9. Влияние осевой нагрузки па долото на процесс и показатели бурения.
Разрушение горной породы на забое механическим способом невозможна без создания осевой нагрузки на долото. На Рис показана зависимость механической скорости бурения Vм от осевой нагрузки G на трёхшарошечное долото при проходке мягких (кривая 1), средней твёрдости (кривая 2), твёрдых (кривая 3) и крепких (кривая 4) пород при неизменной низкой (до 60 об/мин) частоте вращения и достаточной промывке за такой короткий промежуток времени, когда изнашиванием долота можно пренебречь.
Как видно из рисунка,
механическая скорость непрерывно
возрастает с увеличением осевой нагрузки,
но темп её роста для мягких пород более
быстрый, так как больше глубина погружения
зубьев при одинаковой нагрузке. И на
стенде, и в промысловых условиях
наблюдается изменение темпа роста Vм
от G
при переходе от разрушения пород
истиранием при небольшой осевой нагрузке
к разрушению пород в усталостной и
объёмной областях при больших нагрузках.
где А, В – эмперические коэффиценты,
где Gуд
- относительное
контактное давление
Рш- твердость по штампу
Вид I. Скорость разрушения горной породы прямо пропорциональна С и весьма мала. Скважина образуется вследствие истирания горной породы. Такой вид разрушения горной породы называется поверхностным истиранием.
Вид II. Прямая пропорциональность между скоростью разрушения горной породы и осевой нагрузкой на долото нарушается. Это связано с развитием усталостных явлений при многократных воздействиях породоразрушающего инструмента. Такой вид разрушения горной породы называется усталостным.
Вид III. Напряженное состояние в горной породе достигает такой величины, что обеспечивается выкол породы при каждом воздействии элементов вооружения инструмента. Скорость разрушения горной породы и соответственно механическая скорость бурения вначале быстро возрастают, а затем темп роста снижается. Такой вид разрушения горной породы называется объемным.
Если скорость вращения долота неизменна и обеспечивается достаточная чистота забоя, величина углубления за один оборот у возрастает с увеличением удельной осевой нагрузки Руд так, как это показано на рис. 2 (кривая ОАВС). При весьма малой нагрузке напряжение на площадке контакта зуба шарошки с породой меньше предела усталости последней; поэтому при вдавливании происходит лишь упругая деформация породы (участок ОА). Разрушение же породы в этой зоне, которую обычно называют областью поверхностного разрушения, может происходить путём истирания и, возможно, микроскалывания шероховатостей поверхности при проскальзывании зубка.
Если нагрузка более высокая (участок АВ), то давление на площадки контакта зубка с забоем превышает предел усталости, но меньше предела прочности породы. Поэтому при первом ударе зубка по данной площадке происходит деформация породы, возможно , образуются начальные микротрещины, но разрушения ещё не происходит. При повторных ударах зубков по той же площадке начальные микротрещины развиваются вглубь до тех пор, пока при очередном ударе не произойдёт выкол. Чем больше действующая на зубок сила, тем меньше ударов требуется для разрушения. Эту зону называют областью объёмно – усталостного разрушения