2.3.3. Расчёт частоты вращения долота

Частота вращения шарошечных долот рассчитывается для всех типоразмеров долот по следующим трём показателям:

• рекомендуемой линейной скорости на периферии долота;

• продолжительности контакта зубьев долота с горной породой;

• стойкости опор долота.

Все ниже перечисленные расчёты производятся по [1].

Расчёт по рекомендуемой окружной скорости на периферии долота.

Расчётная частота вращения долота рассчитывается по формуле:

n = (60 • V_окр) / (π • Д_д), об/мин (2.3)

где n – расчётная частота вращения долота, об/мин;

V_окр – окружная скорость для шарошечных долот, м/с;

Д_д – диаметр долота, м.

Окружная скорость выбирается в зависимости от твёрдости горной породы:

- для пород категории М, V_окр = 2,8 ÷ 3,4 м/с;

- для пород категории С, V_окр = 1,8 ÷ 2,8 м/с;

На интервале бурения от 0 до 905 метров, для долота III 295,3 МСЗ-ГНУ окружная скорость (V_окр) принимается равной 3,4 м/с. Расчётная частота вращения долота рассчитывается по формуле (2.3):

n = (60 • 3,4) / (3,14 • 0,2953) = 194,1 = 220 об/мин

На интервале бурения от 905 до 1740 метров, для долота III 215,9 МЗ-ГВ окружная скорость (V_окр) принимается равной 2,8 м/с. Расчётная частота вращения долота рассчитывается по формуле (2.3):

n = (60 • 2,8) / (3,14 • 0,2159) = 247, 8 = 248 об/мин

Расчёт частоты вращения по продолжительности контакта зубьев долота с горной породой.

Частота вращения долота рассчитывается по формуле:

n = 0,6 • 105 • d_ш / (τ_min • z • Д_д), об/мин (2.4)

где n – частота вращения долота, об/мин;

d_ш – диаметр шарошки долота, м;

Д_д – диаметр долота, м;

z – число зубьев на периферийном венце шарошки;

τ_min – минимальное значение времени контакта зубьев долота с горной породой;

d_ш / Д_д = 0,6 ÷ 0,7 принимаем среднее значение равное 0,65.

Число зубьев на периферийном венце шарошки (z) для долота III 295,3 МСЗ-ГНУ равно 22, а для долот III 215,9 МЗ-ГВ и III 215,9 С-ГВ оно равно 18.

Минимальное значение времени контакта зубьев долота с горной породой (τmin):

• для упруго пластичных пород равно 5 ÷ 7 мкс;

• для пластичных пород равно 3 ÷ 6 мкс;

• для упруго хрупких пород равно 6 ÷ 8 мкс;

• для хрупких пород равно 8 ÷ 10 мкс.

Для интервала 0 – 905 метров принимаем τ_min = 6 мкс, а число зубьев на периферийном венце шарошки (z) равно 22. По формуле (2.4):

n = 0,6 • 105 • 0,65 / (6 • 22 ) = 295 об/мин

Для интервала 905 – 1740 метров принимаем τ_min = 7 мкс, а число зубьев на периферийном венце шарошки (z) равно 18. По формуле (4):

n = 0,6 • 105 • 0,65 / (7 • 18 ) = 309,5 об/мин

Расчёт по износу опор долота.

Здесь частота вращения долота рассчитывается по формуле:

n = T_o / (0.02 • (α + 2)), об/мин (2.5)

где n – частота вращения долота, об/мин;

T_o – потенциальная стойкость опор долота, час;

T_o = 0,0935 • Дд , (2.6)

где Д_д – диаметр долота, мм;

α – коэффициент, учитывающий свойства горных пород:

• для пород категории М α = 0,7 ÷ 0,9;

• для пород категории С α = 0,5 ÷ 0,7;

• для пород категории Т α = 0,3 ÷ 0,5.

Интервал бурения 0 – 905 метров сложен породами категории М, следовательно, α = 0,8. По формуле (2.5) рассчитываем частоту вращения долота для данного интервала:

n = 0,0935 • 295,3 / (0.02 • (0,8 + 2)) = 493 об/мин;

Интервал бурения 905 – 1740 метров сложен породами категории МС, следовательно, α = 0,7. По формуле (2.5) рассчитываем частоту вращения долота для данного интервала:

n = 0,0935 • 215,9 / (0.02 • (0,7 + 2)) = 373,8 об/мин;

Из всех значений выбираются меньшие:

0 – 905 метров n = 220 об/мин

905 – 1740 метров n = 248 об/мин

Расчётная частота вращения долота не совпадает с частотой вращения турбобура, следовательно, необходимо применять редукторную вставку.