
- •Тема 3. Породоразрушающие инструменты
- •3.1. Назначение породоразрушающих инструментов и требования к ним
- •3.2. Функциональные системы породоразрушающих инструментов.
- •Типы и классы вооружения долот
- •3.3. Параметры режима и показатели работы долот
- •3.4. Критерии оптимизации выбора и режима работы долот
- •3.5. Долота режуще-скалывающего действия (лопастные долота)
- •3.6. Долота истирающе-режущего действия с твердосплавным вооружением. Одношарошечные долота
- •3.7. Долота, оснащенные алмазно-твердосплавными пластинками (атп)
- •3.8. Долота, оснащенные натуральными
- •3.9. Устройство шарошечного долота и материалы для его изготовления
- •Присоединительные замковые резьбы долот
- •3.10. Размещение вооружения на шарошках
- •3.11. Обеспечение дробящей и скалывающей способности шарошек
- •3.12. Вооружение шарошек долот первого класса
- •3.13. Вооружение шарошечных долот второго класса
- •3.14. Системы промывки (очистки) забоя и вооружения от шлама
- •3.15. Опоры шарошек и автономная система их смазки
- •3.16. Условные обозначения (шифры) шарошечных долот
- •3.17. Разрушение горных пород породоразрушающими инструментами
3.17. Разрушение горных пород породоразрушающими инструментами
Нагружение породоразрушающего инструмента осевой нагрузкой для создания под его вооружением разрушающих напряжений обеспечивает разрушение породы на некоторую глубину, которую удобно оценивать величиной проходки hо в зависимости от величины осевой нагрузки G.
Л. А. Шрейнер по зависимости hо от G выделил три основных вида разрушения породы, которые на рис. 3.23,а обозначены соответственно I, II и III.
Вид I. Интенсивность разрушения горной породы прямо пропорциональна G и весьма мала. Скважина образуется в результате истирания породы. Такой вид разрушения назван поверхностным истиранием.
Вид II. Прямая пропорциональность в зависимости hо от G нарушается из-за развития усталостных явлений при многократных воздействиях инструмента.
Этот вид разрушения назван усталостным.
Вид III. Осевая нагрузка обеспечивает достижение в породе разрушающих напряжений. Интенсивность разрушения по мере дальнейшего увеличения G быстро растет, а затем темп ее роста замедляется. Такой вид разрушения породы назван объемным.
Рис. 3.23. Зависимости интенсивности разрушения горной породы от осевой нагрузки
Детальное изучение объемного разрушения породы показало, что этот вид можно разделить на ряд областей в соответствии с последовательными скачками разрушения (рис. 3.23,б). Если рассматривать единичные воздействия инструмента на породу, то первыми двумя видами разрушения можно пренебречь из-за их незначительности. При достижении нагрузки первого скачка разрушения начинает формироваться первая область разрушения, а при достижении нагрузки второго скачка – вторая область и т.д. На границе между областями интенсивность разрушения возрастает скачком. Чем выше достижимая область разрушения данным инструментом, тем более высокую механическую скорость она обеспечивает. Этот факт используется при расчете диапазона нагрузки на долото при проектировании режима бурения. Расчеты показывают, что в пределах допустимой осевой нагрузки на долото в твердых и крепких горных породах долота обеспечивают первую и вторую области, в породах средней твердости – вторую и третью области, а в мягких породах – третью и выше области разрушения.
Сопротивление горных пород разрушению растет не только с изменением их твердости, но и с увеличением глубины залегания и давления бурового раствора в скважине. Первое явление связано с ростом величины всестороннего сжатия породы под действием горного давления. Второе явление связано с дифференциальным давлением рдиф, действующим на забой:
рдиф = рс – рп, (3.11)
где рс – давление бурового раствора на забой скважины; рп – пластовое давление. Характер влияния рдиф на относительную механическую скорость бурения vмо показан на рис. 3.24.
Рис.
3.24. Влияние дифференциального давления
на механическую скорость бурения