональных режимов бурения исходя из более точных данных о техническом состоянии шарошечного долота, а также использование долота в условиях соответствующие его техническому состоянию, использование шарошечных долот с предельным износом твердосплавного вооружения для их преобразования в долота режущего и режуще-вращательного типа.
Поставленная задача решается за счет того, что способ управления процессом эксплуатации шарошечного долота, включающий проверку его технического состояния, определение наличия антикоррозийной защиты и консервантного масла в опорах долота, исправность и соответствие присоединительной резьбы долота, проверку плавности вращения шарошек, отсутствия зацепления их твердосплавных зубков, надежности фиксации замковых пальцев, состояния продувочных каналов, диаметра отверстий насадок в боковых продувочных каналах и качество их крепления, исправность обратного воздушного клапана, состояния твердосплавного вооружения шарошек, качество армирования и вооружения лап долота, удаление консервантного масла, обработку долота в масляной ванне, калибровку отверстия выходных насадок, определение горно-технических и горно-геологических условий бурения скважин, определение межремонтных периодов эксплуатации долота, установку долота на буровой станок, подача в долото воздушно-эмульсионной смеси, обкаточное бурение скважин, бурение на рациональных технологических режимах, контроль скорости бурения, осевого усилия на забой, частоты вращения долота, параметров сжатого воздуха, отчистки скважины от бурового шлама, технического состояния долота до наступления ремонтного цикла, включающего снятие долота со штанги, промывка и продувка долота, отчистка продувочных каналов и насадок, проверка состояния, ремонт и замена обратного клапана, восстановление наплавкой изношенных поверхностей лап и козырьков долота, замена подшипников и замковых пальцев обработка долота в масляной ванне, заполнение подшипниковых опор смазкой, установку долота на буровой станок, повторный эксплуатационный цикл, а при износе твердосплавного вооружения шарошек и опор - выведение долота из эксплуатации.
В соответствии с изобретением, после обкатки долота в масляной ванне подшипниковые опоры заполняют смазкой, выполняют диагностику долота, включающую вибродиагностику вращения шарошек и долота, а также тепловизионную диагностику подшипниковых опор, после определения горно-технических и горно-геологических условий бурения скважин определяют рациональные режимы, включающие осевое усилие на забой скважины, частоту вращения долота, давление и расход сжатого воздуха, подаваемого в скважину.
Заявляемое изобретение иллюстрируется графически, где на фиг. 1-7 представлены структурные схемы предложенного способа управления процессом эксплуатации шарошечного долота.
Способ управления процессом эксплуатации шарошечного долота реализуется следующим образом.
При поступлении шарошечного долота от предприятия-изготовителя приступают к работам по проверке его технического состояния 1. В состав этих работ входит проверка наличия антикоррозийной защиты 1.1 на поверхности долота и консервантного масла в его опорах 1.2.
В процессе бурения передача вращающего момента от двигателя-вращателя передается через резьбовое соединение переходника бурового става к долоту, поэтому проверяют исправность и соответствие его присоединительной резьбы 1.3.
После внешнего осмотра проверяют плавность вращения шарошек 1.4 и отсутствие зацепления твердосплавных зубков 1.5, надежность фиксации замковых пальцев 1.6, чистоту центрального и боковых продувочных каналов 1.7, диаметр выходных отверстий насадок в боковых продувочных каналах и качество их крепления 1.8, исправность обратного воздушного клапана 1.9, состояние твердосплавного вооружения шарошек 1.10, наличие и качество армирования и вооружения лап 1.11.
Если в процессе проверки технического состояния выявлены дефекты, которые можно устранить, то долото приводится в состояние, пригодное к эксплуатации. Если дефекты неустранимы, то долото выбраковывается.
Шарошечное долото, прошедшее цикл проверки технического состояния 1, передают на предэксплуатационный цикл работ 2, при выполнении которых удаляют консервантное масло 2.1, осуществляют обкатывание шарошечного долота в масляной ванне 2.2.
Предэксплуатационное обкатывание долота 2.2 при незначительной осевой нагрузке и оборотах обеспечивает приработку тел вращения и беговых дорожек в подшипниковых узлах шарошки.
После обкатывания долота 2.2 подшипниковые опоры наполняют смазкой 2.3 и проводят этап диагностики 2.4 шарошечного долота, включающий вибродиагностику вращения шарошек 2.4.1, вибродиагностику вращения долота 2.4.2 и тепловизионную диагностику подшипниковых опор 2.4.3, позволяющие выявить недостатки технического состояния подшипников, которые не удалось установить при визуальном осмотре долота. Кроме того, результаты диагностирования позволяют получить предварительные данные о возможности использования долота применительно к той или иной категории горных пород, а также подобрать рациональные режимы бурения. После диагностирования шарошечного долота производят калибровку отверстия выходных насадок 2.5 в зависимости от производительности компрессорной установки бурового станка, для обеспечения эффективного охлаждения долота, удаления шламов раздробленных горных пород за границы буровой скважины, а также предупреждения образования сальников вокруг бурового става.
Продолжительность общего эксплуатационного периода шарошечного долота находится в прямой зависимости от условий бурения буровых скважин. Увеличение продолжительности этого периода достигается своевременным профилактическим ремонтом. Поэтому аналитический цикл работ 3 на основе имеющегося статистического и диагностического материала, а также теоретических расчетов, позволяют определить горно-технические и горно-геологические условия эксплуатации долота 3.1, рациональные режимы бурения 3.2, а также установить продолжительность межремонтных циклов 3.3.
Эксплуатационный цикл работ 4 начинается с того, что долото устанавливают на буровой станок 4.1, производят подачу в долото воздушно-эмульсионной смеси 4.2, осуществляют обкаточное бурение буровой скважины 4.3. При этом давление на забой буровой скважины и вращение бурового става составляют 50% от номинального режима при максимальном давлении продувки воздухом. Обкаточное бурение 4.3 сопровождающееся подачей в долото воздушно-водоэмульсионной смеси 4.2, обеспечивает необходимый смазывающе-охлаждающий эффект при взаимодействии шарошки с породным массивом и, соответственно, пылеподавление при выносе на наружную поверхность шлама. Результатом обкаточного бурения является окончательная приработка конструктивных элементов долота и возможность его эксплуатации на рациональных технологических режимах 4.4.
При бурении на рациональных технологических режимах 4.4 в долото также подается воздушно-водоэмульсионная смесь 4.2. Машинист бурового станка контролирует параметры бурения 4.5, включающие скорость бурения 4.5.1, осевое усилие на забой 4.5.2, частоты вращения бурового става 4.5.3, параметры подачи сжатого воздуха 4.5.4, а также контроль отчистки скважины от бурового шлама 4.6. Контроль технического состояния долота 4.7 осуществляют при каждом его подъеме на поверхность до окончания бурения буровой скважины. После окончания эксплуатационного цикла 4 и наступления ремонтного цикла 5 долото снимают с бурового станка 5.1, промывают и продувают сжатым воздухом 5.2, очищают боковые продувочные каналы и насадки 5.3, производят проверку опор и твердосплавного вооружения шарошек 5.4.
Если состояние долота достигло критического уровня, то его выводят из эксплуатации 6. У долот, прошедших проверку, проверяют состояние обратного воздушного клапана и, при необходимости, ремонтируют его или заменяют 5.5.
Наиболее подверженные износу спинки лап долота восстанавливают твердосплавной наплавкой 5.6. При этом восстанавливаются изношенные лапы с набегающей стороны и козырьки. После этого, при необходимости, заменяют подшипники качения и замковые пальцы 5.7, обкатывают долото в масляной ванне 5.8, заполняют опоры и подшипники смазкой 5.9.
После ремонтного цикла производят повторный диагностический этап 5.10, на основе результатов которых заново производится определение рациональных режимов бурения 3.2 и межремонтных периодов эксплуатации долота 3.3. После чего долото проходит эксплуатационный цикл 4 повторно.
Послеэксплуатационный цикл 6 наступает, если состояние долота достигло критического уровня, то есть предельно износились опоры и вооружение шарошек. Долото выводят из эксплуатации 6.1, производят извлечение зубков твердого сплава из шарошек 6.2. После извлечения зубков долото проходит проверку работопригодности 6.3, то есть определяют предельный износ корпусной части, на основании данных которых оно либо подвергается конструктивному преобразованию в долото режуще-вращательного [пат. RU 2149974], или режущего типа [пат. RU 2208121] 6.4, либо утилизируется 6.5.
После преобразования долота 6.4 долото возвращается в эксплуатацию, предварительно определив для него рациональные режимы бурения 3.2 и межремонтных периодов 3.3. Возврат долота в эксплуатацию происходит до тех пор, пока долото не пройдет проверку работопригодности 6.3.
Техническим результатом изобретения является эффективность использования долота и снижения себестоимости бурения 1 метра скважины за счет усовершенствования способа управления процессом эксплуатации шарошечного долота, а именно подбора более рациональных режимов бурения исходя из более точных данных о техническом состоянии шарошечного долота, а также использование шарошечных долот с предельным износом для их преобразования в долота режущего и режуще-вращательного типа.