Вестник Кольского научного центра РАН. 2012, №4.

2 1 Рис. 14. Буровой наконечник и последовательность пробоя и разрушения забоя скважины многоэлектродным устройством. Штриховкой отмечены потенциальные электроды Главные критерии при разработке электродных устройств ЭИ-бурения (коронки, по аналогии с механическими способами бурения) - равномерность распределения разрядов по всей площади забоя, обеспечивающая полное разрушение породы под всеми электродами без их зависания, и стабильность уровня напряжений пробоя в течение всего цикла разрушения забоя. В оптимизационных исследованиях конструкций коронок рассматривались такие параметры как форма электродов, преимущественная ориентация разрядных промежутков (направлений кратчайших расстояний между разнополярными электродами) - радиальная, тангенциальная, радиально-тангенциальная, линейно-тангенциальная (между параллельными пластинами), суммарные площади контакта потенциальных и заземленных электродов с забоем. Влияние отдельных параметров коронки обусловлено физическими факторами процесса формирования пробоя. С увеличением площади контакта электрода с породой возрастает число дефектов структуры породы, способствующих началу развития разряда при более низком уровне импульсного напряжения на электроде. При каждом подаваемом на коронку импульсе напряжения по всей площади забоя в приэлектродных областях формируются каналы многочисленных незавершенных пробоев и от импульса к импульсу происходит накопление дефектов, приводящее в конечном итоге к уменьшению напряжений пробоя. Дефекты этого рода зависят от полярности потенциального электрода, особенностей его контакта с породой [12]. Например, укажем на «эффект приподнятого электрода»: если потенциальный электрод при положительной полярности импульса приподнят над поверхностью твердого тела, то разрядный процесс в жидкостной прослойке начинается при более высоком напряжении, чем в случае электрода на поверхности твердого тела, а потому при касании разрядом поверхности твердого тела на него выносится достаточно высокий потенциал, и внедрение разряда в твердое тело происходит практически без развития по поверхности “кистевых” разрядов, в результате вероятность и глубина внедрения разряда максимальные. Роль фактора «площадь контакта» для двухэлектродной системы можно свести к следующему: площадь контакта потенциального электрода должна быть примерно в 1.5 раза больше площади контакта заземленных электродов. Принцип автоматического распределения разрядов по площади забоя при использовании многоэлектродных конструкций электроимпульсного разрушения позволяет обеспечить технологическую непрерывность процесса бурения и резания пород, последовательное сокращение крупности кускового материала в процессах его дезинтеграции без каких-либо специальных мер (вращение инструмента, классификация материала по крупности или принудительная коммутация разрядов и т.п.). Забою разрушения за счет соответствующего выбора формы электродов и их расположения может быть придана любая произвольная форма - круглая, прямоугольная, щелевая, кольцевая и т.д. Электроимпульсное бурение отличается исключительно малым износом бурового инструмента и допускает его изготовление из обычных конструкционных сталей. Так как рабочим инструментом, по существу, является искра, износ инструмента минимален и проблема срока его службы не стоит. В отличие от механических способов не требуется прилагать к инструменту значительных усилий - достаточно лишь обеспечивать контакт инструмента с массивом. К числу общих закономерностей, свойственных всем технологическим процессам электроимпульсного разрушения материалов, относится зависимость производительности 181