Вопрос №43. Особенности изнашивания бурового инструмента при вращательном бурении.
Поверхность металла более интенсивно изнашивается при нагревании в условиях термического разупрочнения.
Величина абразивного износа определяется по зависимости:
(3. 10)
где W – износ, кг;
Aт – работа сил трения, Дж.
Работа сил трения определяется зависимостью:
,
(3.11)
где μт – коэффициент трения;
P – нагрузка на инструмент в направлении контакта взаимодействующих тел, Н;
Lт – путь трения, м.
Коэффициент трения обычно представляют в виде двух составляющих:
,
(3.12)
где fa – молекулярная составляющая силы трения
fm – механическая составляющая сил трения.
(3.13)
где τ – сдвиговое сопротивление молекулярной связи, Па;
σт – предел текучести материала, Па;
k – коэффициент, учитывающий форму индентора;
β – коэффициент молекулярной составляющей.
(3.
14)
где rк – радиус кривизны поверхности, м.
(3.15)
В работе приведена зависимость, определяющая линейный износ торца коронки:
(3.16)
где ω – частота вращения коронки, мин-1;
t – время работы коронки, мин.
А
нализ
зависимости (3.16) показывает, что износ
торца коронки возрастает с увеличением
осевого усилия Р
и частоты вращения коронки ω.
В большей степени изнашиванию подвергается наружная кромка коронки и более удаленные от центра точки торца, а также внутренняя кромка короночного кольца.
С уменьшением толщины короночного кольца её линейный износ возрастает, с увеличением снижается. В то же время, чем тоньше матрица, тем выше износ породы, т.е. выше эффективность бурения.
Эти два противоречивых условия могут быть воплощены в ступенчатом профиле торца короночного кольца (рис. 3.9), который повторяет форму естественного износа.
Ступенчатость торца интенсифицирует процесс разрушения породы за счет увеличения свободной поверхности разрушения (см. рис. 3.6). В то же время такой профиль будет отличаться повышенной износостойкостью.
При анализе изнашивания учитывают также возможные поперечные колебания инструмента, возникающие вследствие его вибрации.
Вопрос №44. Влияние внешней среды на изнашивание бурового инструмента.
Внешняя среда вызывает различные химические, адсорбционные и диффузные эффекты на поверхностях трения и в поверхностных слоях изнашиваемых тел.
Диффузия (лат. diffusion – распространение) – проникновение молекул одного вещества в другое при их непосредственном соприкосновении, обусловленное тепловым движением молекул.
В качестве среды рассматриваются очистные и охлаждающие агенты, применяемые при механическом разрушении, и насыщаемые в процессе бурения продуктами разрушения горных пород – частицами породы различной фракции и металлом изношенных поверхностей инструмента.
Образуемые продукты разрушения вызывают изнашивание инструмента в зависимости от твердости минералов, находящихся в образованных осколках породы, формы и размеров этих осколков.