5.2. Влияние параметров режима бурения на показатели работы и износ долота.

Рассмотрим влияние параметров режима бурения на процесс проводки скважины.

5.2.1. Осевая нагрузка

Рис.23. Рис.2 4.

Для разрушения горной породы необходимо создавать нагрузку на долото. На графике (рис.23) показана зависимость механической скорости бурения от нагрузки на долото.

На графике (рис.23) показаны четыре кривые: 1 - бурение в мягких породах, 2 - в породах средней твердости, 3 - в твердых породах, 4 - в крепких породах. Зависимость дана при постоянной частоте вращения (60 об/мин), достаточной промывке за короткий промежуток времени (когда изнашиванием долота можно пренебречь).

На графике видно, что с возрастанием осевой нагрузки увеличивается и механическая скорость бурения в различном темпе в зависимости от твердости горных пород.

Наблюдается также изменение темпа роста V _м от G при переходе от разрушения пород истиранием при небольшой нагрузке к разрушению пород в усталостной и объемной областях при большой нагрузке.

Механическую скорость разрушения удобнее представить в зависимости от отношения нагрузки Р_уд к сопротивлению породы Р, при достижении первого скачка разрушения

,

, ,

где - площадь контакта зубьев с породой.

На графике , показано несколько областей (рис.24).

Область I - при относительном удельном давлении 0  Р₀ 0,6 горная порода разрушается в основном за счет поверхностного истирания, абразивного изнашивания, микровыкалывания, смятия и сдвига неровностей.

Эта область характерна для бурения очень твердых пород при недостаточной осевой нагрузке и больших площадях притупления зубцов и при бурении средних пород долотами ИСМ.

Область II - при 0,6  Р₀ 0,9 наблюдается усталостное разрушение пород. Для этой области характерно получение объемного выкола пород лишь через несколько ударов зубьев по одному и тому же участку породы.

Область III - это область объемного разрушения горных пород (при рассматриваемом низкооборотном бурении). Здесь Р₀  0,9.

На основании изложенного можно сделать вывод, что для получения высоких механических скоростей бурения при качественной очистке забоя необходимо создавать максимальную нагрузку, которая ограничивается лишь прочностными характеристиками бурильной колонны и долота. Нужно также обеспечить необходимый крутящий момент. Однако, такой режим бурения требует учитывать такие факторы, как интенсивность изнашивания вооружения и опоры долота, максимальная проходка на долото, снижение частоты вращения и максимального расхода раствора. Анализ показывает, что такой режим бурения не всегда экономичен.

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 .

М еханическую 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.