Продуктів руйнування

Точка А пе­ре­ти­­­ну кривих на рис. 9.1 відповідає розміру час­тин 0,5 ÷1,0 мм.

В зв’язку з цим Шрейнер Л.А. показав, що у випадку використання закону подібності потрібно враховувати масштабний фактор, тобто необхідно враховувати збільшення міцності тіла при зменшенні його лінійних розмірів.

Роботу руйнування одиниці об’єму за законом Кірпічова можна представити так:

(9.4)

де – міцність на стиск при певних лінійних розмірах тіла, що подрібнюється.

Зміну із зміною лінійних розмірів тіла Шрейнер Л.А. представляє у виді:

(9.5)

де а – постійний коефіцієнт;

l – лінійні розміри тіла;

_ст – міцність на стиск відносно великих зразків, коли масштабним фактором можна знехтувати.

Підставивши у вираз (9.4) замість його значення з виразу (9.5), отримаємо:

(9.6)

Сформульований таким чином закон подібності більше відповідає процесу механічного подрібнення. За формулою (9.6) можна визначити величину роботи руйнування одиниці об’єму при подрібненні для відомих початкових розмірів частин.

За розмірами частин, що утворилися при бурінні свердловин, можна робити висновки про ефективність руйнування порід різним прородоруйнівним інструментом при різних режимах його роботи. Так, якщо під час буріння в продуктах руйнування переважає дрібна фракція, то, очевидно, з енергетичної точки зору процес руйнування малоефективний, оскільки в цьому випадку багато енергії витрачається на утворення нової поверхні, яка в продуктах руйнування буде дуже великою. Дрібні фракції продуктів руйнування гірських порід в процесі буріння створюють додаткові труднощі, забруднюючи промивальні рідини і змінюючи їх властивості.

Повністю уникнути отримання дрібних і дуже дрібних фракцій при бурінні не можна, так як їх утворення є закономірним наслідком самого процесу руйнування гірських порід. Однак, з енергетичної точки зору при виборі типу продоруйнівного інструменту і режиму його роботи потрібно намагатися, щоб частка дрібних фракцій в продуктах руйнування була якнайменшою.

10 Закономірності руйнування і показники механічних властивостей гірських порід при втискуванні

10.1 Основні схеми взаємодії елементів озброєння

долота з породою

За принципом взаємодії з гірською породою усі механічні породоруйнуючі інструменти для буріння свердловин можна розділити на три класи: ріжуче-сколююючі, дроблячі і дробляче-сколюючі.

Схема взаємодії ріжуче-сколюючого інструменту з гірською породою показана на рис. 10.1, а .Зі схеми видно, що притиснутий до вибою з силою P_z елемент озброєння долота зрізує (сколює) породу, переміщуючись зі швидкістю V_ .За цією схемою основними характеристиками умов руйнування породи є: швидкість руху V_, сили P_z і P_ і властивості породи.

З

а – різання-сколювання; б – дроблення; в – дроблення-сколювання

Рисунок 10.1 − Схеми взаємодії елементів озброєння доліт

з гірською породою

а другою схемою (рис. 10.1, б) долото дроблячої дії здійснює прямі удари по поверхні вибою свердловини. Динамічний процес руйнування описується двома рівняннями – кінетичної енергії T_к інструменту і потенціальної енергії деформування породи U :

(10.1)

, (10.2)

де m – маса долота і ударної штанги;

V₀ – швидкість в момент удару долота по породі;

_max – максимальна глибина занурення породоруйнуючого елемента долота в породу;

P_z() – опір гірської породи проникненню долота.

Умова T_к =U є основною при аналізі ударної взаємодії інструменту з породою.

Найскладнішою є третя схема (рис. 10.1, в) взаємодії елементів озброєння доліт дробляче-сколюючої дії. Зуб долота, що взаємодіє в певний момент з породою, втискується в неї із зусиллям P_z і одночасно приймає участь в обумовленому кінематикою долота ковзанні зі швидкістю V_ і обертанні з кутовою швидкістю .

В це же час сусідній зуб рухається до поверхні породи зі швидкістю V_у і ударяється об поверхню породи

, (10.3)

де (r – відстань від вершини зуба до миттєвого центра обертання шарошки) .

В наступний момент часу навантаження перерозподіляється з першого зуба на другий, і перший зуб виходить з контакту з породою. Таким чином, кожен елемент озброєння долота періодично наносить по породі складні дробляче-сколюючі удари.