Разрушение горных пород при бурении скважин

 

4.4 Области разрушения горных пород долотами

   При дальнейшем расчете предельно допустимую нагрузку на долото 190,5 мм будем принимать G_п = 200 кН. Сопротивление горных пород разрушению в забойных условиях выше, чем в атмосферных, т.е. приведем предел текучести P_о, породы к забойным условиям:

       _,    

где Р_о3 – предел текучести горной породы в забойных условиях, МПа;

      k_у – поправочный коэффициент:

         .

Величина  угнетающего давления Р_у зависит от динамического давления бурового раствора Р_с.д  на забой скважин и пластового давления    _.

          _,

      _где м – максимальная глубина бурения;

        ρ - плотность бурового раствора из условия предупреждения притока пластового флюида:

           ρ=1000* к* р',

      где k – коэффициент запаса, k = 1,05 (т.к. z =1760);

           р' - относительное пластовое давление. 

     ρ=1000* 1,05* 1,22=1281кг/м³. 

    МПа. 

         _,

     _где – плотность воды, кг/м³  ;

   

     _;

 МПа  

Угнетающее  давление бурового раствора на забое  скважины:

       ;

МПа.

       Коэффициент ау зависит от и вычисляется по формуле:

,               

.

Поправочный коэффициент:

Приведение  предела текучести горной породы к забойным условиям:

     

 

. 

     4.5 Расчет нагрузки G_s, необходимой для достижения предела текучести горной породы для долота первого класса

         Использование экспериментальных коэффициентов потребовало приведения осевой нагрузки на долото к безразмерному виду G':

                                          ,      

     где  к_д =1,3 - коэффициент динамичности нагружения для долот 1-ой подгруппы по скалывающей способности;

     G и G_s - осевые нагрузки (статическая и необходимая) для достижения предела текучести в горной породе под вооружением долота, кН.

     Величина  G_s для долот 1-го класса рассчитываем по формуле:

      ,     

     где ν =0,30–коэффициент, учитывающий количество одновременно контактирующих с забоем зубьев долота;

           Σl_i – сумма длин рабочих поверхностей зубьев по одному с каждого венца, мм;

           b- притупление зубьев, мм.

     Осевая  нагрузка на долото, соответствующая  границе k -го скачка разрушения породы, равна:

      ,     

      где G_нк – нижняя нагрузка k-го скачка разрушения породы, кН;

            G'_кп - безразмерная нагрузка начала k –го скачка.

     Расчет  для долота первого класса выполняем  при новом и изношенном вооружении,при котором будет изменяться только притупление b: от начального b₀ до b рассчитанного по формуле:

      ,      

      Где γ – половина угла при вершине зуба, град.;

            h =h_з*h_o – износ вооружения, мм. 

     при h=0 мм; =1,6 мм;

      .

    1 скачок:  G'_1п =0,4; ;

                      G’_2п =1,64; .

     2 скачок:  G’_2п =1,64; ;

                      G’_3п =2,37; .

     3 скачок:   G’_3п =2,37; ;

                      G’_4п =3,1; . 

     4 скачок:   G’_4п =3,1; . 

     при h=0,25hз =2.25 мм; мм;

      .

    1 скачок:  G'_1п =0,4; ;

                      G’_2п =1,64; .

     2 скачок:  G’_2п =1,64; ;

                      G’_3п =2,37; .

     3 скачок:   G’_3п =2,37; ;

                      G’_4п =3,1; .

     4 скачок:   G’_4п =3,1; .

    при h=0,5hз =4,5 мм; мм;

      .

    1 скачок:  G'_1п =0,4; ;

                      G’_2п =1,64; .

     2 скачок:  G’_2п =1,64; ;

                      G’_3п =2,37; .

     3 скачок:   G’_3п =2,37; ;

                      G’_4п =3,1; .

     4 скачок:   G’_4п =3,1; . 
 

    при h=07,5hз =6,75 мм; мм;

      .

    1 скачок:  G'_1п =0,4; ;

                      G’_2п =1,64; .

     2 скачок:  G’_2п =1,64; ;

                      G’_3п =2,37; .

     3 скачок:   G’_3п =2,37; ;

                      G’_4п =3,1; .

     4 скачок:   G’_4п =3,1; .

                                                                        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                        

Таблица 7 - Исходные данные и результаты расчетов осевой нагрузки

 

           Результаты расчетов представим графически в виде зависимостей G_нк от h_o(рис. 3).

           Из графика видно, что: h₄ до 1,0 мм; нагрузка четвертой области равна:135,9…200 кН. 
 
 
 

     5 РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДОЛОТ 1-го КЛАССА 

     Берется усредненный зуб, имеющий средневзвешенные размеры реализующий среднюю удельную мощность на разрушения породы забоя и рассчитывается долговечность Т, соответствующую времени изнашивания зуба на величину h. Нужно рассчитать время Т при относительном износе h₀, равном 0,25; 0,50 и 0,75.

              

     Рисунок 4 – Элемент вооружения шарошечного долота первого класса 

       Долговечность Т соответствует времени изнашивания зуба на величину h.

     Расчетная формула:

           для осадочной  обломочной горной породы:

      ,

  где h– износ зуба;

        - начальное притупление;

        А и В – экспериментальные коэффициенты, входящие в зависимости скорости изнашивания стали а от удельной мощности трения N_уд, которая для для осадочной обломочных горных пород имеет вид:   . Эти значения мы находим по средним значениям показателей абразивности и при удельной мощности 1 и 5 Вт/мм²:                   

                при N_уд = 1 Вт/мм²:    ;            

                                                                                   =>        В=2,46

                при  N_уд = 5 Вт/мм²:    ;

   N_ί – интенсивность мощности трения, находим по формуле:

                                   ,

          где -доля мощности трения, _=0,3;

              =1,4 – коэффициент формы зуба;

             - сумма зубьев долота;

                 - мощность реализуемая долотом, Вт.

      ,