К исследованию разрушения горной породы долотами, оснащенными резцами PDC Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2. Брусиловский А.И. Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа. М: «Грааль», 2002. 575 с.

3. Сычев В.В. Термодинамические свойства гелия. М.: Издательство стандартов, 1984. 320 с.

4. Малышев В.Л., Марьин Д.Ф., Моисеева Е.Ф., Гумеров Н.А., Ахатов И.Ш. Исследование прочности на разрыв методами молекулярной динамики // Теплофизика высоких температур, 2015. Т. 53. № 3. С. 423.

К ИССЛЕДОВАНИЮ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ ДОЛОТАМИ, ОСНАЩЕННЫМИ РЕЗЦАМИ PDC Ока А.В.1, Душко С.Р.2

1Ока Александр Викторович - магистрант;

2Душко Станислав Русланович - магистрант, горно-нефтяной факультет, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, Уфимский государственный нефтяной технический университет,

г. Уфа

Аннотация: рассмотрены актуальные вопросы механизма взаимодействия режущих частей современных породоразрушающих инструментов с горной породой в стационарном режиме резания-скалывания. Представлены геометрия размещения и динамика работы резцов PDC в процессе разрушения горных пород при бурении скважин. Сформулированы предпосылки к оптимизации вооружения долот режуще-скалывающегося действия.

Ключевые слова: долото, РБС, линейная скорость взаимодействия.

Практика показывает, во многих случаях в бурении глубоких скважин, долота PDC обеспечивать проходку до 1000 м и более при средней механической скорости бурения по 35...40 м/ч. Потому в настоящее время в Сибирском регионе объемы проходки долотами PDC добивают 85.90 % от общих объёмов промышленного бурения скважин.

Следует отметить, что работы многих авторов посвящены оптимизации работы элементов сооружения долот режуще-скалывающего действия [1, 2, 3, 4]. В [2] представлен комплексный подход к оптимизации вооружения долот режуще -скалывающего действия.

В то же время, на наш взгляд, для дальнейшей оптимизации размещения резцов на рабочей поверхности долота нужно более четкое представление процесса резания скалывания, которое бы учитывало все возможности производительного бурения и обеспечения высокой износостойкости породоразрушающих элементов. В настоящей работе выполнена попытка анализа стационарного режима резания-скалывания породы резцами PDC.

При установившейся глубине резания-скалывания правомерно следующее представление работы резца (рис. 1) При этом, принципиальным для получения результирующей зависимости воздействия характеристик на глубину резания, является обоснование направления действия результирующей силы Я при установившемся режиме резания-скалывания. Напряжение Я - результирующая аксиальная сила Рос и тангенциальная сила резания-скалывания породы Ро. Если данная сила направлена под прямым углом к плоскости резца, то ее проекция на плоскость резца равна нулю. Это режим установившегося процесса без учета глубины резания скалывания h (рис. 2, а).

Рис. 1. К анализу процесса резания-скалывания породы резцов РОС

Если результирующая сила R ориентирована вниз, не образуя прямого угла с плоскостью резца, то возникает сила трения которая нарушает равновесие и вызывает заглубление резца от h к Ьн (рис. 2б). При такой ситуации вероятно повышение глубины резания. В случае, если результирующая R нацелена кверху (рис. 2в), что может происходить понижение глубины резания-скалывания от Ь к Ьн. Таким образом, направление результирующей R, меняет баланс сил при разрушении и характеризует глубину резания-скалывания.

Рис. 2. Схема для анализа механики резания-скалывания резцами

Колебания величины и направленности силы R при резании-скалывании протекают непрерывно. Установившийся режим процесса при постоянном h вероятен тогда, когда она ориентирована под прямым углом к плоскости резца. Принципиально, с нашей точки зрения, является также обсуждение роли и поведения «ядра сжатия», формируемого в разрушаемой горной породе резцом в процессе резания-скалывания. Ядро сжатия определяет взаимоположение рассматриваемых сил и определяет эффективность разрушения. Величина ядра сжатия в значительной степени зависит от прочностных характеристик горной породы. В мягких породах ядро сравнимо огромное и слабо уплотненное, так как порода от деяния ядра значит на поверхность при маленьком усилии резания. В жестких породах ядро владеет наименьшей величиной, и оформлено в облике полусферы либо сектора эллипсоида. К образцу, если напряжение R ориентировано под прямым углом к плоскости резца, то выкройка ядра сжатия наиболее симметричная. Вывод:

1. Аналитически показано, что передаточное отношение шарошки, обеспечивающее заданный уровень удельного скольжения для ее конкретного сечения, значительно изменяется в пределах возможных углов взаимодействия зубьев с забоем, причем, диапозон изменения уменьшается с увеличением радиуса сечения шарошки. С увеличением угла взаимодействия наблюдается монотонный рост передаточного отношения.

2. Изменение величин горизонтальной и вертикальной контактной поверхности резцов от проходки за оборот является практически равной.

Список литературы

1. Cyberleninka. Аналитические исследования резания скалывания горной породы долотом с резцами PDC. Поступила 11.02.2013 г.

2. Журнал: Нефтяное хозяйство. Гаенив Р.Г. Исследования буровых породоразрушающих инструментов режуще-скалывающего и истирающего-режущего классов. Нефтяное хозяйство. М. Недра, 1983. № 4. С. 20-21.

3. Нескоромных В.В. Разрушение горной породы при проведении геологоразведочных работ. КРАСНОЯРСК: СФУ. 300 С.

4. Справочник «бурового мастера» Глава 1. Породоразрушающий инструмент. 1.1. Буровые долота, типы, обозначение. С. 124-126.