книги из ГПНТБ / Царицын В.В. Бурение шарошечными долотами

работают менее эффективно, чем долота типа С (1В12С и др.) и М (1В12МЛ). Это указывает на то, что долота типа Т, созданные для бурения крепких пород восточ­ ных районов страны (Татария, Башкирия), не соответ-

к>

й 5- <0

ж

Рис. 17. Проходка за долбление при бурении долотами но­ мер 12 разных типов на Долинской площади в интервале:

а — 0 — 1500 м (Воротыщенская серия); б — 1800—2200.« (Воротыщенская серия); в — 0 — 2000 м (Поляницкая серия); г — 1700 — 2200 м (Поляницкая серия); д — 0 — 1500 м (Менилитовая серия надвига);

е — 1700 — 2800 м (Менилитовая серия); ж — 2300 — 3200 м (Мени­ литовая серия).

30

ствуют крепости пород нефтегазовых месторождений западных областей Украины, поэтому для основной части пород геологического разреза Долинского (Битковского и др.) нефтяного месторождения более эф­ фективным будет применение долот типа М, С, и СТ.

РАБОТА УДАРА ЗУБА

Эффективность работы шарошечного долота опреде­ ляется энергией, прикладываемой к породе при

Рис. 18. Схема к определению работы удара зуба шарошки.

каждом ударе зуба. Работа ѵдара зуба шарошки опре­ деляется из условий потенциальной возможности при перекатывании ее по абсолютно твердой породе (рис. 18).

31:

Амплитуда качения долота S вдоль оси определяется следующим выражением:

следовательно, и объем разрушения горной породы увели­ чиваются с увеличением осевого усилия, радиуса шарош­ ки и уменьшением количества зубьев. Для расчетов ра­ диус шарошки г' следует принимать равным 2/3г, так как (рис. 19) площадь забоя скважины может быть

32

представлена как сумма элементарных треугольников. При этом условии среднее значение г' будет равно

мени;

z0 — количество зубьев венца, отстоящего от центра скважины на расстоянии 2/3г или x/sd.

СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ

Г*1ри объяснении процесса бурения в качестве исход- ' 'ного положения следует принять, что объем раз­ рушаемой породы при внедрении лезвия в массив больше объема внедренной части лезвия, так как:

1) при ударном характере нагрузки в месте кон­ такта инструмента с горной породой образуются микротрещины, способствующие понижению сопротив­ ляемости породы;

2) в результате внедрения лезвия порода может скалываться у краев углубления, где у металлов при

состоянии (рис. 20). Выделим в цилиндре некоторый малый элемент, который ограничен двумя концентриче­ скими дугами, отстоящими от оси на расстоянии х и друг от друга — на dx. С боков этот элемент ограничим двумя радиальными плоскостями, образующими между собой угол а, выраженный в радианах. Обозначим

34

диаметр образца через d, высоту — через h, коэффи­ циент трения между образцом и давящим телом (ин­ струментом) — через /0, среднее удельное напряжение, перпендикулярное плоскостям,— через alt о2 и а3 и приращение среднего удельного напряжения с увели­ чением расстояния от оси цилиндра — через do2. Спро­ ектируем все силы на ось сегмента

a2xah — (о2 -j- da2) (х + dx) ah -f- 2a3 sin у hdx —

— 2ajxadx = 0.

Так как a бесконечно мало, то sin —^ —. Кроме

того, принимая a3 = о2 ввиду уравновешенности между собой в одной плоскости, получим

—da2xah — da2dxah — 2?Jxadx = 0.

Приравнивая произведение da2dxah к нулю ввиду ма­ лости второго порядка, получим

da2xah — —2oJxadx,

грузки тело переходит из состояния упругости в со­ стояние пластичности и после этого разрушается. По­ этому пользуемся уравнением пластичности ах — а2 =pas, где os— предел текучести.

При симметричной деформации относительно оси цилиндра р = 1, а следовательно,

°1 = °5 ~Ь °2-

Подетавляя последнее в уравнение (9), получим

После интегрирования будем иметь

ln (os -[- з2) = —2f-j^ -|- с,

или

Постоянную интегрирования с определяем из усло­ вия, что на боковой поверхности цилиндра при х — ~

напряжение а2 = 0

/А

с = ase h .

Подставляя последнее в уравнение (10), получим

Подставим значение а2 из уравнения (11) в урав­ нение пластичности, тогда

36

Таким образом, а следовательно, и среднее на­ пряжение образца, зажатого со всех сторон (в массиве), увеличивается в 2 раза по сравнению с одноосным сжатием а1ш

ФОРМА ПРОФИЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ОДИНОЧНОМ УДАРЕ

[Интенсивность напряжений в массиве при сосредо- ' 'точенной силе распределяется по сферическим по­ верхностям (рис. 21), которые в плоскости соответст­ вуют линиям постоянных касательных напряжений. Считая, что наименьшая площадь, ограниченная кривой, находится в пластическом состоянии, можем в данном случае провести аналогию с цилиндрическим образцом, зажатым со всех сторон.

Ввиду сосредоточенности силы d = 0 показатель степени в уравнении (15) примет вид 2fx .

37

По Буссинеску, величина перемещения исследуемой точки, например точки М, определяется по формуле

Будем рассматривать перемещение в месте прило­ жения силы к массиву породы и считать координаты связан­

Для полупространства

R — VXI + у\ + z \ .

Здесь уг = 0. Принимая zx — 0, чтобы проекция деформации массива на плоскость XOY не­ подвижных осей координат была

равна ее действительной величине, получим

Подставляем значение X из приведенного уравнения в уравнение (15), приняв предварительно d = 0 и X= е/і,

38

Вследствие отсутствия на поверхности объемных сил перемещение поверхности прямо пропорционально напряжению, поэтому форму кривой поверхности раз­ рушения определяем из следующего уравнения:

При бурении в массиве горной породы будем счи­ тать, что внедряется сплошное лезвие длиной, равной диаметру скважины. Этому условию соответствует одно­ временное внедрение лезвий двух шарошек.

В общем при количестве шарошек т в долоте ко­ личество лезвий п, одновременно участвующих в раз­ рушении горной породы, будет

Процесс внедрения лезвия в массив горной породы характеризуется проявлением упругой и остаточной деформации горной породы. Наряду с этим будет про­ исходить и процесс разрушения породы вследствие сосредоточенности усилия и концентрации напряжений. В момент внедрения острия в массив удар его будет происходить с одновременным перекатыванием зуба

39