Оптимальный вес инструмента, высота сбрасывания снаряда, число ударов, угол поворота долота

Вес бурового снаряда определяют исходя из значений относительного веса:

(50)

где q – относительный вес инструмент, н/см, D – диаметр долота, см.

Практикой ударно-канатного бурения установлены следующие оптимальные значения q, в н/см:

Породы мягкие…………………………………………………….. Породы средней твердости……………………………………….. Крепкие породы…………………………………………………… Очень крепкие породы ……………………………………………

150-300; 300-400; 400-500; 500-700

Относительный вес инструмента прямо пропорционален длине и диаметру долота.

Абсолютный вес (Н) рассчитывают по формуле:

(51)

где φ – коэффициент пропорциональности, φ = 0,004-0.001 Н/м³, L – длина бурового инструмента, м; D – диаметр долота, м.

Из формулы (51) следует, что в крепких породах необходимый вес бурового снаряда достигается лишь при достаточно больших диаметрах долота, поэтому в крепких и твердых породах необходимо бурить долотами диаметром более 250 мм.

Максимальную допустимую высоту падения снаряда S_mах определяют по формуле:

(52)

где [σ_сж] – допустимое напряжение материала инструмента на сжатие, МПа; в – ускорение падения снаряда в скважине, в ≈ 4,5-6,5 м/с².

Рекомендуются следующие величины высоты сбрасывания снаряда: при бурении пород мягкой и средней твердости – 0,5-0,8 м, твердых – 0,9-1,0 м; очень твердых – 1,1-1,2 м и трещиноватых – 0,9 м.

Между числом ударов и высотой падения бурового снаряда существует следующее соотношение:

(53)

где n – число ударов в 1 мин, S – высота сбрасывания снаряда, м.

На практике частота ударов в минуту при бурении в мягких породах равна 58-60, в породах средней твердости – 50-53, твердых – 48-50 и трещиноватых – 50-53.

При небольшой глубине скважины (менее 100 м) используется приближенная зависимость:

(54)

После каждого удара долото необходимо поворачивать на некоторый угол β, чтобы повторный удар производился с максимальной эффективностью.

При ударно-канатном бурении невозможно фиксировать угол поворота долота, поэтому при последующих ударах лезвие долота может попадать в ранее уже разрушенную породу, что снижает производительность бурения. При рационально подобранном угле поворота долота имеет место не только раздавливание (смятие) породы, но и ее скалывание по некоторому сектору О'АВ и О"DC (рис 12).

Рис. 12. Угол поворота долота р при ударно-канатном бурении

Размеры секторов могут быть тем больше, чем выше хрупкость породы и чем глубже в породу проникает лезвие долота.

Чтобы определить рациональный угол поворота долота, необходимо знать:

◊ скалывающую силу, возникающую при внедрении лезвия долота в породу;

◊ сопротивление породы скалыванию.

Число ударов за полный оборот долота определяют из выражения

(55)

Заметим, что число поворотов долота т соответствует числу ударов долота п за полный оборот долота. При ударно-канатном бурении невозможно устанавливать постоянный и оптимальный угол поворота долота, так как он определяется длиной и упругостью каната, высотой сбрасывания долота, шламовым режимом и т.д., поэтому в практике необходимо увеличивать число ударов долота п для полной обработки забоя. Чем больше диаметр долота и чем крепче порода, тем больше число ударов требуется для обработки забоя.

Затраты мощности на процесс ударно-канатного бурения могут быть определены по формуле:

(56)

где Q₁ – вес бурового снаряда, кг; К₁ = 1,4 – коэффициент дополнительных сопротивлений при долблении; К₂= 1,10÷1,25 – коэффициент динамичности; η = 0,7÷0,8 – КПД передачи от вала двигателя; V_ср – средняя скорость движения оттяжного ролика, м/с.

Дата добавления: 2014-01-07