CC BY
10бурение
УдК 622.24.051.55
О.Б. трушкин, к.т.н., докторант кафедры БнГС ФГБоУ впо УГнтУ, e-mail: [email protected];
Р.А. Исмаков, д.т.н., профессор кафедры БнГС ФГБоУ впо УГнтУ, e-mail: [email protected]; Е.А. гусев, соискатель каф. БнГС ФГБоУ впо УГнтУ, e-mail: [email protected]
влияние фаски на режущей кромке алмазно-твердосплавного
РЕЗЦА НА параметры
и показатели работы долот
типа PDC
Приведена оценка влияния фаски на режущей кромке алмазно-твердосплавного резца на параметры и показатели работы долот типа PDC как в целом, так и отдельных их резцов, проведенная по результатам стендового бурения.
Ключевые слова: долота типа PDC, алмазно-твердосплавные резцы, стендовое бурение, параметры и показатели работы долот типа PDC.
Широкое применение долот типа PDC как в нашей стране, так и за рубежом привело к необходимости совершенствования алмазно-твердосплавных резцов (АТР) по материалу и геометрии. Результатом совершенствования по геометрии явилась фаска на режущей кромке резца под углом 45° величиной 0,5 мм. Оценка влияния фаски на параметры и показатели работы долот в целом и отдельных их резцов была проведена по результатам стендового бурения двумя долотами блока мрамора с регистрацией в цифровом виде силовых параметров [1]. Долото 8Л-188,7 РСА^ отличалось от долота 8Л-188,7 РСА только тем, что было оснащено резцами с фаской.
Крутящий Т и удельный крутящий Туд моменты на долоте являются важными характеристиками породоразрушающего инструмента. Их величины широко используются при выборе способа бурения, подборе забойного двигателя, расчете колонны бурильных труб на прочность, проектировании режима бурения. На рисунке 1 приведены зависимости Т и Туд от нагрузки на долото G. Зависимости Т = ^) имеют вид восходящих ступенчатых кривых, при этом темп общего роста крутящего момента для долота, осна-
щенного пластинами с острыми кромками, выше в 1,7 раза, чем для долота, оснащенного пластинами с фасками. Удельный момент долота с острыми кромками резцов интенсивно растет с увеличением нагрузки, а для долота с фасками кромок резцов тенденции роста ТУД с увеличением осевой нагрузки не наблюдается. Среднее значение удельного момента для долота 8Л-188,7 РСА в 4,7 раза выше средних значений для долота 8Л-188,7 РСА-^
В качестве показателей работы долот могут быть приняты проходка за один оборот 5 и энергоемкость разрушения породы Ау [2]. На рисунке 2 приведены графики зависимости 5 = 1^) и Л¥=ф(6) для двух долот РСА. Графики 5 = ^) имеют ступенчатую форму и состоят из двух S-образных участков.
Графики А¥=ф(6) имеют вид ниспадающих скачкообразных кривых. Такой вид этих зависимостей можно объяснить тем, что при бурении долотами РСА
Рис. 1. Зависимости крутящего и удельного крутящего моментов на долотах РСА от осевой нагрузки
О/.П /. 9 а
м м <0 Л Ч- / / С ✓
-Л ^ ¥ ° І 203 б- ^1 68 А 1 4 /V \ 4 У ✓ ✓ »
^’ ° < ^ .0 о Б 185 2- 'іі 26 г .V ч ч ч г
1 ^ , І 5 1 і -/ Л* ^ 1 гч
оз нк т с! 148 4" 5 0 42 А £ * \
х о р П 130 0^ 0 00- л \
0 - + -8, —й_ ,0 5 А„ - 8Л-18 5 ® и ° < о о_ г». ,4 8, ,8 1< зая нагруз б, ,2 21 ка на долот - • - А„ ,6 2 о 6, кН 8Л-188,7 ,0 32,4 РСА-Р
Рис. 2. Зависимости проходки за оборот долота и энергоемкости разрушения породы от осевой нагрузки
Проходка за один оборот, мм
рП —р12 рд1 —рд2
Рис. 3. Зависимость контактных давлений от нагрузки на долото
происходит не только объемное разрушение породы, как отмечают авторы работ [3, 4], но и скачкообразное разрушение с точки зрения энергоемкости, при этом в исследованном диапазоне нагрузок оба долота достигли как минимум второго скачка разрушения. Сопоставление графиков 5 = ^) показывает, что для долота, оснащенного резцами с фасками, график более пологий, как бы растянут по оси нагрузки и смещен в область с большими нагрузками. Смещение таково, что для достижения одинаковой проходки за оборот долотом с АТП с фасками осевую нагрузку на него надо создавать в среднем на 60% выше.
Из сказанного выше можно заключить, что сила резания на резцах с фаской значительно меньше, чем на резцах с острой кромкой при равной интенсивности разрушения породы, и предположить, что равная интенсивность разрушения породы резцами с фаской достигается в большей мере вдавливанием, чем резанием.
В работе [1] рассмотрен вопрос силовой и энергетической загрузки резцов с острой режущей кромкой долота 8Л-188,7 РСА путем расчета величин проекций площадей контакта резцов с забоем в направлении резания и в направлении вдавливания (направлении осевой нагрузки на долото). Для оценки влияния фаски на резцах был проведен аналогичный анализ для долота 8Л-188,7 РСА-Р. Методика определения площадей контакта была скорректирована с учетом наличия фаски. Графики средних давлений в направлении резания рt и в направлении осевой нагрузки рд приведены на рисунке 3.Среднее контактное давление в направлении резания рt2 у резцов долота 8Л-188,7 РСА-Р несколько больше, чем соответствующее давление р^ у резцов долота 8Л-188,7 РСА.
Среднее контактное давление в направлении осевой нагрузки рд1у резцов долота 8Л-188,7 РСА значительно -до 4 раз - превышает соответствующее давление рд2 у резцов долота 8Л-188,7 РСА-Р. Такое соотношение средних давлений в направлении осевой нагрузки на первый взгляд противоречит высказанному выше предположению,
что равная интенсивность разрушения породы резцами с фаской достигается в большей мере вдавливанием, чем резанием,что предусматривает значительные давления резца в направлении осевой нагрузки. Однако это противоречие устраняется, если учесть, что давление в осевом направлении концентрируется в основном на поверхности фаски, которая создавала
условие для формирования ядра разрушения вдавливанием.
В статье [1] в качестве комплексного параметра, характеризующего оптимальность размещения резцов по рабочей поверхности долота типа PDC, предлагается рассматривать мощность, реализуемую каждым резцом. На рисунке 4 приведены графики распределения мощностей
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ БУРЕНИЕ \\ 41
БУРЕНИЕ
s.
<D
л
долото 8Л-188,7 РСА-F при = 1,34 мм
Рис. 4. Распределение мощностей по резцам долот типа PDC
между резцами двух долот типа РОС. Из рисунка видно, что характер распределения мощностей, реализуемых резцами долот, одинаковых по конструкции и оснащенных резцами с острыми кромками и с фасками,
практически не отличается. Следует отметить, что увеличение проходки за один оборот долота 8Л-188,7 РСА-Р на 10% привело к увеличению мощностей на всех резцах на 13% по сравнению с долотом 8Л-188,7 РСА.
Следует отметить, что с точки зрения энергонапряженности работу резцов более эффективно характеризовать мощностью, приходящейся на единицу контактной поверхности,то есть удельной мощностью. Анализ работы резцов по величинам удельной мощности показал, что для исследованных долот при равной интенсивности разрушения удельная мощность, реализуемая резцами с фаской, на 20% и более ниже мощности, реализуемой резцами с острой кромкой. Кроме того, фаска снижает среднее контактное давление на рабочей поверхности резца.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Трушкин О.Б., Гусев Е.А. Оценка силовой и энергетической загрузки резцов долота типа РОС по результатам стендового бурения // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2013. - № 2. -С. 12-15.
2. АкчуринХ.И., Трушкин О.Б. Оценка силовых и энергетических характеристик некоторых породоразрушающих инструментов по результатам стендовых экспериментов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2008. - № 4. - С. 16-23.
3. АлексеевЛ.А. Энергетические принципы разработки конструкции и режима отработки породоразрушающего инструмента режу-ще-скалывающего действия для бурения скважин: Дис. ... докт. техн. наук. - Уфа, 1986. - 349 с.
4. Кагарманов Н.Ф. Непрерывное разрушение горных пород при бурении скважин алмазнотвердосплавными долотами режуще-скалы-вающего действия: Дис. ... докт. техн. наук. - Уфа, 1983. - 455 с.
Drilling
Influence of chamfer on the cutting edge of the polycrystalline diamond cutter on the parameters and performance PDC bits
O.B. Trushkin, m.a. (technical science), Student in the doctoral of Chair of Drilling of Oil and Gas Wells of State educational institution of higher professional education «Ufa state petroleum technological university», e-mail: [email protected]; R.A. Ismakov, Ph.D (technical science), Professor of Chair of Drilling of Oil and Gas Wells of State educational institution of higher professional education «Ufa state petroleum technological university», e-mail: [email protected]; E.A. Gusev, Postgraduate student of Chair of Drilling of Oil and Gas Wells of State educational institution of higher professional education «Ufa state petroleum technological university», e-mail: [email protected] This article shows an appraisal of influence of the chamfer on the cutting edge of the polycrystalline diamond cutter on the parameters and performance of the PDC bits as a whole and their individual cutters, based on the results of laboratory bench drilling.
Keywords: PDC bits, polycrystalline diamond cutters, laboratory bench drilling, parameters and performance of the PDC bits.
References:
1. Trushkin O.B., Gusev E.A. Otsenka silovoy i energeticheskoy zagruzki reztsov dolota tipa PDC po rezul'tatam stendovogo bureniya (Evaluation of power and energy load on blades of bit of PDC type following the results of bench drilling) // Territoria NEFTEGAS. - 2013. - № 2. - P. 12-15.
2. Akchurin Kh.I., Trushkin O.B. Otsenka silovykh I energeticheskikh kharacteristik nekotorykh porodorazrushauytshikh instrumentov po rezul'tatam stendovykh eksperimentov (Evaluation of power and energy characteristics of some rock cutting tools based on results of bench experiments) // Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more (Construction of oil and gas wells on land and sea). - 2008. - № 4. - P. 16-23.
3. Alekseev L.A. Energeticheskie printsipy razrabotki konstruktsii i rezhima otrabotki porodorazrushauytshego instrumenta rezhutshe-skalyvauytshego deistviya dlya bureniya skvazhin (Energetic principles of design and development mode of rock cutting tool with cutting-chipping action for wells drilling): Dis. ... Of Doctor of Technical Sciences. - Ufa, 1986. - 349 p.
4. Kagramanov N.F. (Nepreryvnoe razrushenie gornykh porod pri burenii skvazhin almazno-tverdosplavnymi dolotami rezhutshe-skalyvauytshego deistviya (Continuous destruction of rocks during wells drilling by diamond hard-metal-alloy bits with cutting-chipping action): Dis. ... Of Doctor of Technical Sciences. - Ufa, 1983. - 455 p.
на правах рекламы
ЗАЩИТНЫЕ
ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
АКРУ С'1- - НАДЕЖНЫЕ СТРАТЕГИИ ЗАЩИТЫ
Российский разработчик и производитель противокоррозионных защитных лакокрасочных материалов марки АКРУС* специального и промышленного назначения.
Мы производим талька защитные покрытия.
Это позволяет нагл концен грироеаться на особенностях их изготовления и потребления.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
■ Нефтехимическая индустрия ■ Машиностроение
ж Нефтегазодобы воющая промышленность ■ Мостострое кие
■ Судостроение 1 Гра ж да нска е стро ительс тво
Срок службы покрытий не менее 15-20 лет
в зависимости от категории коррозийное™ окружающей среды, что подтверждено испытаниями профильных институтов. Материалы марки АКРУС® отличаются значительной иэносо иэтмосферостойкостью к различном погодным условиями экологическим воздействиям, рэзряБптмнные с использованием инновационны/ технологий в соо гвегстаии со стандартами 150, ДЭТМ. ГОСТ РФ
11 7420, г. Москва, ул. Нам Аткин а. д. 10Б Тел./факс: -7[495) ЗВЗ- 56 -59
іпЬ:"акги5 akz.ru I твд.акгиг sghJtr.ru | млчу.экруе.рф
