24. Вплив осьового навантаження на механічну швидкість буріння

Руйнування гірської породи на вибої механічним способом неможливе без створення осьового навантаження на долото.

Рисунок 24.1– Вплив навантаження на

Долото на механічну швидкість проходки

Область I (ділянка ОА) характеризується тим, що швидкість збільшується пропорційно збільшенню осьового навантаження. В цій області питоме навантаження (контактний тиск) менше, ніж границя втоми гірської породи, тому процес руйнування носить поверхневий характер (стирання, абразивний знос, мікросколювання, зім’яття і зсув окремих нерівностей). При цьому утворюється дрібний шлам розміром частинок від порохоподібних до міліметрів. Ця область називається областю поверхневого руйнування.

В області II (ділянка АВ) механічна швидкість збільшується з ростом осьового навантаження, але в даному випадку механічна швидкість росте швидше, ніж збільшується створюване осьове навантаження. Питоме навантаження при цьому менше, ніж твердість породи і недостатнє для її виколювання при однократному ударі. При багатократних ударах виникають втомлюючі мікротріщини, які розвиваються при кожному новому ударі і призводять до руйнування породи. Таким чином, руйнування породи носить об’ємний характер і відбувається внаслідок втомлюючих явищ. Область II умовно називають областю втомлюючого руйнування.

В області III (ділянка ВС) відбувається об’ємне руйнування породи, тому вона руйнується при кожному ударі зуба долота в породу. Питомі енергозатрати на руйнування менші, ніж у двох попередніх областях. Ця область має назву області об’ємного руйнування.

Характер залежності між механічною швидкістю буріння і навантаженням суттєво зміниться, якщо очищення вибою стає недостатнім і на ньому (вибої) накопичуються раніше зруйновані частинки, які не встигли винестися на поверхню (область IV, ділянка СД). Цю зону називають зоною недостатнього очищення вибою.

Якщо в точці С збільшити витрату промив. рідини (Q₂>Q₁), то лінійна залежність (ВС) може продовжуватись до точки Е (СЕ), бо покращуються умови очищення вибою, але з часом знову ж наступить відхилення від лінійного закону, аналогічно попередньому (ділянка ЕF).

25. Вплив частоти обертання долота на механічну швидкість буріння

При збільшенні швидкості обертання долота, при незмінних осьовому навантаженню, секундній витраті промивальної рідини, її властивостей та інших рівнозначних умовах, зростають кількість пошкоджень вибою зубцями шарошок в одиницю часу, швидкість ударів зубців об породу, внаслідок чого збільшується механічна швидкість проходки (рисунок 25.1).

В І обл. зростання мех. шв-ті буріння відбувається тому, що збільшується шв-ть ударів зубців долота об породу, збільшується динамічна складова навантаження.

В ІІ обл. зниження мех. шв-ті можна пояснити наступним:

1) із зростанням частоти обертання скорочується тривалість контакту зуба з породою, внслідок збільшення частоти тривалість контакту може бути недостатньою для реалізації підведеної енергії;

2) для видалення подрібненої або сколеної породи необхідний визначений мінімальний час. Якщо частота обертання долота велика, то часу з моменту дії зуба однієї шарошки до моменту дії зуба іншої шарошки з даною поверхнею вибою може бути недостатньо для видалення породи, зруйнованої попереднім зубом, і наступний зуб повторно подрібнює залишений шлам.

З ростом частоти обертання збільшується знос зубців шарошок, що призводить до зменшення контактного тиску зубців на породу.