Влияние конструкции коронок, армированных резцами PDC, на отбор керна в мерзлых породах

Abstract

Актуальность. Инженерно-геологические изыскания - неотъемлемая часть горных работ различного назначения. Важное влияние на результаты инженерно-геологических изысканий оказывает качество отбора керновой пробы грунта. При этом получение керна мерзлых пород осложняется повышением температуры призабойной зоны, возникающим вследствие реализации процесса бурения. При повышении температуры изменяются физико-механические свойства мерзлых грунтов, что приводит к трансформации механизма их разрушения и повышению вероятности возникновения аварийных ситуаций бурения. Полученный в условиях повышения температуры керн не позволяет достоверно оценить свойства и строение грунтов в естественных условиях их залегания. Поэтому возникает необходимость разработки технологических и технических средств, способствующих сохранению температурного режима массива горных пород при механическом воздействии на него. Проведенный анализ условий колонкового бурения в мерзлых породах показал, что наряду с технологическими причинами на повышение температуры забоя оказывает влияние конструкция породоразрушающего инструмента. В статье раскрыта зависимость изменения температуры на забое скважины в процессе бурения от конструктивных особенностей колонкового породоразрушающего инструмента. Целью работы является исследование влияния конструктивных особенностей бурового колонкового инструмента на характер разрушения мерзлых грунтов, представленных рыхлыми осадочными горными породами, как наиболее подверженных изменению физико-механических свойств при повышении температуры. За основу исследования выбраны мерзлые грунты, слагающие разрез Якутии - крупного промышленного района, требующего для своего развития частого проведения инженерно-геологических изысканий. Объекты: конструкция колонкового бурового инструмента, механизм разрушения мерзлых горных пород, условия отбора керна в мерзлых грунтах. Методы: аналитический метод, экспериментальный метод, метод производственного испытания. Результаты. Определены основные направления разработки колонкового инструмента для качественного отбора проб керна в мерзлых грунтах. Выведена зависимость величины температурного прироста на забое скважины от ориентации и размеров резцов, армирующих породоразрушающий инструмент

Relevance. Engineering-geological surveys are an integral part of mining operations for various purposes. The quality of soil core sampling has an important impact on the results of engineering geological surveys. At the same time, obtaining a frozen rock core is complicated by an increase in the bottomhole zone temperature, which arises as a result of drilling. As the temperature rises, the physical and mechanical properties of frozen soils change, which leads to a transformation of the mechanism of their destruction and an increase in the likelihood of drilling emergencies. A core obtained under conditions of rising temperature does not allow for a reliably accurate assessment of the properties and structure of soils in their natural conditions. Therefore, there is a need to develop technological and technical means that help maintain the temperature regime of a rock mass under mechanical effect on it. The analysis of the conditions of core drilling in frozen rocks showed that, along with technological reasons, the design of the rock-cutting tool affects the increase in bottom-hole temperature. The article reveals the dependence of the temperature change at well bottom when drilling on the design features of the core rock-cutting tool. Aim. To study the impact of the design features of a drilling core tool on the nature of destruction of frozen soils, represented by loose sedimentary rocks as the most susceptible to changes in physical and mechanical properties with increasing temperature. The study was based on frozen soils that make up the section of Yakutia, a large industrial region that requires frequent geotechnical surveys for its development. Objects. Core drilling tool design, mechanism of frozen rocks destruction, conditions for core sampling in frozen soils. Methods. Analytical method, experimental method, production test method. Results. The authors have determined the main directions for the development of core tools for highquality core sampling in frozen soils. They derived the dependence of the magnitude of the temperature increase at well bottom on the orientation and size of the cutters reinforcing the rock-cutting tool