7.2. Расчет технологических режимов бурения

После тщательного обоснования выбора промывочной жидкости для каждого пласта геологического разреза подбирают породоразрушающий инструмент и определяют параметры тех­нологических режимов бурения в следующем порядке:

1) указывают интервал пласта (от ...до);

2) дают его характеристику (буримость, трещиноватость, абразивность, набухаемость);

3) выбирают тип и размеры породоразрушающих инстру­ментов;

4) рассчитывают параметры режимов бурения.

Выбор коронок и параметров режимов бурения проводят на основании описанных выше свойств горной породы. По мягким набухающим породам эффективны ребристые коронки (М5, М6), по однородным малоабразивным осадочным и основным магматическим породам средней V-VII категории (аргиллиты, алевролиты, известняки, дуниты, серпентиниты, перидотиты) - резцовые коронки (СМ4, СМ5, СМ6, СТ2). При бурении абразив­ных, перемежающихся (по типам, абразивности и буримости), твердых (VII-IX категории) осадочных, магматических и метаморфических пород применяют самозатачивающиеся и комби­нированные коронки (СА-5, СА-6, СА-4). При бурении трещино­ватых пород IV-VII категории наиболее производительны корон­ки СТ2 и СМ 6, СА-4.

Обобщенный опыт применения твердосплавных коронок позволяет установить их эффективность в зависимости от буримости горных пород (табл. 7.2).

По окончании выбора коронки следует рассчитать параметры режимов бурения. Осевую нагрузку на коронку определяют по формуле

С=mp, H, (7.1)

где m - число резцов в коронке; р - удельная нагрузка на резец. Ниже приведены рекомендуемые СКБ ВПО «Союзгеотехника» значения удельной нагрузки на резец (для самозатачи­вающихся коронок на один штабик), кН, для бурения монолит­ных пород (рис.7.2).

Для коронок с вертикально установленными резцами принимают минимальные значения нагрузки на коронки, с наклонными резцами - максимальные.

Таблица 7.1

Тип коронок Ø 93, мм

Показатели эффективности работы коронок для пород различных категорий

V

VI

VII

VIII

Механическая скорость, м/ч

Проходка за рейс, м

Механическая скорость, м/ч

Проходка за рейс, м

Механическая скорость, м/ч

Проходка за рейс, м

Механическая скорость, м/ч

Проходка за рейс, м

СМ5 СМ6 СМ4 СТ2 СА4 СА5, СА6

2,2 - 2,0 2,7 - -

5,7 - 4,8 6,1 - -

- 2,4 1,6 2,4 - -

- 4,6 4,0 5,7 - -

- 2,2 1,4 - 1,4 1,7

- 4,1 3,4 - 3,6 2,9

- - - - 1,2 1,3

- - - - 2,0 1,5

Таблица 7.2

Тип коронки

Категория пород по буримости

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Ребристые Резцовые Самозатачивающиеся

0,4-0,5 - -

0,4-0,5 - -

0,5 0,6 -

0,6-0,8 - -

- 0,6-0,8 -

- 0,8-1,0 1,2-1,6

- 11,0-1,2 1,4-1,6

- - 1,6-1,8

Для бурения трещиноватых и абразивных пород удельные нагрузки снижают, в зависимости от степени трещиноватости и абразивности, на 25-40 %.

Частоту вращения коронки определяют по формуле

, об/мин, (7.2)

где V_o - окружная скорость коронки; Д₁ и Д₂ - наружный и внут­ренний диаметр коронки по резцам, м.

Окружную скорость коронки СКБ ВПО "Союзгеотехника " для монолитных пород рекомендуется принимать 1,0 - 1,2 м/с. Для абразивных и трещиноватых пород окружную скорость коронки необходимо снижать. Для мягких пород ее можно повышать до 1,5-2 м/с. ВИТР рекомендует для монолитных малоабра­зивных пород с промывкой эмульсиями повышать окружную скорость до 1,5-2 м/с.

Расход промывочной жидкости вычисляют по формуле

Q=q Д₁, л/мин, (7.3)

где q - удельный расход жидкости на 1 см диаметра коронки. Удельные расходы жидкости, рекомендуемые СКБ, приведены в табл. 7.4.

Таблица 7.3

Категория по буримости	Удельный расход жидкости, л/мин, для различных коронок
	Ребристые	Резцовые	Самозатачивающиеся
I-IV V VI VII-VIII	12-16 - - -	- 12-16 8-12 6-8	- 8-14 8-12 6-8

Удельный расход промывочной жидкости определяют в зависимости от плотности шлама, буримости пород и вида промывочной жидкости. С увеличением вязкости раствора, невысокой плотности шлама, невысокой механической скорости бурения удельный расход жидкости принимают минимальным, с увеличением плотности шлама, механической скорости бурения и снижением вязкости раствора - максимальным.

Расход промывочной жидкости можно определить по формуле

, (7.4)

где F - сечение затрубного пространства; d - диаметр бурильных труб; V_n - скорость восходящего потока промывочной жидкости, для твердосплавного бурения коронками в зависимости от плотности шлама V_n принимают в пределах 0,25 - 0,5 м/с.

При бурении скважин с продувкой воздухом расход воздуха определяют по формуле

Q = kFV_n. (7.5)

где к - коэффициент неравномерности скорости потока, к = 1,1-1,3; V_n - скорость восходящего потока воздуха, для твердосплав­ного бурения коронками ее принимают в пределах 10-12 м/с.

При образовании сальников в воздушный поток вводят 0,5-4,5 %-й раствор пенообразователя (ОП-10; ОП-7; ОП-1, сульфонол "Некаль", "Прогресс" и др.).

При бескерновом бурении используют лопастные долота (табл. 7.4).

Таблица 7.4

Категория пород	Тип долот	Шифр, размеры
I-IV I-IV IV с прослойками V-VI	РХ М МС	РХ-76, РХ-93, РХ-112, РХ-132 3ДР-132М 7ДР-93МС, 14ДР-112МС, 6ДР-132МС

Осевую нагрузку на долото определяют по формуле

С= р_о Д, Н, (7.6)

где р_о - удельная нагрузка на 1 см диаметра долота. Для горных пород I-III категории буримости р₀ = 500-800 Н/см, III - IV катего­рии – 800 - 2000 Н/см, V-VII категории – 1500 - 2500 Н/см.

Частоту вращения долота вычиляют по формуле (7.2). В зависимости от мощности станка и прочности породы окружную скорость принимают в пределах 0,8 - 1,6 м/с.

Расход очистного агента при бурении долотами определя­ют по формулам (7.4) и (7.5).

Скорость восходящего потока промывочной жидкости при бескерновом бурении рекомендуется принимать в зависимости от буримости в пределах 0,5-1,0 м/с, а скорость восходящего потока воздуха V_n в пределах 15-18 м/с.

После выбора параметров режимов бурения нужно прове­рить, чтобы выбранные параметры не выходили за рамки техни­ческих возможностей оборудования [1, с.282-294], [2, с.214-215].

За окончательный результат принимают ближайшее расчетному значение скорости выбранного бурового станка.