Nghiên cứu lựa chọn lưỡi khoan kim cương nhằm nâng cao hiệu quả khoan bằng mẫu ống luồn tại vùng mỏ quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐNA CHẤT TRẦN THIỆN CĂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN LƯỠI KHOAN KIM CƯƠNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHOAN BẰNG ỐNG MẪU LUỒN TẠI VÙNG MỎ QUẢNG NINH Chuyên ngành:Kỹ thuật khoan khai thác cơng nghệ dầu khí Mã số: 60.53.50 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Xuân Thảo HÀ NỘI - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐNA CHẤT TRẦN THIỆN CĂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN LƯỠI KHOAN KIM CƯƠNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHOAN BẰNG ỐNG MẪU LUỒN TẠI VÙNG MỎ QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2009 lêi cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực cha đợc công bố công trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2009 Tác giả luận văn Trần Thiện Căn mục lục môc lôc .1 DANH MơC B¶NG BIĨU DANH MơC H×NH VÏ DANH MơC H×NH VÏ Lời mở đầu Chơng Tổng quan phơng pháp khoan ống mẫu Luồn giới việt nam .10 1.1 Sơ lợc tình hình phát triển thiết bị, dụng cụ khoan ống mẫu luồn hiệu áp dụng 10 1.2 Thiết bị dụng cụ dùng khoan ống mẫu luån 12 1.2.1 Bé èng mÉu luån 13 1.2.2 L−ìi khoan kim c−¬ng dïng khoan èng mÉu ln .17 1.3 C«ng nghƯ khoan èng mÉu luån 23 1.4 Dung dÞch dïng khoan èng mÉu luån .24 1.5 TÝnh −u việt hiệu khoan ống mẫu luồn 25 1.6 Tình hình nghiên cứu áp dụng phơng pháp khoan ống mẫu luồn công tác khoan thăm dò khoáng sản Việt Nam 27 Chơng Nghiên cứu tợng mòn h hỏng LƯỡI khoan ống mẫu luồn trình khoan .30 2.1 Nghiên cứu tợng dạng mòn lỡi khoan ống mẫu luồn kim cơng mỏ than Đông Bắc - Quảng Ninh 30 2.1.1 Phơng pháp xác định mòn lỡi khoan kim cơng trờng .30 2.1.2 Các tợng dạng mòn lỡi khoan kim cơng khoan đá cứng, mài mòn, ®ång nhÊt 34 2.2 Phân loại dạng mòn lỡi khoan kim cơng ống mẫu luồn khoan thăm dò mỏ than Đông Bắc 41 2.3 Đặc điểm mòn lỡi khoan kim cơng khoan đá nứt nẻ mài mòn .44 Chơng Các yếu tố ảnh hởng tới khả làm việc Của lỡi khoan kim cơng trình khoan 47 3.1 ảnh hởng yếu tố địa chất tới hiệu làm việc lỡi khoan kim c−¬ng 47 3.2 ảnh hởng yếu tố công nghệ khoan tới mòn lỡi khoan kim cơng 51 3.2.1 ảnh hởng áp lực đáy tới hiệu làm việc mòn lỡi khoan kim cơng 52 3.2.2 ảnh hởng tốc độ vòng quay tới hiệu làm việc mòn lỡi khoan 54 3.2.3 ảnh hởng tính chất, lu lợng nớc rửa tới độ bền mòn lỡi khoan kim c−¬ng 56 3.3 ¶nh h−ëng cÊu tróc l−ìi khoan kim c−¬ng .58 Ch−¬ng biện pháp lựa chọn nâng cao hiệu sử dơng l−ìi khoan kim c−¬ng khoan èng mÉu ln 67 4.1 Phơng pháp đánh giá mức độ hợp lý sử dụng lỡi khoan kim cơng 67 4.1.1 Phơng pháp trùc quan 69 4.1.2 Phơng pháp đo kích thớc mòn 70 4.1.3 Phơng pháp theo dõi thay đổi tốc độ học khoan trình khoan 70 4.1.4 Phơng pháp tính tiêu hao kim cơng tối thiểu cho mét khoan 72 4.2 Lùa chän l−ìi khoan kim c−¬ng 72 4.2.1 Lùa chọn lỡi khoan phù hợp với tính chất lý ®¸ 75 4.2.2 Lùa chän cÊu tróc bé dông cô khoan 78 4.2.3 Lựa chọn chế độ công nghệ khoan kim c−¬ng 78 4.2.4 Lùa chän tÝnh chất lu lợng nớc rửa phù hợp với điều kiÖn khoan 84 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ .87 tài liệu tham khảo 90 DANH MơC B¶NG BIểU Bảng 1-1 Đặc tính ống mẫu luồn sè h ng trªn thÕ giíi 16 Bảng 1.2: Phân loại lỡi khoan kim cơng ống mẫu luồn theo màu sắc sơn 20 Bảng1.3 Kích thớc lỡi khoan kim cơng ống mẫu luồn h ng Longyear 21 B¶ng 1.4 KÝch th−íc lỡi khoan kim cơng ống mẫu luồn kiểu KCCK-76 vµ kiĨu CCK-76 22 Bảng 1.5 Đặc tính kỹ tht l−ìi khoan kim c−¬ng dïng khoan èng mÉu luån 22 Bảng 2.1 Các tợng dạng mòn, h hỏng lỡi khoan kim cơng khoan đá cát kết mỏ than Đông Bắc Quảng Ninh 35 Bảng 2.2 Các tiêu làm việc số kiểu lỡi khoan trớc loại bỏ mòn h− háng 36 Bảng 2.3 Các dạng nguyên nhân mòn lỡi khoan kim cơng 42 Bảng 3.1 Các thông số chế độ khoan loại đá khác 48 Bảng 3.2 Đặc tính mòn lỡi khoan khoan loại đá khác mỏ than Đông Bắc .49 Bảng 3-3 Kết quan trắc thay đổi tốc độ học mòn đế lỡi khoan phụ thuộc vào áp lực đáy khoan đá cát kết cấp IX ữ X theo độ khoan 52 Bảng 3.4 Kết quan trắc thay đổi tốc độ học mòn đế lỡi khoan phụ thuộc vào áp lực đáy khoan đá cát kết cấp VII ữ VIII .53 Bảng 3.5 Các tợng mòn h hỏng lỡi khoan kim cơng phụ thuộc vào tốc độ vòng quay 55 B¶ng 3.6 Sự phụ thuộc kích thớc mật độ kim cơng lỡi khoan vào độ cứng đá .59 Bảng 3.7 Độ nhô (mm) hạt kim cơng lỡi khoan lớp phụ thuộc vào độ cứng đá kích thớc hạt kim cơng 63 Bảng 3.8 Mức độ mòn hạt kim cơng 63 Bảng 3.9 Phân loại độ cứng đế phạm vi sử dụng 64 Bảng 4.1 Giá trị giới hạn mòn đế lỡi khoan kiĨu mét líp xeri NQ 70 B¶ng 4.2 Sự thay đổi tốc độ học khoan đá cát kết mỏ than Đông Bắc Quảng Ninh 71 Bảng 4.3 Đặc tính lỡi khoan kim cơng sử dụng hợp lý mỏ than Đông Bắc theo độ cứng đá 76 B¶ng 4.4 Thông số cấu tạo lỡi khoan chọn theo độ nứt nẻ đá 77 Bảng 4.5 Phơng pháp tổng hợp lựa chọn lỡi khoan kim cơng cho khoan èng mÉu luån vïng má Qu¶ng Ninh .78 B¶ng 4.6 ChÕ độ khoan kim cơng cho nhóm đá mỏ than Đông Bắc Quảng Ninh 84 DANH MụC HìNH Vẽ Hình 1.1 Sơ đồ phân loại dụng cụ kéo thả 13 Hình 1.2 Cấu tạo chụp vớt èng mÉu luån kiÓu NQ 14 Hình 1.3 Cấu tạo ống mẫu luồn xeri NQ .15 H×nh 1.4 Một số hình dạng đế lỡi khoan 17 Hình 1.5 Hình dạng sè l−ìi khoan khoan èng mÉu ln cđa Nga 18 Hình 1.6 Hình dạng số lỡi khoan khoan .18 cña h ng Christensen 18 Hình 1.7 Phân loại mũi khoan kim cơng ống mẫu luồn mầu sơn .19 Hình 2.1 Phơng pháp xác định kích thớc lỡi khoan kim c−¬ng b»ng th−íc kĐp 33 Hình 2.2 (a) Các dạng mòn lỡi khoan kim cơng trình khoan đá cát kết mỏ than Đông Bắc 37 Hình 2.2 (b) Các dạng mòn lỡi khoan kim cơng trình khoan đá cát kết mỏ than Đông Bắc 38 Hình 2.2 (c) Các dạng mòn lỡi khoan kim cơng trình khoan đá cát kết mỏ than Đông Bắc 39 H×nh 2.3 Đặc tính mòn bề mặt tiết diện lỡi khoan kim cơng 40 Hình 2.4 Đặc tính mòn bề mặt kim cơng khoan đá cát kết 41 Hình 2.5 Một số dạng mòn đế lỡi khoan kim cơng khoan đá nứt nẻ .45 Hình 3.1 Bề mặt mòn hạt kim cơng lỡi khoan lớp khoan đá bột kết mài mòn cao (ảnh phóng đại) 51 Hình 3.2 Sự thay đổi tốc độ học mòn chiều cao đế lỡi khoan phụ thuộc vào áp lực đáy khoan đá cát kết cấp IX ữ X tốc độ vòng quay 53 Hình 3.3 Sự thay đổi tốc độ học mòn chiều cao đế lỡi khoan phụ thuộc vào áp lực đáy khoan đá cát kết cấp VII ữVIII theo độ khoan lỡi khoan líp xªri NQ 54 Hình 3.4 Bề mặt hạt kim cơng trớc khoan 57 Hình 3.5 Bề mặt hạt kim cơng sau khoan víi n−íc l 57 Hình 3.6 Bề mặt hạt kim cơng sau khoan với 1% dung dịch emxil 58 (ảnh phóng đại 450 lần) .58 Hình 3.7 ảnh hởng độ hạt kim cơng tới tiêu làm việc lỡi khoan đá albitít .61 Hình 3.8 ảnh hởng độ hạt kim cơng tới tiêu làm việc lỡi khoan đá granít .61 H×nh 3.9 ảnh hởng độ hạt kim cơng tới tiêu làm việc lỡi khoan đá migmatít 62 Hình 4.1 Sự phụ thuộc tiêu hao kim cơng vào tiến độ (S) khoan mức độ làm viƯc (K) cđa l−ìi khoan kim c−¬ng kiĨu mét líp 68 H×nh 4.2 Sù phụ thuộc mòn chiều cao đế lỡi khoan h (1) tốc độ học khoan vm (2) vào mức ®é lµm viƯc K cđa l−ìi khoan 69 Hình 4.3 Sơ đồ lựa chọn lỡi khoan kim c−¬ng khoan èng mÉu luån 74 mở đầu Tính cấp thiết đề tài Phơng pháp khoan ống mẫu luồn phơng pháp khoan tiên tiến cho hiệu kinh tế cao, đặc biệt lỗ khoan có chiều sâu lớn phơng pháp cho phép tăng thời gian khoan tuý, tăng tỷ lệ mẫu giảm thời gian kéo thả dụng cụ Khác với phơng pháp khoan kim c−¬ng trun thèng, khoan èng mÉu ln th−êng dùng lỡi khoan có cấu tạo dạng côn, lợc dạng bậc loại lớp thấm nhiễm Độ bền lỡi khoan ảnh hởng định đến thời gian khoan tuý trình khoan, phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan đến tính chất - lý đá cấu tạo lỡi khoan Việc nghiên cứu yếu tố ảnh hởng đến độ bền suất khoan để lựa chọn đợc loại lỡi khoan hợp lý kết hợp với việc lựa chọn thông số chế độ khoan cho loại lỡi khoan vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn Trên sở nghiên cứu lý thuyết phân tích số liệu thực tế thu thập sở sản xuất Luận văn đề xuất phơng pháp tổng hợp lựa chọn lỡi khoan ống mẫu luồn nhằm nâng cao hiệu kinh tế công tác khoan thăm dò vùng mỏ Quảng Ninh Mục đích nghiên cứu luận văn Trên sở kết nghiên cứu lựa chọn loại lỡi khoan kim cơng nhằm nâng cao hiệu khoan ống mẫu luồn vùng mỏ Quảng Ninh Đối tợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tợng nghiên cøu L−ìi khoan kim c−¬ng dïng khoan èng mÉu luồn 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đợc tiến hành cho phơng pháp khoan kim cơng ống mẫu luồn vùng mỏ Quảng Ninh Nội dung nghiên cứu 76 thớc hạt từ 60ữ200 hạt/cara Khi khoan đá nhóm 4, sử dựng lỡi khoan gắn hạt kim cơng chất lợng cao kiểu thấm nhiễm, kích thớc hạt từ 150ữ400 hạt/cara, mật độ hạt bề mặt tiếp xúc với đá từ 30ữ40 hạt/cm2 Độ cứng đế lỡi khoan từ 40ữ50 HRC Với quan điểm nâng cao độ bền hiệu sử dụng khoan kim cơng mỏ than Đông Bắc nên lựa chọn lỡi khoan có đặc tính trình bày bảng 4.3 Bảng 4.3 Đặc tính lỡi khoan kim cơng sử dụng hợp lý mỏ than Đông Bắc theo độ cứng đá Nhóm đá Kiểu lỡi khoan Nhóm Một líp ThÊm nhiƠm Nhãm Mét líp ThÊm nhiƠm Nhãm Mét líp ThÊm nhiƠm Nhãm §é cøng cđa đế, HRC Kích thớc kim cơng, hạt/cara Mật độ kim cơng, hạt/cm2 40-60 10-12 80-120 13-16 40-60 10-12 80-120 13-16 35-40 60-120 18-20 40-45 120-200 22-25 30-35 30-35 ThÊm nhiÔm Hình dạng đế Dạng phẳng, dạng lợc Dạng phẳng, dạng lợc Dạng phẳng, dạng lợc Dạng phẳng, 40-50 150-400 30-40 dạng lợc Phụ thuộc vào độ nứt nẻ đá ta nên chọn lỡi khoan nh sau: khoan đất đá nguyên khối chiều dày đế lỡi khoan 11,0-13,5mm Khi khoan đá nứt nẻ yếu dùng lỡi khoan có chiều dày 13,5-15,1mm, đất đá nứt nẻ trung bình chọn lỡi khoan có chiều dày 15,1-16,0 mm đá nứt nẻ mạnh dùng lỡi khoan chuyên dùng lỡi khoan có 77 chiều dày đế 17,0-18,0 mm độ nứt nẻ đá tăng lên cần sử dụng lỡi khoan có hạt kim cơng chất lợng cao.Độ nhô hạt kim cơng cứng cần giảm tăng độ nứt nẻ đá tăng theo [8,9] không lớn 10% đờng kính hạt kim cơng Thông số lỡi khoan kim cơng phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ đá đợc chọn theo bảng: Bảng 4.4 Thông số cấu tạo lỡi khoan chọn theo độ nứt nẻ đá Nhóm đá theo độ nứt nẻ Độ phân cục,bở rời(cục/m) Chỉ số nứt nẻ (1/mẫu) Mức độ nứt nẻ Chiều dày đế lỡi khoan (mm) Chất lợng hạt kim cơng Độ nhô hạ so với mặt đế lỡi khoan (%) 12 4-5 – 10 11 – 30 ≥ 31 ≤1,0 1,01 – 2,0 2,01 Nguyên khối,nứt nẻ yếu Nứt nẻ trung bình Nứt nẻ mạnh 11,0 15,1 tăng dần 17,0 18,0 mm tăng dần vụn đánh bóng giảm dần 20 - 25 10 Phụ thuộc vào độ mài mòn đá cần chọn độ cứng đế lỡi khoan phù hợp : Khi độ mài mòn cao yêu cầu độ cứng đế cao nhng cần lu ý đến mức độ mòn đế để tạo khe hở cho dung dịch lu thông Trên sở phân tích tổng hợp sở lựa chọn lỡi khoan để đảm bảo nâng cao hiệu độ bền chúng theo bảng 4-5 78 Bảng 4.5 Phơng pháp tổng hợp lựa chọn l−ìi khoan kim c−¬ng cho khoan èng mÉu ln vïng mỏ Quảng Ninh Nhóm đá Cấp đất đá theo độ khoan Nhóm đá theo độ nứt nẻ Độ phân cục,bở rời(cục/m) Kích thứơc hạt kim cơng(hạt/cara) Chất lợng hạt kim cơng Độ nhô hạt kim cơng % Chiều dày đế lỡi khoan (mm) Độ cứng đế lỡi khoan theo HRC VI - VIII VII - XI IX – XII X - XII 1-2 3-5 1– 3-5 1-2 110 ≥11 1-10 ≥11 1-10 12-8 30-12 120150 12-18 Vật liệu siêu cứng kim cơng nhân tạo Kim cơng hạt vụn,vật liêu siêu cứng 25-20 10-20 1130 6090 Hạt vụn,hạt đánh bóng 4-5 1-2 -5 31 1-10 11-30 31 40-90 120400 150300 110150 Hạt đánh bóng dạng ovan Hạt đánh bóng dạng ovan Hạt dạng ovan vụn 8-10 8-10 11-15 14-16 17-18 20-30 20-40 20-60 Chú ý: Trên cở sở thông sè cÊu t¹o cđa l−ìi khoan ta chän m hiƯu lỡi khoan tơng ứng cho phù hợp với điều kiƯn thĨ 4.2.2 Lùa chän cÊu tróc bé dơng khoan CÊu tróc bé èng mÉu khoan gåm: L−ìi khoan kim cơng, lỡi khoan mở rộng thành, ống định mẫu, perekhôt định tâm khử rung Cần khoan sử dụng cần kiểu nối nhíppen, cần phẳng Với cấu trúc lỗ khoan dụng cụ khoan nh trình bày làm giảm khe hở thành lỗ khoan cần khoan tới mức tối đa để giảm độ cong lỗ khoan hạn chế độ rung dụng cụ khoan 4.2.3 Lựa chọn chế độ công nghệ khoan kim cơng Tốc độ khoan hiệu phá huỷ đá khoan kim cơng phụ thuộc nhiều vào chế độ khoan; vậy, lựa chọn chế độ công nghệ khoan phù hợp với tính chất lý đá, điều kiện thi công tăng tốc độ khoan, tăng độ bền lỡi khoan, hạn chế tới mức độ tối đa tiêu hao kim cơng cho mét 79 khoan Kết nghiên cứu chuyên gia nớc cho thấy độ cứng đế, hàm lợng hạt kim cơng ảnh hởng tới tiêu làm việc lỡi khoan nh sau: - ảnh hởng đến tốc độ học khoan: + Độ cứng đế lỡi khoan chiếm 16,2% + Hàm lợng kim cơng đế lỡi khoan chiếm 13,8% - ảnh hởng đến tiến độ lỡi khoan: + Độ hạt hạt kim cơng chiếm 11% + Hàm lợng kim cơng đế lỡi khoan chiếm 9,0% - ảnh hởng đến độ mòn lỡi khoan: Chất lợng kim cơng chiếm 73% Kết nghiên cứu ảnh hởng chế độ khoan cho thấy: ảnh hởng đến tốc độ học khoan tốc độ vòng quay lỡi khoan chiếm 22%, ảnh hởng đến độ mòn lỡi khoan tải trọng lên đáy lỗ khoan chiếm 21% Từ kết cho ta thấy để nâng cao hiệu sư dơng l−ìi khoan kim c−¬ng khoan èng mÉu ln th× song song víi viƯc chän l−ìi khoan viƯc chọn thông số chế độ khoan hợp lý cần thiết: Theo G.A Blinov A.A Anđriev bị phụ thuộc tốc độ có học khoan với tốc độ vòng quay cấu tạo lỡi khoan có dạng: vch = n , 44 K , 23 A , 42 (4.1) Trong đó: K - Hàm lợng kim cơng đế lỡi khoan (%); A- Kích 80 thớc hạt kim cơng (mm) Theo X.H Tarakamov mối quan hƯ Vch = f(n) cã d¹ng: Vch = xCxn bxPT (4.2) Trong đó: C tải trọng lên l−ìi khoan (daN); b – chiỊu réng ®Õ l−ìi khoan (mm); PT - độ cứng đất đá (daN/mm2); Chọn tải trọng lên lỡi khoan theo R.M.Xkrianbin: P 0,48 Py.C K Trong đó: (4.3) P tải träng lªn l−ìi khoan;   Py =  ÷  Pd  20 30  (4.4) C lợng kim cơng mặt đầu lỡi khoan, K - Độ hạt Kim cơng; Pd - Độ cứng đất đá theo ấn đột Theo X.H tarakanov lỡi khoan Kim cơng lớp tải trọng chiều trục lên đế lỡi khoan P0 xác định theo công thøc: P = 0,55 × Q.P d (4.5) Trong đó: Q - Lợng hạt kim cơng chính; P- Độ cớng đất đá; d- Đờng kính chung hạt kim cơng lỡi khoan kim cơng thÊm nhiƠm th×: 81 P i = 0,55 × Q.P h (4.6) Trong đó: h- Là chiều cao phần làm việc lỡi khoan; Theo quan điểm chuyên gia khoan, chế độ công nghệ hợp lý khoan kim cơng đợc lựa chọn phù hợp với tính chất lý đá, cấu trúc lỡi khoan, chất lợng kích thớc hạt kim cơng gắn lỡi khoan; đồng thời tính toán tới yếu tố ảnh hởng tới trình phá huỷ đá đáy lỗ khoan khả cho phép thiết bị, dụng cụ khoan áp lực đáy lên lỡi khoan xác định theo công thức sau: P = K.ϕ.PS fa (4-7) Trong ®ã: P - áp lực đáy lên lỡi khoan, N; K - Hệ số ma sát kim cơng với đá; Hệ số K thay đổi phụ thuộc vào loại tính chất n−íc rưa dïng khoan; K = 0,5 - 0,3 rưa b»ng dung dÞch sÐt; K = 0,35 - 0,2 rưa b»ng n−íc l ; ϕ = 0,17 - 0,23, hệ số đặc trng cho thay đổi diện tích tiếp xúc hạt kim cơng lỡi khoan với đá PS - Độ cứng đá, N/m2; fa - Tổng diện tích hạt Kim cơng tiếp xúc với đá, m2 fa xác định theo công thøc: fa = π.r2 z (4-8) Trong ®ã: z - số lợng hạt kim cơng tiếp xúc với đá, hạt; r - Bán kính tiếp xúc hạt Kim cơng với đá, m Theo V.G.Gorskov, bán kính tiếp xúc hạt kim cơng phụ thuộc vào đờng kính hạt xác định theo công thức: r= da h (4-9) 82 Trong đó: da - Đơng kính trung bình hạt kim cơng, m; h - Độ ngập sâu hạt kim cơng vào đá, m; h = 0,002da - 0,02 da phụ thuộc Vào tính chất lý đá Thay (4-9) vµo (4-8) ta cã: Fa = π.da.z.h (4-10) Theo kết nghiên cứu số lợng hạt kim cơng tiếp xúc với đá lỡi khoan kiểu líp z = z0; ®èi víi l−ìi khoan thÊm nhiƠm z = 0,5z0; z0 Tỉng sè h¹t kim cơng gắn lỡi khoan xác định theo công thøc : z0 = Q.m (4-11) Trong ®ã: Q - Lợng kim cơng gắn lỡi khoan, cam; m - Kích thớc hạt kim cơng gắn lỡi khoan, hạt/cara Ví dụ: Lỡi khoan kim cơng kiểu lớp; đờng kính 76.10-3m; đờng kính 58.10-3m; đờng kính trung bình 67.10-3m Kim cơng gắn lỡi khoan: Kích thớc hạt, 50 hạt/cara; Lợng Kim cơng lỡi khoan, 10,5 cara Khoan đá cấp VII ữ VIII theo độ khoan, độ cứng Ps = 400 107N/m2 Đờng kính trung bình hạt Kim cơng da = 1,2 10-3m Nớc rửa dung dịch sét Xác định fa theo công thức (4-10): fa = 3,14.l,2.10-3.0,01.1,2.10-3.2/3.10,5.50 = 15,8.10-6 m2 fa = 15,83.10-6 m2 áp lực đáy tác dụng lên lỡi khoan xác định theo công thức (4-1): P = 0,5ì0,2ì400ì107ì15,83ì10-6 P = 6332N áp lực tác dụng lên lỡi khoan xác định theo công thức (4-7) áp lực 83 tối thiểu cần thiết để hạt kim cơng phá huỷ đá Trong trình khoan, hạt kim cơng bị mòn, diện tích tiếp xúc tăng; cần phải tăng dần áp lực đáy Trong thực tế, tăng áp lực bị hạn chế nhiều yếu tố ; đó: Khả công suất thiết bị, độ bền cần yếu tố Theo kinh nghiệm thực tế, áp lực cho phép tăng từ 1,5 - lần so với áp lực ban đầu tùy theo điều kiện khoan thực tế Tốc độ vòng quay yếu tố ảnh hởng tới hiệu khoan độ bền lỡi khoan Kết nghiên cứu lý thuyết thực tiễn khẳng định: Khi tăng tốc độ vòng quay, tốc độ học tăng theo tiêu hao kim cơng cho mét khoan hầu nh không tăng Trong thực tế tăng tốc độ vòng quay cần phối hợp với tăng áp lực đến giá trị tối u phù hợp với khả thiết bị, dụng cụ khoan, tính chất lý đá điều kiện khoan để đạt đợc giá trị tốc độ học, tiến độ lỡi khoan lớn nhng tiêu hao kim cơng cho mét khoan nhỏ Chế độ khoan kim cơng đờng kính 76mm đợc lựa chọn hợp lý sở kết nghiên cứu từ thực tế mỏ than Đông Bắc (Bảng 4.7) Chế độ khoan kim cơng quy định bảng 4.7 áp dụng cho khoan địa tầng đá đồng nhất, không nứt nẻ Khi khoan địa tầng đá nét nẻ, cứng mềm xen kẽ nên lựa chọn chế độ khoan phù hợp với điều kiện thực tế áp dụng chế độ khoan quy định cần giảm áp lực tốc độ vòng quay từ 30% đến 50% giá trị quy định 84 Bảng 4.6 Chế độ khoan kim cơng cho nhóm đá mỏ than Đông Bắc Quảng Ninh Kiểu lỡi khoan kim cơng §−êng kÝnh, l−ìi khoan mm (1) (2) KiĨu mét líp (1) KiĨu thÊm nhiƠm 76 (2) 76 ChÕ ®é khoan Độ cứng đế, HRC Kích thớc hạt kim cơng, hạt/cara Nhóm đá áp lực, KN Tốc độ vòng quay, v/ph L−u l−ỵng n−íc rưa, l/ph (3) (4) (5) (6) (7) (8) 30-35 40-60 Nhãm 3-5 300-500 40-50 30-35 40-60 Nhãm 5-8 400-700 40-50 35-40 60-120 Nhãm 6-10 500-800 30-50 (3) (4) (5) (6) (7) (8) 30-35 80-120 Nhãm 8-10 500-800 40-60 40-45 80-120 Nhãm 10-13 600-800 30-50 40-45 120-200 Nhãm 13-15 30-50 45-50 150-400 Nhãm 15-20 7001000 30-50 8001200 4.2.4 Lùa chän tính chất lu lợng nớc rửa phù hợp với ®iỊu kiƯn khoan N−íc rưa dïng khoan kim c−¬ng ë mỏ than Đông Bắc phổ biến dung dịch sét điều chế từ bột sét bentonit tiêu chuẩn API Các thông số dung dịch sau điều chế nh sau: γ = 1,03 - 1,1 g/cm3; T = 18 - 20 gi©y B = - 10 cm3/30ph; K < l,5mm Trong trờng hợp khoan địa tầng phức tạp nh nứt nẻ, sập lở trơng nở thành lỗ khoan, dung dịch khoan đợc pha chế thêm CMC số hoá chất khác nh kiềm than, hoạt chất bề mặt, Tỷ lệ pha chế CMC hoá phẩm khác phụ thuộc vào điều kiện thực tế trình khoan Trong trình khoan kim cơng, tính chất lu lợng nớc rửa ảnh 85 hởng lớn tới khả làm việc độ bền lỡi khoan Vì vậy, lựa chọn loại dung dịch khoan phù hợp với điều kiện thực tế biện pháp nâng cao hiệu khoan độ bền lỡi khoan mỏ than Đông Bắc, lỗ khoan qua địa táng địa chất ổn định, bình thờng không phức tạp nên dùng dung dịch không sét - emuxil với tỷ lệ pha chế - 3%; thông số dung dịch sau ®iÒu chÕ nh− sau: γ = 1,02 - 1,03 g/cm3; T = 20 - 21 gi©y; B = - 9cm3/30ph dung dịch polime poliacrilamit, với độ đậm đặc 1,5%, thông số dung dịch: = 1'04 - 1,09 g/cm3; T = 19 - 20 gi©y; B = - cm3/ph Đối với lỗ khoan qua địa tầng phức tạp dùng dung dịch sét sét pha chế thêm từ 1,5 đến 2,5% emuxil, dung dịch sau điều chế đạt thông sè kü thuËt: γ = 1,05 - 1,07 g/cm3 T = 22 - 45 gi©y B = - cm3/30ph Hoặc dung dịch polime poliacrilamit với độ đậm đặc 1,5% - 4% nớc kính Dung dịch sau điều chế đạt thông số: = 1,07 - 1,1 g/cm3 T = 25 - 45 gi©y B = - cm3/30ph 86 NhËn xét 1-Có nhiều phơng pháp đánh giá mức độ sử dụng hợp lý lỡi khoan kim cơng Mỗi phơng pháp có độ xác định, đánh giá mức độ sử dụng hợp lý thời điểm loại bỏ lỡi khoan cách xác, cần phải kết hợp phơng pháp với 2-Để nâng cao độ bền hiệu sử dụng lỡi khoan kim cơng cần lựa chọn lỡi khoan phù hợp với tính chất lý đá; sử dụng dụng cụ phù hợp với cấu trúc lỗ khoan, chế độ khoan hợp lý; tính chất lu lợng nớc rửa phù hợp với điều kiện khoan đồng thời kết hợp với biện pháp phòng ngừa, chống rung trình khoan 87 Kết luận kiến nghị Kết luận Phơng pháp khoan ống luồn đợc áp dụng Việt Nam năm gần để thăm dò khoáng sản than, chì, kẽm Do u việt mang tính chất đặc thù phơng pháp nh cho phép tăng thời gian khoan túy, giảm thời gian phụ trợ phục vụ kéo thả dụng cụ, tỷ lệ m u m u lõi đạt cao nên có hiệu triển vọng áp dụng lớn ¶nh h−ëng tíi hiƯu qu¶ khoan èng mÉu ln bao gồm nhiều yếu tố : yếu tố địa chất, yếu tố kỹ thuật yếu tố công nghệ Các yếu tố liên quan chặt chẽ đóng vai trò định đến khả làm việc lỡi khoan Các yếu tố địa chất ảnh hởng đến khả làm việc lỡi khoan chủ yếu độ cứng đất đá theo độ khoan, độ mài mòn mức độ nứt nẻ Các yếu tố kỹ thuật ảnh hởng đến khả làm việc lỡi khoan chủ yếu cấu tạo dụng cụ cấu trúc lỡi khoan: độ cứng đế lỡi khoan , chiều dày đế lỡi khoan, kích thớc chất lợng kim cơng v.v Các yếu tố công nghệ ảnh hởng đến khả làm việc lỡi khoan chủ yếu tốc độ vòng quay, tải trọng lên đáy lỗ khoan Khi tăng tốc độ vòng quay , tốc độ học khoan tăng theo, độ mòn lỡi khoan, lợng tiêu hao kim cơng cho mét khoan hầu nh không tăng Tăng tải trọng lên đáy, tốc độ học tăng tới giá trị cực đại sau giảm, ngợc lại độ mòn lỡi khoan lúc đầu giảm tăng áp lực, sau lại tăng với tăng áp lực Các lỡi khoan kim cơng khoan ống mẫu luồn phổ biến loại lớp thấm nhiễm đế có dạng bậc, dang côn, dạng phẳng Các dạng mòn lỡi khoan đặc trng cho khoan mỏ than Đông bắc - Quảng ninh dạng mòn cố công nghệ, mòn mài mòn, mòn học Dạng mòn đờng kính trong, đờng kính mòn đến chiều cao đế chiếm gần 88 74% lại dạng mòn khác, đáng kể mòn dạng côn đế chiếm gần 19% Khi khoan đất đá nứt nẻ phổ biến lỡi khoan bị mòn tạo r nh bề mặt đế Nghiên cứu lùa chän l−ìi khoan kim c−¬ng èng mÉu ln cã ý nghĩa quan trọng để nâng cao hiệu phơng pháp khoan vùng mỏ Quảng Ninh Độ bền hiệu làm việc lỡi khoan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, yếu tố nh tính chất lý đá, yếu tố đặc trng mặt cấu tạo lỡi khoan đóng vai trò định, cần phải kể đến điều kiện kỹ thuật, thiết bị khoan khả áp dụng thông số chế độ khoan hợp lý cho phơng pháp khoan Khi chọn lỡi khoan phải đợc tiến hành theo trình tự định đặc trng cho mức độ ảnh hởng yếu tố tính chất lý đá yếu tố đặc trng cho cấu tạo lỡi khoan Đối với đá cấp VI-VIII nên dùng lỡi khoan dạng đế phẳng bậc với kích thớc hạt kim cơng 12-18 hạt/cara , độ nhỏ hạt kim cơng 20-25% , chiều dày đế lỡi khoan 11-15mm , độ cứng đế l−ìi khoan 20-30 theo HRC , t−¬ng tù nh− vËy nhng đá cấp VII-X nên chọn lỡi khoan có độ nhô hạt kim cơng 10-20% Đối với đất đá cấp IX-XII nên sử dụng lỡi khoan thấm nhiễm đế dạng côn, bậc, đá cấp IX XII nên dùng lỡi khoan có kích thớc hạt kim cơng 90-150 hạt/cara, độ nhô hạt kim cơng 8-10%, chiều dày đế 14-16mm, độ cứng theo HRC: 20-40, đá loại X-XII dïng l−ìi khoan cã kÝch th−íc h¹t 110-400 h¹t/cara, ®é nhá 8-10% chiỊu dµy ®Õ 17-18, ®é cøng theo HRC: 20-60 89 Kiến nghị Để nâng cao hiệu sử dụng lỡi khoan kim cơng ống mẫu luồn xuất khoan , giảm giá thành mét khoan phù hợp với yêu cầu sản xuất xu hớng công nghiệp hóa , đề tài nghiên cứu đề nghị: Cần tiếp tục nghiên cứu, xây dựng quy phạm sử dụng lỡi khoan kim cơng ống mẫu luồn hợp lý vùng mỏ Quảng Ninh Tăng cờng áp dụng loại dụng cụ khoan có tính bôi trơn cao để tạo điều kiện thuận lợi cho lỡi khoan làm việc đạt hiệu cao Cần trang bị thiết bị dụng cụ đo kiểm để kiểm tra điều khiển trình khoan để lỡi khoan làm việc với hiệu cao 90 tài liệu tham khảo Phan Xuân Dơng (2001), Qúa trình mòn lỡi khoan kim cơng khoan tốc độ lớn, Tuyển tập công trình khoa học, Trờng Đại học Mỏ-Địa chất, (34), Hà Nội Hồ Quốc Hoa (2001), Nghiên cứu đặc điểm chuyển động ống mẫu luồn trình kéo thả, Tuyển tập công trình khoa học, Trờng Đại học Mỏ-Địa chất, (34), Hà Nội Nguyễn Xuân Thảo, Trần Đình Kiên (1997), Quy luật mòn lỡi khoan kim cơng trình phá hủy đá, Tuyển tập công trình khoa học hội nghị học toàn quốc lần thứ 6, Hà Nội Nguyễn Xuân Thảo, Trần Đình Kiên (1997), Qúa trình làm viêc lỡi khoan kim cơng khoan tốc độ lớn, Hội nghị khoa học trờng Đại học Mỏ - Địa chất lần thứ 13, (5), Hà Nội Nguyễn Xuân Thảo n.n.k (1994), Báo cáo tổng kết đề tài:Nghiên cứu áp dụng thử phơng pháp khoan ống mẫu luồn KCCK-76, Cục địa chất Việt Nam Nguyễn Xuân Thảo (1994), H−íng dÉn kü thuËt khoan èng mÉu luån KCCK- 76, Cục địa chất Việt Nam Nguyễn Xuân Thảo, Nguyễn Đức Thành (1998), Sử dụng phơng pháp biểu đồ để xác định hao phí thời gian cho mét khoan thời gian khoan lỗ khoan kim cơng khoan ống mẫu luồn xí nghiệp 905 Quảng Ninh (1), Tạp chí Kinh tế Địa chất nguyên liƯu kho¸ng Liu guangzhi (1992), Diamontdrilling handbook, Beijing,China Product seminar-boart longyear (1998) 10 Ганджумян Р А (1978), Практические раcчеты в разведочном бурении М Недра ... vùng mỏ Quảng Ninh Mục đích nghiên cứu luận văn Trên sở kết nghiên cứu lựa chọn loại lỡi khoan kim cơng nhằm nâng cao hiệu khoan ống mẫu luồn vùng mỏ Quảng Ninh Đối tợng phạm vi nghiên cứu 3.1... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐNA CHẤT TRẦN THIỆN CĂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN LƯỠI KHOAN KIM CƯƠNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHOAN BẰNG ỐNG MẪU LUỒN TẠI VÙNG MỎ QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT... tợng nghiên cứu L−ìi khoan kim c−¬ng dïng khoan èng mÉu ln 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đợc tiến hành cho phơng pháp khoan kim cơng ống mẫu luồn vùng mỏ Quảng Ninh Nội dung nghiên cứu Để