Влияние нагрузки на механическую скорость проходки

При бурении скважин нагрузка на долото осуществляется весом части бурильной колонны, которая называется статической нагрузкой.В результате действия этой статической нагрузки (осевой нагрузки) и крутящего момента (при вращательном способе бурения) происходит разрушение горных пород. При перекатывании шарошек долота по забою возникает и динамическая составляющая нагрузки, которая составляет порядка 20-30% от величины статической нагрузки.

Величина динамической нагрузки тем больше, чем выше жесткость низа бурильной колонны, чем выше скорость вращения долота, чем больше шаг зубьев и твердость горной породы. Уменьшение динамической составляющей происходит с ростом пластичности горной породы и величины проскальзывания шарошек.

Рис.63

Зависимость механической скорости проходки от осевой нагрузки для шарошечных долот можно представить в виде графика (рис.63). I область- нагрузка на долото по площади контакта зубьев с породой меньше предела усталости породы - происходит поверхностное разрушение в виде истирания.

II область - контактное давление в этой области также меньше твердости породы. Однако возможно объемное разрушение за счет усталостных явлений. Разрушение породы происходит при многократных ударах. С увеличением нагрузки повышается контактное давление, возрастает также и энергия удара. В результате этого в этой области механическая скорость бурения растет быстрее, чем осевая нагрузка.

III область- контактное давление вооружения на породу превышает твердость породы. Это обеспечивает эффективное объемное разрушение.

На графике показано два максимума. Это точки В и 0. Нагрузка, соответствующая точке В (Р_д^/) будет оптимальной для первого скачка хрупкого разрушения, а нагрузка Р_д^// будет оптимальной для второго скачка. В обоих этих случаях удельная объемная работа разрушения будет минимальной.

При постоянной нагрузке вследствие износа зубьев, уменьшается контактное давление. Это вызывает необходимость увеличивать осевую нагрузку с целью поддержания необходимого режима поверхностного и усталостного разрушения породы.

Динамическая составляющая нагрузки может возникать и при бурении лопастными и фрезерными долотами в тот момент, когда происходит хрупкое разрушение.