Частота посылки импульсов на забой

Частота посылки импульсов f, как один из основных факторов, определяющих производительность ЭИ бурения (с повышением частоты следования импульсов практически пропорционально повышается механическая скорость бурения), может быть повышена только до определенного предела, выше которого произойдет резкое снижение вероятности внедрения разряда в горную породу. Это вызвано тем, что жидкая среда не успевает восстанавливать свою электрическую прочность в интервале времени между двумя последующими импульсами. Из условий деионизации жидкой среды частота f может достигать 103 имп/с. Однако деионизация не означает еще полного восстановления прочности жидкой среды в межэлектродном промежутке, так как наличие в нем паро-газовой полости и продуктов разрушения горных пород значительно снижает пробивное напряжение в промежутке и происходит либо перекрытие промежутка по поверхности, либо пробой жидкой среды, а не горной породы.

Частота посылки импульсов на забой определяется условиями промывки забоя скважины для очистки призабойной зоны от образующегося шлама и газовых микровключений. В отличие от бурения механическими способами промывка скважин, кроме удаления шлама с забоя, имеет дополнительную функцию – обеспечить присутствие и сплошность жидкости в приэлектродном пространстве. Электрический разряд в промежутке, даже если имеет место внедрение разряда в твердое тело, сопровождается образованием газовых микровключений за счет испарения и разложения жидкости, контактирующей с каналом разряда. Если за время между разрядами газовые включения не успевают удаляться из межэлектродного промежутка, то резко увеличивается вероятность пробоя в жидкости по газовым включениям с прекращением процесса разрушения материала. Практика показывает, что процесс электроимпульсного разрушения идет нормально, пока интенсивность промывки обеспечивает не менее чем 1,5-кратный обмен жидкости в призабойной области между импульсами.

О многоимпульсной прочности и эффективности разрушения горных пород

Экспериментальные исследования электрической прочности горных пород, эффективности их разрушения проводятся при однократном воздействии импульса напряжения (Малахов В.С., Кленин Ш.Т, Брылин В.И. и др.). При этом система электродов устанавливается на поверхности плоского образца, который вырезают из монолита горной породы обычно алмазными фрезами, в результате чего поверхность образцов является практически шлифованной.

При электроимпульсном бурении забой скважины может быть представлен в подобном виде лишь в начальный момент бурения, когда все электроды бурового наконечника расположены на плоской поверхности забоя скважины и все участки горной породы находятся в равных условиях. При воздействии импульса напряжения происходит пробой горной породы в наиболее слабом в электрическом отношении месте [21]. Разряд происходит не обязательно по кратчайшему межэлектродному расстоянию, вследствие электрической анизотропии горных пород. После пробоя и образования откольной воронки, которая заполняется промывочной жидкостью, следующий пробой происходит по другому направлению с разрушением нового объема горной породы на забое. Разрушенная горная порода удаляется с забоя скважины потоком промывочной жидкости на поверхность.

Вследствие того, что при каждом последующем импульсе пробой происходит по новому направлению, разрушению подвергается вся площадь забоя скважины при неизменном положении бурового наконечника. После завершения цикла разрушения буровой снаряд опускается и процесс разрушения повторяется. При этом забой представляет собой уже не плоскую, а изломанную поверхность.

Для выяснения влияния на величину пробивного напряжения горных пород предшествующих импульсов и для определения эффективности разрушения горных пород последующими нами поставлены экспериментальные исследования на роговике, граните и крупнозернистом песчанике при изменении межэлектродных расстояний от 10 до 20 мм. Пробой производится при строго фиксированном положении образца и постоянной амплитуде ПИНФ (для определенного S) с измерением времени запаздывания, амплитуды напряжения и объема откольной воронки после подачи каждого импульса напряжения.

Выявлено, что при увеличении количества импульсов напряжения время запаздывания уменьшается приближенно по экспоненциальному закону, т.е. при многократном воздействии напряжения электрическая прочность горных пород снижается. Так, для песчаника первый импульс напряжения внедрился в горную породу при t_з = 0,4·10^-6с, а шестой – при t_з = 0,085·10^-6с при постоянной амплитуде напряжения U_пр = 145кВ. А при одноипульсном воздействии при t_з=0,085·10^-6с пробивное напряжение песчаника ровно U_пр=194 кВ, т.е. электрическая прочность горной породы снизилась на 25% при многократном воздействии импульсного напряжения.

Снижение электрической прочности горных пород при многократном воздействии импульсного напряжения обусловлено протеканием в теле вторичных процессов (растрескивание, увеличение внутренней пористости и др.). По этим механически ослабленным местам и развивается канал пробоя.

 

Заключение

Результаты проведенных нами экспериментальных исследований на образцах горной породы показывают качественную картину электрической прочности и эффективности разрушения различных видов горных пород и могут быть использованы в практических целях (для проектирования и разработки буровых снарядов, наконечников; для определения параметров импульса напряжения для эффективного разрушения горных пород в определенных условиях) лишь при введении коэффициентов, определенных при проведении исследований многоимпульсной прочности горных пород и эффективности их разрушения при этом.

Список литературы

1. Воробьев А.А. Разрушение горных пород электрическими импульсными разрядами.– Томск: Изд-во ТГУ, 2011.–150 с.

2. Воробьев А.А., Воробьев Г.А. Электрический пробой и разрушение твердых диэлектриков. – М.: Высшая школа, 2013.– 224 с.

3. Игнатенко Л.Л. Кандидатская диссертация.– Томск. ТПИ, 2014.

4. Каляцкий И.И. Докторская диссертация.– Томск. ТПИ, 2011.

5. Клей Р.В., Кук М.А., Кейс Р.Т. В сб. Разрушение и механика горных пород.– М.: Госгортехиздат, 2012.

6. Кленин Ш.Т. Кандидатская диссертация.– Томск. ТПИ, 2011.

7. Лопатин Ю.С., Осипов Г.М., Перегудов А.АВ. Бурение взрывных скважин на карьерах.– М.: Недра, 2012.

8. Малахов В.С. Кандидатская диссертация.– Томск. ТПИ, 2017.

9. Оксанич И. Ф., Усик И.Н., Трегубов Н. М. Машинист станка огневого бурения.– М.: Недра, 2019.– 176с.

10. Покровский Г.И. В сб. Короткозамедленное взрывание. – М.: Углетехиздат, 2013.

11. Ракишев Б.Р., Шерстюк Б.Ф., Ястребов Е.К. и др. Бурение скважин в мерзлых горных породах.– М.: Недра, 2011.– 314 с.

12. Рябчиков С.Я. Кандидатская диссертация.– Томск. ТПИ, 2012.

13. Семкин Б.В. Кандидатская диссертация.– Томск. ТПИ, 2010.

Размещено на Allbest.ru