Особенности перфораторного бурения

При ударно-вращательном бурении поворот инструмента осуществляется специальным механизмом – вращателем. При ударном бурении (на перфораторах) применяется зависимый механизм поворота – при обратном ходе поршня.

При этом энергия единичного удара поршня-ударника перфоратора составит А = LпCп(Pос.р± ΔP) = LпCп (Pос.р ± mп sin (α + φ))

где Lп- конструктивная длина хода поршня, м Cп - коэффициент уменьшения хода поршня

Pос.р – усилие перемещения поршня при рабочем ходе (зависит от давления воздуха и диаметра поршня), Н

mп - масса поршня, кг

α - угол бурения, " + " – принимаем при бурении нисходящих скважин, " - " – при бурении восстающих

φ - угол трения в направляющих.

Теоретическая мощность перфоратора определяется

Nп= A Z

Давление воздуха в системе не должно превышать 0,8 МПа, так как при более высоком давлении происходит разрушение металла. При частоте ударов более 500 с-1резко возрастает вибрация и силы отдачи.

Крутящий момент для поворота бура определяется

Mкр = 0,5 Pос.оd1(tg β – μг) η, Н·м где Pос.о- усилие перемещения поршня при обратном ходе

d1 - диаметр геликоидального стержня

β - угол подъема винтовой линии геликоидального стержня μг - коэффициент трения в геликоидальной паре

η - к.п.д. механизма поворота бура, для зависимого механизма поворота η = 0,65 – 0,7

Шарошечное бурение

Разрушение породы при шарошечном бурении происходит при перекатывании зубьев шарошек по забою, т.е. от ударной нагрузки. В разрушении участвуют также значительные осевые нагрузки и крутящий момент. Схема приложения сил при разрушении приведена на рисунке 3.2.

Ро – осевая нагрузка на долото

h - глубина внедрения зуба шарошки Dш - диаметр шарошки

α - угол заострения зуба

φ - угол скалывания породы.

Также как и при ударном бурении глубина внедрения зуба инструмента определяется h = 2Ро / Z(2 D σб.м (tg α/2 + μ1)КЗ),

Также как и при ударном бурении глубина внедрения зуба инструмента определяется h = 2Ро / Z(2 D σб.м (tg α/2 + μ1)КЗ),

Рис. 3.2. Схема сил, действующих на зубья шарошечного долота

а теоретическая скорость бурения будет

vб = Кск h nв Z = 2 Ро Кскnв / (π D2(tg α/2 + μ1)КЗ σб.м)

где Кск – коэффициент, учитывающий неполное скалывание породы между зубьями Z - число шарошек

Ро - осевое усилие D - диаметр долота

σб.м - предел прочности породы при механическом бурении nв - частота вращения инструмента.

Для инженерных расчетов используют понятие технической скорости бурения

vбт= 3Ро nв / (107ПбD2),

где D - диаметр долота, мDhω Ро - осевое усилие, Н

nв - частота вращения инструмента, мин-1.