Теория рабочего процесса бурильных машин Опорные слова и термины

Сила удара, осевое усилие, число ударов пневмоударника, зависимый механизм поворота, геликоидальный стержень, поршень-ударник, шарошечное долото, шарошка, частота вращения инструмента, критическая частота вращения шнека, теоретическая и техническая скорость бурения.

Ударное и ударно-вращательное бурение

Основой ударного и ударно-вращательного бурения является способность пород сопротивляться ударным (динамическим) нагрузкам меньше, чем статическим. Наиболее эффективны эти виды разрушения в породах крепостью f > 8. Схема приложения сил при ударном бурении представлена на рис. 3.1.

Разрушение происходит под действием силы удара Ру, которая должна преодолевать силы сопротивления разрушению:

Fт - силы трения лезвия коронки о породу,

Fт = μ1 N,

N - нормальной составляющей силы воздействия боковой поверхности лезвия,

N = σсж d h / (cos α/2)

Т – горизонтальной составляющей силы разрушения,

Т = N (cos α/2) (1)

или Т = Sо σск. (2) Сила удара Ру определяется

Ру = 2 d h σсж (tg α/2 + μ1)КЗ, (3) где d – диаметр коронки,

h – глубина внедрения коронки в породу под действием удара, α – угол заострения инструмента,

σск – предел прочности породы скалыванию,

σсж – предел прочности породы при одноосном сжатии, μ1 - коэффициент трения породы о металл,

Sо – площадь забоя скважины или шпура, разрушаемая за один удар, КЗ - коэффициент затупления коронки.

Рис. 3.1. Схема сил, действующих на долотчатую коронку при ударном бурении

После преобразований получим

h = Ру / (2 d σсж (tg α/2 + μ1)КЗ).

Для разрушения всей площади скважины необходимо Zочисло ударов. Zо= π d / 4 Sо или Zо = (π d2 (tg α/2 + μ1)КЗ σск) / 2 Ру.

Необходимая частота вращения инструмента определяется

n = Z / Zо

где Z – частота ударов пневмоударника.

Теоретическая скорость бурения определяется

vб = h n = 2 Ру h Z / (π d2 (tg α/2 + μ1)КЗσск) = 4АZ /(π d2 (tg α/2 + μ1)КЗ σск) где А – работа единичного удара, А = 0,5 Руh

В инженерных расчетах пользуются технической скоростью бурения,которая определяется по эмпирической формуле

vбт= 6 АZ / (102 К1 ПбD2 Кф),

где К1 - коэффициент, зависящий от показателя буримости Пб, D – диаметр коронки, Кф

- коэффициент, зависящий от формы коронки.