Твердосплавные коронки: типы и применение для колонкового бурения

Твердосплавная коронка – основной породоразрушающий элемент при колонковом вращательном бурении скважин. Инструмент разрушает породу по кольцевому забою, сохраняя центральную часть массива в виде керна. Полученный керновый материал используется для определения литологического состава, структуры, трещиноватости, физико-механических свойств и других характеристик пород.

Поэтому твердосплавные коронки особенно востребованы при геологоразведке, инженерно-геологических изысканиях, разведке месторождений и проходке технических скважин. Ассортимент «Геобурмаш» рассчитан на колонковое вращательное бурение пород I–VIII и частично IX категорий по буримости. В каталоге представлены серии КБР, КТ, СА, СМ, а также PDC и специальные исполнения различных диаметров.

Как работает твердосплавная коронка

Рабочая часть коронки оснащается резцами из твердого сплава. При вращении бурового снаряда резцы внедряются в породу и разрушают кольцевой участок забоя. В центральной части формируется керн, который поступает внутрь колонковой трубы.

Для эффективной проходки необходимо одновременно обеспечить 3 процесса:

1. разрушение породы резцами;
2. удаление шлама;
3. сохранение керна внутри колонкового снаряда.

Поэтому конструкция коронки определяется не только твердостью породы. Учитываются ее абразивность, трещиноватость, неоднородность, склонность к разрушению и интенсивному шламообразованию.

Особую роль играют промывочные каналы. Если разрушенная порода плохо удаляется с забоя, растут крутящий момент и температура рабочей части, ускоряется износ резцов и повышается риск заклинивания бурового снаряда.

Основные типы твердосплавных коронок

В геологоразведочном бурении нельзя использовать один тип коронки для всех разрезов. Мягкие неустойчивые породы требуют иной конструкции, чем монолитные абразивные породы VI–VIII категорий. Поэтому тип инструмента выбирают

после оценки предполагаемого геологического разреза.

Коронки КБР для мягких и неустойчивых пород

Ребристые коронки КБР предназначены прежде всего для проходки мягких и неоднородных пород. Они могут использоваться в породах до IV категории по буримости, а с определенными ограничениями – при проходке глинистых и песчаных сланцев с твердыми включениями, щебенистых и галечных отложений до VI категории. Отдельное направление применения – многолетнемерзлые грунты.

В ассортименте «Геобурмаш» представлены, например, коронки КБР 93/112, 112/132, 132/151 и 151/170. Для КБР 93/112 наружный диаметр по резцам составляет 112 мм, внутренний – 74 мм, инструмент работает с колонковой трубой 89×5 мм.

Для геологоразведки КБР особенно полезны при проходке верхних интервалов скважины, рыхлых отложений и сложных неоднородных разрезов, где стандартная коронка может быстро зашламовываться.

Специальные коронки КТ-1

Серия КТ-1, также обозначаемая как КПЗ, относится к специальным твердосплавным коронкам. Коронки имеют одиночное расположение резцов специальной формы и рассчитаны на бурение пород I–VI категорий. Производитель рекомендует их в том числе для инженерно-геологических скважин, искусственных насыпей.

Особенность серии – широкий диапазон диаметров. В каталоге представлены исполнения от КТ-1-112 до КТ-1-172. Например:

• КТ-1-112 – наружный диаметр 112 мм, внутренний 94 мм;
• КТ-1-172 – 172 и 148 мм соответственно.

Крупные диаметры востребованы при сооружении специальных инженерно-геологических скважин и на начальных этапах бурения, когда конструкцией скважины предусмотрено последующее уменьшение диаметра.

Коронки СМ-3У для неоднородных пород

СМ-3У применяются при бурении неоднородных мягких, малоабразивных трещиноватых и перемежающихся по твердости пород III–VI категорий. Они оснащаются резцами с одиночным расположением и имеют увеличенные промывочные каналы.

Такое исполнение эффективно в условиях повышенного шламообразования. В геологоразведочной скважине это важно при прохождении интервалов, где свойства породы быстро меняются по глубине и стандартная схема промывки не обеспечивает стабильную очистку забоя.

«Геобурмаш» выпускает СМ-3У диаметрами, в частности, 93, 112, 132, 151 и 170 мм. Коронка СМ 3У-112 имеет наружный диаметр 112 мм, внутренний – 94 мм и рассчитана на колонковую трубу 108×5 мм.

Коронки СМ-5 для малоабразивных пород средней твердости

СМ-5 предназначены преимущественно для монолитных и слаботрещиноватых пород V–VI категорий с относительно невысокой абразивностью. К типичным породам производитель относит доломиты, известняки, глинистые и песчаные сланцы, серпентиниты.

В отличие от СМ-3У, где важна эффективная очистка при неоднородном разрезе, СМ-5 целесообразно применять на более стабильных интервалах средней твердости.

В линейке представлены коронки диаметрами 76, 93, 112, 132 и 151 мм.

Коронки СА-4 для твердых абразивных пород

При переходе к более твердым и абразивным породам требуются коронки с повышенной стойкостью режущей части. СА-4 относятся к самозатачивающимся коронкам с двухрядным размещением резцов.

Их рекомендуют для абразивных, монолитных и слаботрещиноватых пород VI–VIII, частично IX категории. Среди характерных примеров – габбро, пироксениты, порфириты, диориты, дациты и скарны.

Для геологоразведочного бурения это инструмент для достаточно крепких массивов, где коронки для пород средней твердости будут изнашиваться слишком быстро.

Серия СА-4 выпускается, в частности, диаметрами 76, 93, 112, 132 и 151 мм.

Коронки СА-6 для перемежающихся твердых пород

СА-6 также предназначены для сложных пород VI–VIII и частично IX категорий, однако производитель отдельно указывает возможность работы по абразивным монолитным и перемежающимся по твердости массивам: песчаникам, алевролитам, диоритам, габбро, порфиритам и окварцованным известнякам.

СА-6 представляют собой микрорезцовые самозатачивающиеся коронки. Такая конструкция востребована при геологоразведке участков со сложным чередованием прослоев, когда сопротивление породы разрушению меняется непосредственно в процессе проходки.

Основные диаметры серии – 76, 93, 112, 132 и 151 мм.

Размеры коронок и колонковых труб

Диаметр коронки выбирается в соответствии с конструкцией скважины и используемой колонковой трубой. В ассортименте «Геобурмаш» диапазон наружных диаметров по резцам значительно шире стандартных 76–170 мм и достигает 327 мм для отдельных специальных исполнений. В каталоге предусмотрены соединительные резьбы по ГОСТ Р 51682-2000, включая 68×4, 84×4, 103×4, 122×4, 141×4 и более крупные размеры.

При выборе диаметра необходимо учитывать не только требуемый размер скважины. В геологоразведке важен и диаметр получаемого керна. Уменьшение его сечения может осложнить изучение трещиноватых и структурно неоднородных пород, тогда как чрезмерное увеличение диаметра приводит к росту площади забоя, требуемого крутящего момента и расхода промывочной жидкости.

Как выбрать коронку для геологоразведочной скважины

Выбор следует начинать с геологического разреза. Основными параметрами являются категория породы по буримости, абразивность, трещиноватость и устойчивость стенок скважины. Также рекомендуем учитывать наружный и внутренний диаметры, соединительную резьбу, количество и расположение твердосплавных элементов.

На практике последовательность подбора выглядит так:

1. Определить предполагаемые породы и диапазон категорий по буримости.
2. Оценить абразивность и степень трещиноватости массива.
3. Подобрать тип коронки под наиболее сложные интервалы разреза.
4. Согласовать наружный и внутренний диаметры с колонковой трубой и требуемым диаметром керна.
5. Проверить соответствие присоединительной резьбы буровому снаряду.
6. Назначить режим вращения, осевую нагрузку и расход промывочной жидкости с учетом конкретной коронки и условий проходки.

Использовать одну коронку на всем протяжении глубокой разведочной скважины рационально только при достаточно однородном разрезе. При переходе, например, от мягких глинистых пород к монолитным абразивным породам VI–VIII категории целесообразно менять не только режим бурения, но и тип породоразрушающего инструмента.

Что влияет на ресурс твердосплавной коронки

Даже правильно выбранная коронка может быстро выйти из строя при нарушении технологии. Наибольшее влияние оказывают осевая нагрузка, частота вращения, качество очистки забоя и соответствие инструмента фактической породе.

Недостаточная промывка приводит к повторному измельчению шлама и дополнительному абразивному воздействию на резцы. Чрезмерная осевая нагрузка может стать причиной сколов твердого сплава, а работа изношенной коронкой – ухудшить геометрию скважины и качество керна.

При подъеме бурового снаряда следует проверять состояние режущих элементов, корпуса, промывочных каналов и резьбы. Продолжение проходки после разрушения части резцов обычно не увеличивает фактический ресурс инструмента, а повышает риск повреждения коронки и колонкового снаряда.

Твердосплавные коронки в геологоразведке

Главная задача геологоразведочного колонкового бурения состоит не только в достижении проектной глубины. Необходимо получить представительный керн, по которому можно достоверно восстановить строение геологического разреза.

Именно поэтому выбор коронки должен обеспечивать баланс между механической скоростью проходки, стойкостью резцов и сохранностью кернового материала. КБР рациональны для мягких и неустойчивых пород с интенсивным шламообразованием, СМ-3У и СМ-5 – для различных условий бурения пород средней твердости, а СА-4 и СА-6 – для более крепких и абразивных массивов. Специальные коронки КТ позволяют решать задачи бурения крупных диаметров и инженерно-геологических скважин.

Правильный подбор твердосплавной коронки по геологическим условиям позволяет снизить число спуско-подъемных операций, уменьшить непроизводительный износ инструмента и обеспечить стабильное получение керна на протяжении всего исследуемого интервала.

Для заказа твердосплавных коронок оставьте заявку на сайте или позвоните по телефону 8 (343) 201-41-55 для Екатеринбурга, либо по бесплатному номеру 8-800-302-83-83 для других регионов России.