3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ РЕЗАНИЕМ
Для проектирования и совершенствования технологии бурения взрывных скважин необходимо иметь уравнения, которые с достаточной степенью приближения описывают зависимости показателей работы буровых долот и станков от технологических факторов. Эти зависимости принято называть базовыми [35] а их совокупность - математической моделью работы средств бурения. Наиболее важными для решения производственно-технологических задач являются аналитические зависимости между результатами функционирования средств бурения и затратами ресурсов, которые в ряде работ получили название производственных функций [36]. Наибольшее количество исследований в рассматриваемом вопросе посвящено проходке глубоких нефтяных, газовых и разведочных скважин.
Условия и технология бурения взрывных скважин имеют свою специфику, более широкий набор разнообразных буровых инструментов (режущего, шарошечного и комбинированного типов), поэтому базовые зависимости и экономико-математические модели бурения имеют существенные особенности. При этом, как показывает практика, основой выявления базовых зависимостей и формирования математических моделей являются результаты производственного экспериментирования на действующих буровых станках, дополняемых известными стендовыми испытаниями долот.
Применительно к карьерам с помощью базовых зависимостей и экономико-математических моделей решаются следующие основные технологические задачи:
1. Выбор способа бурения, который сводится по существу к установлению области рационального применения долот режущего, шарошечного (дробяще-скалывающего) или комбинированного действия.
2. Установление рациональных режимов бурения и отработки долот.
3. Определение рациональных параметров и режимов работы буровых станков, их производительности и экономичности.
Все эти задачи взаимосвязаны. Сравнительная оценка и выбор наилучшей типомодели долота должны проводиться с учетом рациональных режимов их работы.
3.1. Скорость бурения и стойкость долот
ДЗДШ являются шарошечными долотами режущего типа. При этом кинематика взаимодействия вооружения ДЗДШ, как было отмечено, существенно отличается от обычных режущих долот со стационарными резцами и тем более от ШД классического типа. Поэтому выяснение особенностей изменения скорости бурения и производительности ДЗДШ имеет теоретическое и практическое значение для установления рациональной области их использования (в сравнении с другими видами долот), целесообразных режимов эксплуатации, оптимального времени пребывания долота на забое и решение целого ряда других технологических задач.
В процессе работы долота происходит износ его вооружения, который дважды влияет на общую скорость бурения (производительность): путем снижения скорости бурения вследствие затупления долота и путем увеличения потерь рабочего времени на вспомогательные машинные операции и замену долота. В связи с этим в качестве интегрального показателя эффективности работы долота используется рейсовая скорость, м⁄мин, которая учитывает не только время механического (чистого) бурения, но и время вспомогательных операций, и определяется выражением:
(3.1)
где 
p – проходка за один рейс долота, м;
Тр - общее время рейса, мин; Тδ – время механического
(чистого) бурения в рейсе, мин; Тв – время, затрачиваемое на
выполнение вспомогательных операций в течение одного рейса долота, мин.
Формула (3.1) выражает среднюю скорость бурения (общую с учетом Тв) за период отработки долота до допустимого износа. Текущее значение рейсовой скорости, м⁄мин выражается формулой:
(3.2)
где (t) – текущее значение проходки скважин
в рейсе, м; 
- текущее время чистого бурения, мин.
При анализе буровых процессов различают мгновенную V, начальную Vo, конечную Vk и среднюю Vср. скорости бурения.
Мгновенная скорость бурения, м⁄мин, характеризует интенсивность разрушения горной породы:
(3.3)
где d –
элемент проходки, м; dt –
время бурения элемента проходки, ч.
Проходка долота, м, за время tδ его работы:
(3.4)
Средняя механическая скорость бурения,
м⁄мин, за время чистого бурения:
(3.5)
Если затупляющееся долото отрабатывается полностью, то механическую скорость проходки, м⁄мин обычно определяют средним значением из отношения:
(3.6)
где k – полная проходка на долото, м; tk – время работы долота до затупления,
м.
Рейсовую скорость проходки в единицу общего времени бурения (механического и вспомогательного), м⁄мин, можно представить в виде:
(3.7)
Для определения по формуле (3.7) наилучшего значения скорости бурения Vр (а в последующем стоимости бурения) необходимо знать закономерность изменения механической скорости бурения V во времени в течение рейса. Установление этой закономерности является одной из важнейших задач экспериментальных и теоретических исследований процесса бурения. Единого мнения о законе изменения механической скорости бурения во времени из-за износа бурового инструмента пока не существует. Этому вопросу посвящено достаточно много исследований.
Применительно к затупляющимся долотам многие исследователи считают, что механическая скорость, м⁄мин, от начала к концу рейса изменяется по закону естественного износа, определяемого выражением:
(3.8)
где t – время чистого бурения, мин; Vo – начальная механическая скорость бурения, м/мин; к – коэффициент интенсивности падения скорости бурения во времени (логарифмический декремент затухания), характеризующий качество породоразрушающего инструмента и свойства породы при воздействии определенного режима бурения.
Предложено несколько разновидностей формулы (3.8). Согласно исследованиям В.В. Царицына [23] средняя скорость бурения резанием, м⁄мин, связана с текущей скоростью бурения выражением:
, м/мин, (3.9)
где α – относительная величина притупления лезвия, е – число Эйлера.
В работе [23] показано, что αпред .= 1, а значит Vср = 0,63V.
Ф.А. Шамшев и В.С. Федоров предложили экспериментальные зависимости вида:
(3.10)
(3.11)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.