Методики выбора ПРИ: твердосплавного, алмазного; выбор долот; классификация горных пород по формациям для геологоразведочного бурения (ВИТР, МПР).

Методика Б.И. Воздвиженского. Критерии выбора твердосплавной коронки (учебник Воздвиженского стр. 220-222, методическое пособие стр. 20-22):

1) категория горных пород по буримости

2) абразивность

3) трещиноватость

Выбор ПРИпри алмазном бурении (справочник Козловского 1 том, стр. 248-252). Критерии выбора:

1) категория по буримости

2) абразивность

3) трещиноватость

4) р_м = 3 • F_д^{0, 8} • К_а Выбор долот по методу ВНИИБ'Г (стр. 248-252). Метод основан на классификационной таблице соответствия парных твердости и абразивности пород типам шарошечных долот. Реперные долота - долота, дающие наилучшие показатели по стоимости метра бурения.

Па пересечении средневзвешенной категории твердости и абразивности ставим ножку циркуля и крутим окружность до пересечения с точкой реперного долота, которое и будет выбранным. По Калинину и другим руководство. Классификация горных пород по формациям для геологоразведочного бурения по ВИТР, 2002, Санкт-Петербург. Критерии

1) твердость пород

2) абразивность

3) зернистость

4) трещиноватость

5) нарушенность пород

6) способность заполировыватьалмазныйинструмет

Зернистость - совокупность расположения, размепзерен. Нарушенность - раличные виды дислокаций, разломов в породе. Способность к заполированию: филлиты, железистые кварциты. Классификация состоит из 8 формаций, каждой из которых соответствует код:

1 и 2 - мягкие и средней твердости перемежающиеся породы, применяется твердосплавный ПРИ; 3, 4, 5, 6, 7, 8 - различной твердости, абразивности, трещиноватости, применяется алмазный инструмент.

Тема 5

Разрушение горных пород при ударном бурении

Ударное бурение — древнейший способ разрушения горных пород. В настоящее время в практике распространено ударно-канатное бу­рение, при котором углубление скважины происходит вследствие ударного воздействия на породу забоя падающего инструмента.

Для придания скважине круглой формы долото необходимо поворачивать на некоторый угол |3 после каждого удара о забой. В момент удара долота о породу канат ослабляется и скручивается за счет его упругих свойств при проворачивании втулки в корпусе канатного замка. Во время подъема инструмента над забоем канат растягивается и раскручивается при поворачивании бурового снаряда.

В упруго-хрупких породах разрушение происходит в режиме раздавливания и смятия породы, однако значительный объем породы разрушается в результате деформаций скалывания. Предел прочности на скалывание составляет 1/10—1/25 от величины прочности породы на раздавливание.

В пластичных породах деформаций скалывания не возникает и порода как бы влипает в контуры забоя.

Сопротивление горных пород при ударном бурении следует характеризовать динами­ческой твердостью, т. е. прочностью на вдавливание при ударном приложении внешних сил.

По данным Л. А. Шрейнера, имеется весьма существенная разница между динамическим и статическим сопротивлениями вдавливанию цилиндрического пуансона в скальные горные породы.

 

 

Твердость различных пород

Горная порода	Твердость, МПа
статическая	динамическая
Кварцит
Габбро-норит
Известняк

Из таблицы видно, что статическая твердость примерно в 8—9 раз больше динамической, поэтому ударное долото значительно легче внедряется в твердую породу по сравнению с долотом вращательного типа, к которому в основном прилагается статическая нагрузка.

При ударном бурении поверхность забоя шероховатая. Вследствие этого сопротивление вдавливанию даже в однородной породе является величиной переменной и определяется расположением данной насечки (от удара долота) относительно соседней. Роль трения при ударном бурении во много раз меньше, чем при вращательном.

Долото при падении на забой совершает полезную работу, однако его энергия расходуется также на трение о стенки скважины, преодоление сопротивления жидкости, дробление уже отделенных от массива и находящихся на забое частиц, деформацию бурового снаряда.

 

Конечная скорость свободного падения ударного инструмента v определяется по формуле

 

где S— высота падения инструмента, м; b— ускорение падения инструмента в скважине, м/с².

Конечная скорость свободного падения бурового снаряда зависит от высоты его падения Sи ускорения падающего снаряда bв скважине, заполненной жидкостью и породным шламом. При начальном положении Uo = 0.

Величина Ь зависит от прямолинейности ствола и состояния его стенок, а также от плотности зашламованной жидкости в призабойной части. При бурении в мягких породах глинистого состава ускорение bможет снижаться до 3, 5—5 м/с², а в крепких — равно 6—6, 5 м/с².

Большая плотность зашламованной жидкости в скважине снижает скорость падения бурового снаряда на забой, поэтому в процессе долбления в скважину периодически подливается вода, а шламовая жидкость извлекается желонкой. При внедрении рабочего лезвия долота, имеющего форму двустороннего клина, в скальную породу непосредственно под ним происходит раздавливание породы в тонкий порошок и скалывание породы в сторону от щек долота. При внедрении клинообразного лезвия в пластичную породу происходит смятие, уплотнение и выдавливание породы у щек лезвия долота.

Для простоты рассмотрения процесса разрушения пород при ударном бурении введем следующее допущение: скважина является вертикальной, и долото при падении не касается стенок, а лезвие его не затуплено; долото ударяется о совершенно чистый забой.

Пусть под действием силы удара Р долото внедряется в породу на глубину Л. При этом долото преодолевает сопротивление породы раздавливанию (смятию) V (реакция со стороны породы на долото) и силу трения W щек лезвия долота о забой.

 

Следовательно,

 

Из рисунка следует, что реакцию породы раздавливанию V

определяют из выражения

 

где h— глубина внедрения долота, м; D— длина лезвия долота, м; о — сопротивление породы раздавливанию при ударе, МПа; а —угол приострения лезвия, град.

 

Равнодействующую сил трения Wi определяют по соотношению

Где f—коэффициенттрения лезвия долота о породу колеблется в

пределах от 0, 15 до 0, 4; для известняков f = 0, 2 - 0, 3, песчаников f = 0, 25 - 0, 35, многих изверженных пород f = 0, 28 - 0, 4.

Подставляя в формулу выражения V и Wполучим величину силы удара о забой:

 

Из формулы следует, что глубина внедрения долота в породу равна

 

Введем в формулу коэффициенты Ki и К₂, которые учитывают реальные условия работы долота на забое:

где K₁ — коэффициент, учитывающий влияние длины и формы лезвия долота (для плоского долота K₁ = 1, 0; для долот с более сложной конфигурацией лезвия К₁ = 0, 7—0, 75; К₂ — коэффициент, учитывающий степень притупления лезвия долота К₂ = 0, 6—0, 7.

 

Полученная формула глубины внедрения долота в породу позволяет сделать ряд важных выводов:

• с увеличением силы удара увеличивается глубина внедрения долота в породу h;

• увеличение диаметра долота при прочих равных условиях снижает h;

• увеличение угла а и коэффициента трения fснижает h.

Формула выведена при условии целого рада допущений:

• сила удара Рраспределяется равномерно по длине лезвия долота;
• сила удара Ризменяется пропорционально глубине h;
• коэффициент трения лезвия долота о породу принят величиной постоянной, в то время как скорость движения долота изменяется от максимума до нуля;
• коэффициент притупления лезвия долота К₂ принят величиной постоянной, хотя он изменяется в процессе отработки долота;
• принятая в расчете величина сопротивления породы раздавлению оне в полной мере определяет процесс разрушения породы, так как при этом не учитываются деформации скалывания и сдвига;
• фактическая величина углубления зоны разрушения под лезвием долота за счет

эффектов хрупкого скола породы может существенно превосходить глубину внедрения долота А.

Таким образом, формула определяет качественную сторону процесса внедрения лезвия долота в породу. В силу ранее принятых допущений, а также из-за невозможности учета эффектов скола горной породы и влияния шламового режима на показатели бурения формула не может быть использована для практических расчетов скорости бурения.

 

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

поворота долота

Вес бурового снаряда определяют исходя из значений относительного веса

 

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 150—300;

Породы средней твердости 300—400;

Крепкие породы 400—500;

Очень крепкие породы 500—700.

 

Относительный вес инструмента прямо пропорционален длине и диаметру долота. Абсолютный вес (Н) рассчитывают по формуле

где ф— коэффициент пропорциональности; ф = 0, 004—0, 001 Н/м³; L — длина бурового инструмента, м; D — диаметр долота, м.

Из формулы 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_max определяют по формуле

где [δ _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:

 

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:

 

После каждого удара долото необходимо поворачивать на некоторый уголβ, 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 секторуО'АВ и 0" DC.

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

 

Заметим, что число поворотов долота т соответствует числуударов долота mза полный оборот долота. При ударно-канатном бурении невозможно устанавливать постоянный и оптимальный угол поворота долота, так как он определяется длиной и упругостью каната.

 

Темая 6

 

Теория работы твердосплавного ПРИ.

Задача Буссинеска: в ней рассматривается действие сосредоточенной силы на упругое полупространство.

 

Сопротивление породы при бурении твердосплавным резцом характеризуется μ _к = μ _тр + μ _Р •

Механическая скорость бурения.

Аналитически:

 

Эмпирически:

- По Любимову (1970-1975):

 

 

 

 

Тема 7

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: