Введем обозначения комплексов постоянных параметров:
а1 = 18,4 · d · mл · mр · Fу,
а2 = 32,8 · d · mл · mр · Fу.
Тогда зависимость (4.16) и (4.17) примут вид, аналогичный (4.14):
Рс = а1 · f и Рэ = а2 · f.
Осевые нагрузки Рс рекомендованы для бурения пород повышенной абразивности и крепости, а Рэ – малоабразивных и ниже средней абразивности и крепости.
Бурение резанием теоретически наиболее изучено применительно к электросверлам, для которых И.Ф. Медведевым получена аналитическая формула стойкости резцов
(4.18)
где 
-
стойкость резца в единицах длины; Кп – коэффициент, учитывающий условия
очистки шпура; Δ – ширина площадки затупления; Ку – удельный объемный
износ твердого сплава; μ – коэффициент трения; Кги – коэффициент,
учитывающий влияние рассечки и расстояния между резцами.
В формуле (4.18) выражение в скобках представляет собой интегральный показатель работоспособности вооружения сверла, а h/Р – силовой градиент Jh.
Это подтверждает общий характер полученных зависимостей.
Применительно к долотам типа ДЗДШ общий методический подход к установлению рациональных режимов бурения остается прежним, но появляются особенности, которые должны быть учтены в экономико-математической модели бурового процесса. Долота ДЗДШ по сравнению с РД, имеющими постоянный контакт резцов с забоем, имеют по крайней мере в два раза больший ресурс вооружения и долота в целом, а также другие условия контакта элементов вооружения с забоем. Последнее определяет особые условия к величинам осевой нагрузки, обеспечивающей устойчивую работу ДЗДШ. Кроме того, требуют уточнения режимы пневматической и шнекопневматической очистки скважин от бурового шлама с учетом конструктивных и аэродинамических параметров ДЗДШ. К рассмотрению этих вопросов мы и переходим.
4.2. Определение режимных параметров, обеспечивающих
устойчивую работу долота с зубчато-дисковыми шарошками
На выбор режимов бурения ДЗДШ влияют их конструктивные и кинематические особенности, обусловливающие характерный механизм взаимодействия с забоем скважины. Для установления рациональных режимных параметров процесса бурения долотами типа ДЗДШ применим аналитический метод кинематических исследований, включающий в себя следующие стадии :
1. Распределение поверхности забоя скважины (в плане) на зоны разрушения породы, границы которых обусловлены конструкцией породоращрушающих элементов и кинематикой долота (рис. 4.6).
2. Определение в каждой зоне действия реактивных усилий на элементы вооружения со стороны породы, создающие моменты вращения зубчато-дисковых шарошек, противодействующие друг другу.
3. Решение уравнения моментов и определение режимных параметров, обеспечивающих устойчивую работу зубчато-дисковых шарошек и эффективное разрушение породы.
Работа ДЗДШ в забое при воздействии на него осевого усилия Рос теоретически может характеризоваться следующими режимами:
1. Устойчивый режим. Вращение зубчато-дисковых шарошек на осях (в опорах скольжения) происходит в режиме перекатывания вдоль по забою скважины, за счет зацепления зубьев с породой в периферийной зоне забоя. В этом случае моменты вращения, действующие на зубчато-дисковую шарошку (рис. 4.6), находятся в зависимости:
> 
,
(4.19)
где -
момент, вращающий зубчато-дисковую шарошку вокруг оси О
,
Н∙м; М
- момент вращения,
возникающий от сил трения и реакций, действующих на зубчато-дисковую шарошку в
процессе разрушения породы, Н∙м.
Рис. 4.6. Взаимодействие вооружения зубчато-дисковой шарошки с породой в забое скважины
2. Режим противокачения. Вращение зубчато-дисковых шарошек на осях происходит в режиме противокачения и проскальзывания, т. е. перекатывания вдоль центральной зоны (керна) снизу вверх за счет зацепления зубьев с породой в средней и центральной зонах забоя, а не стенок скважины. В этом случае моменты вращения, действующие на зубчато-дисковую шарошку, находятся в зависимости:
< .
(4.20)
Такой режим работы долота теоретически возможен, например, при увеличенном размере керна вследствие принятых уменьшенных диаметрах dш зубчато-дисковых шарошек, а также при бурении находящихся в центральной и средней зонах забоя скважины крутонаклонных или вертикальных включений породы с более высокой крепостью, чем в периферийной зоне скважины.
3. Блокированный режим. Зубчато-дисковые шарошки работают без вращения. В этом случае моменты вращения, действующие на зубчато-дисковую шарошку, равны:
. (4.21)
Блокированный режим работы зубчато-дисковых шарошек, например, возможен при их заклинивании, причиной которого может быть неэффективная очистка забойной зоны скважины от бурового шлама, попадание крупного галечника, большая обводненность скважины, снижающая силы сцепления элементов вооружения с породой.
Второй и третий режимы работы долота приводят к форсированному изнашиванию элементов вооружения на зубчато-дисковых шарошках, т.к. их перемещение из рабочей зоны забоя в нерабочую не происходит, и за счет постоянного контакта с породой (работой в режиме чистого резания), а также перегрева они быстро выходят из строя.
Следовательно, эффективное разрушение породы долотом ДЗДШ, а также обеспечение длительного срока службы вооружения, возможно лишь при работе зубчато-дисковых шарошек в устойчивом режиме, т.е. в режиме их перекатывания вдоль стенок скважины, по направлению действия Рос, при обеспечении условия, выраженного формулой (4.19). Для создания указанного режима работы зубчато-дисковых шарошек необходимы соответствующие рациональные режимные параметры, обусловленные конструкцией и кинематикой долота.
Рассмотрим работу долота с зубчато-дисковыми шарошками в каждой зоне забоя скважины, исходя из условия, что осевое усилие Рос, действующее на долото, распределяется равномерно на количество зубчато-дисковых шарошек β и количество зубьев N, находящихся в зоне разрушения породы в забое, (рис. 4.6).
Поскольку в зоне разрушения у каждой зубчато-дисковой шарошки теоретически одновременно находится 50 % зубьев, а 50 % - в зоне охлаждения (нерабочей зоне), то осевое усилие Р3, приходящееся на один зуб, равно:
, Н. (4.22)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.