Розрахунок зусилля проходження пілотної свердловини.

Зусилля проходження пілотної свердловини визначають як суму всіх видів сил опору руху бурової головки і бурових штанг пілотній свердловині :

P∑=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7, (12.1)

де P1 – лобовий опір бурінню (опір руху бурової головки в грунті) з урахуванням скривлення пілотної свердловини ;

P2 – опір від сил тертя бурових штанг (у свердловині) ;

P3 – збільшення опору від сил тертя за рахунок сили тяжіння грунту природного своду рівноваги (відповідно з М.М. Протод’яконовим) ;

P4- збільшення опору від сил тертя за рахунок наявності на бурових штангах виступів за межі зовнішнього діаметра ;

P5 – опір від додаткових сил тертя в опорних реакціях ;

P6 – опір переміщенню бурових штанг у зоні занурення ;

P7 – опір на виході при переході від криволінійної ділянки (руху) до прямолінійної .

Розрахунок зусилля проходки пілотної свердловини виконують для двох випадків :

при наявності якісного бурового розчину, відсутності його фільтрації і при добре сформованій, стабільній пілотній свердловині ;

при фільтрації бурового розчину у свердловині і при обвалюванні грунту вздовж пілотної свердловини.

Лобовий опір бурінню розраховують за формулою

, (12.2)

де – сила буріння грунту, Н; -поточна довжина пілотної свердловини від точки забуріння до виходу пілотної свердловини із грунту ( =0…1,Ом),м; R – радіус кривизни пілотної свердловини, м; - умовний коефіцієнт тертя різця, що обертається в грунті, розраховують за формулою:

, (12.3)

де: – коефіцієнт тертя різця об грунт;

– діаметр бурової головки;

h – подача на оберт, що розраховується за формулою :

, (12.4)

де: – швидкість буріння, м/хв;

– кутова швидкість буріння, об/хв.

Силу буріння розраховують за формулою

, (12.5)

де: с – коефіцієнт зчеплення грунту, (Па);

m- ширина різця, м;

– глибина врізання (виліт різця), м;

- кут внутрішнього тертя рунту, ряд.

Опір від сил тертя бурових штанг у свердловині розраховують за формулою

, (12.6)

де: - погонна вага бурвих штанг за відрахуванням виштовхуючої сили бурового розчину, Н/м;

R - радіус кривизни бурового каналу, м;

- довжина пілотної свердловини, м;

- поточна довжина пілотної свердловини, м;

i - кути в радіанах (1рад=57,3°);

- умовний коефіцієнт тертя бурових штанг, що обертаються, об грунт, який зволожений буровим розчином.

, (12.7)

де: – зовнішній діаметр бурових штанг, м;

– коефіцієнт тертя штанг об грунт, який зволожений буровим розчином;

Погонну вагу штанг(за відрахуванням виштовхувальної сили бурового розчину) розраховують за формулою

, (12.8)

де: - питома вага матеріалу штанг, ;

- питома вага бурового розчину, ;

- товщина стінка штанг, м ;

Збільшення опору від сил тертя за рахунок сили тяжіння грунту природного своду рівноваги дорівнює

, (12.9)

де: - погонна вага грунту зони природного своду рівноваги

, (12.10)

де: q- коефіцієнт бокового тиску;

k- коефіцієнт висоти своду рівноваги (за М.М. Протод’яконовим) розраховують за формулами:

для сприятливих умов

(12.11)

для несприятливих умов

, (12.12)

де: - об’ємна вага грунту з урахуванням розпушення при його обваленні на бурові штанги

, (12.13)

де : - об’ємна вага грунту в природному стані, .

Збільшення опору від сил тертя за рахунок наявності на бурових штангах виступів

, (12.14)

де - погонна сила опору буртів грунту, утворених виступами.

при сприятливих

, (12.15)

де: - відстань між виступами на штанзі, м;

- питома вага вода, ;

- втрата тиску бурового розчину між штангами і стінкою свердловини на довжині виступу;

- втрата тиску бурового розчину між виступом і стінкою свердловини на довжині виступу.

,(12.16)

де – витрата бурового розчину, (характеристика уст.);

– довжина виступу на штанзі, м;

– зовнішній діаметр виступу на штанзі, м.

при несприятливих умовах

(12.17)

де: – пористість грунту у природному стані;

- прирощування пористості грунту при обваленні;

- напруження ущільнення грунту.

, (12.18)

де – площа вертикального перерізу грунтового бурту

, (12.19)

, (12.20)

Опір від додаткових сил тертя в опорних реакціях при русі по криволінійній ділянці дорівнює

, (12.21)

де - сила тертя штанг від опорних реакцій на криволінійних ділянках

, (12.22)

де - модуль пружності матеріалу штанг, (Па);

- плече опорних реакцій бурових штанг.

, (12.23)

Опір переміщенню бурвих штанг у зоні занурення розраховують за формулою

, (12.24)

де - сила змикання стінки свердловини при зануренні

, (12.25)

Руху при переході від криволінійного руху до прямолінійного розраховують за формулою

, (12.26)

Фактичне зусилля прокладки пілотної свердловини в реальних умовах буде знаходитися між мінімальним значенням, яке розраховане для сприятливих умов, і максимальним значенням, яке розраховане для несприятливих умов.

Пит. № 52