Влияние нагрузки на механическую скорость проходки

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОЛОТ

Лекция №16

Разрушение горных пород кольцевым забоем и отбор керна

Колонковое долото для бурения горных пород кольцевым забоем с целью отбора керна состоит из бурильной головки и колонкового набора (Принципиальная схема колонкового долота показана на рис.62).

Рис.62

При бурении скважин нагрузка на долото осуществляется весом части бурильной колонны, которая называется статической нагрузкой.В результате действия этой статической нагрузки (осевой нагрузки) и крутящего момента (при вращательном способе бурения) происходит разрушение горных пород. При перекатывании шарошек долота по забою возникает и динамическая составляющая нагрузки, которая составляет порядка 20-30% от величины статической нагрузки.

Величина динамической нагрузки тем больше, чем выше жесткость низа бурильной колонны, чем выше скорость вращения долота, чем больше шаг зубьев и твердость горной породы. Уменьшение динамической составляющей происходит с ростом пластичности горной породы и величины проскальзывания шарошек.

Рис.63

Зависимость механической скорости проходки от осевой нагрузки для шарошечных долот можно представить в виде графика (рис.63). I область- нагрузка на долото по площади контакта зубьев с породой меньше предела усталости породы - происходит поверхностное разрушение в виде истирания.

II область - контактное давление в этой области также меньше твердости породы. Однако возможно объемное разрушение за счет усталостных явлений. Разрушение породы происходит при многократных ударах. С увеличением нагрузки повышается контактное давление, возрастает также и энергия удара. В результате этого в этой области механическая скорость бурения растет быстрее, чем осевая нагрузка.

III область- контактное давление вооружения на породу превышает твердость породы. Это обеспечивает эффективное объемное разрушение.

На графике показано два максимума. Это точки В и 0. Нагрузка, соответствующая точке В (Р_д^/) будет оптимальной для первого скачка хрупкого разрушения, а нагрузка Р_д^// будет оптимальной для второго скачка. В обоих этих случаях удельная объемная работа разрушения будет минимальной.

При постоянной нагрузке вследствие износа зубьев, уменьшается контактное давление. Это вызывает необходимость увеличивать осевую нагрузку с целью поддержания необходимого режима поверхностного и усталостного разрушения породы.

Динамическая составляющая нагрузки может возникать и при бурении лопастными и фрезерными долотами в тот момент, когда происходит хрупкое разрушение.