5.4.5. Параметры режима бурения шарошечными долотами дробящее-скалывающего действия
При бурении шарошечными долотами рекомендуются к применению достаточно умеренные частоты вращения долот, поскольку установлено, что с повышением частоты вращения выше некоторого предельного значения достаточно резко снижается углубка за оборот и темп прироста механической скорости бурения (рис. 5.68).
При
определенных высоких частотах вращения
механическая скорость бурения не растет,
но может снизиться проходка на долото
из-за повышенного износа опор шарошечных
долот.
Физический смысл влияния частоты вращения на буримость можно установить, используя зависимость проф. В.С. Федорова для расчета времени контакта опорного зубца шарошечного долота, работающего на забое без проскальзывания, с породой:
,
(5.85)
где dш – диаметр шарошки, измеренный по периферийному венцу,м;
Z – число зубцов в периферийном венце конической шарошки;
Dd – диаметр долота, м;
ωd – частота вращения долота, мин-1.
Таким образом, с повышением частоты вращения числа зубцов на поверхности шарошки и диаметра долота, при снижении диаметра шарошек время контакта породоразрушающих зубцов с породой снижается, а значит, снижается и разрушающее напряжение в породе [см. зависимость (2.44)].
На рис. 5.69 представлена зависимость углубки за оборот от числа зубков на шарошке, которая подтверждает вывод сделанный на основании формулы (5.85).
Для шарошечных долот дробяще-скалывающего действия диаметром 59, 76, 93, 112, 132 и 151 рекомендуются частоты вращения [31] в пределах 100-300 мин-1.
При бурении малоабразивных пород шарошечными долотами рекомендуется окружная скорость долота в пределах 1-2 м/c , при бурении абразивных пород скорость должна не превышать 1 м/с, т.к. механическая скорость бурения при больших частотах вращения увеличивается в меньшей степени, чем износ долота.
Д
ля
твердых, абразивных пород (VII-IX
категории по буримости) оптимальная
частота вращения долота составляет
200-270 мин-1,
при дальнейшем её повышении механическая
скорость бурения почти не увеличивается,
но более значительно возрастает износ
долота [31].
Для долот, работающих на забое с проскальзыванием шарошек, например, долот ДДА, время контакта зубьев с породой, рассчитанное по зависимости (5.85) будет больше за счет проскальзывания. Именно поэтому при бурении твердых малоабразивных пород (фельзиты, дациты VIII-IX категории по буримости) долотами типа ДДА более высокие результаты получены при частотах вращения 500-600 мин-1 в сравнении с долотами типа К, работающих на забое без проскальзывания шарошек и показавших лучшие результаты при частоте вращения около 300 мин-1.
Осевая нагрузка при бурении шарошечными долотами устанавливается в зависимости от твердости горных пород и диаметра долота.
При бурении в твердых породах скорость восходящего потока промывочной жидкости в затрубном пространстве должна быть не менее 0,4, а в мягких породах 0,6 м/с.
В соответствии с работой [31] при бурении шарошечными долотами рекомендуются следующие значения осевого усилия и количества подаваемой промывочной жидкости (табл.5.8). Минимальные осевые нагрузки и максимальные частоты вращения рекомендуется применять при бурении менее крепких горных пород, максимальные осевые нагрузки и минимальные частоты вращения при бурении более твердых горных пород.
При бурении трещиноватых горных пород рекомендуется снижать частоту вращения долота и осевую нагрузку на 30-40%.
Для установления оптимальной осевой нагрузки необходимо довести осевую нагрузку до максимально рекомендуемой, а затем несколько снизить.
Таблица 5.8
Параметры режима бурения шарошечными долотами
Диаметр и тип долота, мм |
Осевая нагрузка на долото, кН |
Частота вращения долота, мин-1 |
Расход промывочной жидкости, л/мин |
Долото типа К (ОК) 59 76 93 112 132 151 |
12-18 15-25 20-30 30-50 40-70 50-80 |
102-348* 102-277 102-348 102-277 102-277 102-277 |
80-100 100-120 120-150 150-180 200-250 250-300 |
Долото типа Т 93 112 132 151 |
20-25 25-45 30-60 40-70 |
102-348 102-277 102-277 102-277 |
180-230 200-280 250-350 300-440 |
Долото типа С 93 112 132 151 |
15-25 20-30 30-50 40-70
|
102-348 102-277 102-277 102-277 |
180-230 200-280 250-350 300-440 |
Долото типа М 112 132 151 |
15-25 20-30 25-35
|
102-348 102-277 102-277
|
300-400 350-450 450-500 |
* - частоты вращения даны для буровых станков со ступенчатым регулированием данного параметра; для станков с плавнорегулируемой частотой вращения следует применять близкие к указанным значения.
Если при снижении нагрузки механическая скорость бурения снижается, то нагрузку следует повысить до первоначальной величины. Если механическая скорость бурения не уменьшается, то нагрузку снижают до уровня, при котором наступает снижение скорости бурения, а затем несколько повышают её до первоначальной величины [31].
Мягкие породы и породы средней твердости долотами с зубчатым вооружением следует разбуривать с примерно постоянной в течение рейса нагрузкой, обеспечивающей максимальную скорость бурения.
При бурении твердых пород осевую нагрузку к концу рейса, как правило, повышают для сохранения уровня скорости бурения. При бурении твердых пород долотами со штыревым вооружением осевая нагрузка может быть постоянной и равняется максимально рекомендуемой.
Основными признаками, указывающими на необходимость подъема долота из скважины, являются:
- резкое снижение механической скорости бурения и рывки инструмента, что свидетельствует об износе опор шарошек;
- снижение скорости бурения по однородным по твердости горным породам, что указывает на износ вооружения долота.
Контрольные вопросы к главе 5
1. Область применения и назначение инструмента с резцами из твердого сплава.
2. Основы механизма разрушения горной породы инструментом с резцами из твердого сплава.
3. От каких параметров зависит глубина внедрения в породу резца из твердого сплава?
4. Влияние параметров режима бурения и геометрии резцов на механическую скорость бурения.
5. Изнашивание резцов из твердого сплава и рациональные параметры режимы бурения инструментом с резцами из твердого сплава.
6. Назначение и область применения буровых инструментов из композиционных алмазосодержащих и поликристаллических алмазов.
7. Вооружение, механизм разрушения и параметры режима бурения инструментами с резцами из поликристаллических алмазов.
8. Назначение, основные параметры конструкции, виды алмазного бурового инструмента.
9. Характер разрушения горной породы алмазными резцами.
10. Основные аспекты механизма разрушения горных пород алмазными резцами различной геометрической формы: необработанным алмазом, овализованным алмазом, полированным алмазом.
11. Механизм углубки забоя скважины при бурении алмазным буровым инструментом.
12. Какова связь механической скорости бурения с коэффициентом сопротивления вращению алмазного инструмента при бурении?
13. Объясните причины и дайте характеристику динамических нагрузок на алмазные резцы при бурении горных пород, в том числе трещиноватых горных пород.
14. Влияние выпуска алмазов из матрицы на эффективность бурения. Способы задания заданного выпуска алмазов из матрицы.
15. Каково влияние сил трения на процесс бурения алмазным инструментом.
16. Каков температурный режим работы алмазного бурового инструмента?
17. Механизм заполирования алмазного инструмента, влияние заполирования инструмента на процесс бурения и способы устранения заполирования бурового инструмента.
18. Каковы принципы выбора оптимальных параметров режима алмазного бурения?
19. Направления интенсификации процесса разрушения горной породы при алмазном бурении.
20. Назначение и область применения шарошечных долот.
21. Вооружение и конструкции шарошечных долот.
22. Механизмы разрушения горных пород шарошечными долотами.
23. Механизм и назначение эффекта проскальзывания шарошек при работе шарошечных долот.
24. Системы очистки забоя при бурении шарошечными долотами.
25. Основы динамики работы шарошечных долот, влияние свойств горных пород и параметров буровой компоновки на показатели бурения шарошечными долотами.
26. Параметры режима бурения шарошечными долотами.
27. В чем особенности разрушения трещиноватых горных пород при бурении?