5.2.2. Частота вращения

С изменением частоты вращения долота меняется число поражений забоя зубьями шарошечного долота.

За единицу времени (1 мин.) число поражений можно определить по формуле

где - число шарошек; - число зубьев на одной шарошке;

- частота вращения; - диаметр долота;

- диаметр шарошки.

Если принять объем выкола равным , то получим объем разрушения породы за единицу времени.

За 1 мин.

за 1 час

Механическая скорость бурения составит ,т.к. отношение представляет собой проходку за один оборот долота .

Механическую скорость для долот всех типов можно выразить как , т.е. с ростом частоты вращения механическая скорость бурения увеличивается линейно при (рис.25, кривая 2). Это характерно для бурения алмазными долотами твердых, хрупких пород.

П

Рис.25. Проходка за один оборот долота

в зависимости от частоты вращения бурильной колонны

ри бурении упруго-хрупких и пластичных пород шарошечными долотами наблюдается изменение с изменением (рис.25, кривая 1). До точки А наблюдается рост  и с увеличением . До точки В происходит снижение  с ростом , однако еще растет. За точкой В с дальнейшим ростом снижаются и , и . Это объясняется тем, что с ростом уменьшается время контакта зубьев шарошки с породой, возрастает скорость удара, что несколько увеличивает сопротивление с увеличением . До точки В происходит снижение  с ростом , однако еще растет. За точкой В с дальнейшим ростом снижаются и , и . Это объясняется тем, что с ростом уменьшается время контакта зубьев шарошки с породой, возрастает скорость удара, что несколько увеличивает сопротивление горных пород разрушению (увеличиваются затраты на холостое вращение долота).

Общее время контакта зуба шарошечного долота с породой (в сек), ,

где - число зубьев в свету.

5.2.3. Расход промывочной жидкости

Очистка ствола скважины от выбуренной породы осуществляется постоянно циркулирующим буровым раствором. С увеличением расхода промывочной жидкости механическая скорость бурения растет почти прямолинейно.

П

Рис.26 Величина механической Рис. 27 Механическая

скорости в зависимости от скорость в зависимости от

расхода промывочной жидкости сопротивления горных

пород разрушению при

различных расходах

ри достижении достаточного расходаQ_д механическая скорость еще может расти, но медленно (рис. 26 от точки 1 до точки 2). Причины следующие: более качественная очистка забоя и долота, уменьшение содержания шлама в промывочной жидкости, лучшее охлаждение долота, уменьшение плотности раствора, а следовательно, и снижение давления на забой. А далее при росте Q возрастают гидравлические потери на преодоление сопротивлений движению промывочной жидкости по кольцевому пространству, увеличивается общее давление на забой и, как следствие, уменьшается механическая скорость бурения

При бурении скважин гидравлическими забойными двигателями расход жидкости определяет их рабочую характеристику, что сказывается на изменении механической скорости, особенно при Q  Q_д. При бурении гидромониторным долотом с гидравлическими забойными двигателями существенное повышение расхода при установленной гидравлической мощности насосов приводит к снижению перепада давления на насадках и забойных двигателях и уменьшению их мощности и скорости истечения из насадок. Поэтому расход жидкости должен быть ограничен величиной Q_д.

На рис.27 показана зависимость от величины Q и нагрузки на долото Р_о. Можно отметить три области.

I область : Q = Q_д, . В этой области степень х  1. Это соответствует совершенной очистке забоя.

II область: Q = Q_д, , 1 х  0 - не совершенная очистка.

III область Q  Q_д, , х  0 -неудовлетворительная очистка.

На этом графике Q₁  Q₂  Q₃ .

Следует отметить, что при больших частотах вращения долота существенно изменяется и Q_д.

На основании этого можно сделать вывод, что наибольшим резервом повышения механической скорости является не безмерное увеличение расхода бурового раствора, совершенствование систем промывки долота.