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

Рассмотрим влияние параметров режима бурения на процесс проводки скважины.

6.2.1. Осевая нагрузка

.

Рис.23. Рис.24.

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.

6.2.2. 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 , то

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 горных пород разрушению (увеличиваются затраты на холостое вращение долота).

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

где - число зубьев в свету.