Частота вращения при твердосплавном колонковом бурении

Исследования технологии твердосплавного вращательного и вращательно-ударного бурения показали сложную зависимость показателей бурения от режимных параметров (тип коронки и физико-химические свойства пород). В общем виде с увеличением прочности пород на скалывание влияние частоты вращения на прирост скорости бурения уменьшается, а влияние осевой нагрузки возрастает.

Если при увеличении частоты вращения колонны могут быть созданы условия объемного разрушения породы, то это повысит эффективность процесса; если наблюдается усталостно-объемное разрушение, то увеличение частоты вращения приведет к понижению эффективности работы коронки. При разрушении породы путем поверхностного износа или микрорезания в случае каких-либо ограничений осевой нагрузки увеличение частоты вращения будет сопровождаться интенсивным изнашиванием инструмента.

Частота вращения существенно влияет на показатели работы коронок: изменение механической скорости в зависимости от частоты вращения носит нелинейный характер и соответствует параболе; с ростом частоты вращения механическая скорость вначале увеличивается, достигает максимального значения, а затем уменьшается. Максимальное значение механической скорости бурения для каждого диаметра коронки соответствует различной частоте вращения. Установлено, что максимальная механическая скорость соответствует окружной скорости коронки 1,4—1,5 м/с.

Отсюда по формуле n=60(v/n)•D, в зависимости от диаметра скважины D, можно определить необходимую частоту вращения, соответствующую указанной окружной скорости (табл. 7.13).

Таблица 7.13. Расчетная и рекомендуемая частота вращения при твердосплавном колонковом бурении

Диаметр колонки	Частота вращения, мин-1
	расчетная	рекомендуемая
36	760 - 800	600
46	580 - 620	500
59	450 - 480	400
76	350 - 380	330
93	290 - 310	250(400)
112	240 - 260	200(300)
132	200 - 220	180(250)
151	180 - 190	150(200)

Примечание. В скобках приведена частота вращения для мягких пород II - IV категории.

Частота вращения должна изменяться с учетом конкретных условий бурения. Так, при проходке трещиноватых пород она уменьшается, потому что в этих условиях наблюдаются поломки и сколы резцов. Переход в более абразивные породы также должен сопровождаться снижением частоты вращения в связи с повышенным износом резцов в этих породах.

При бурении в мягких породах (II - IV категории по буримости) частота вращения снаряда может быть несколько выше, но окружная скорость не должна превышать 2,5 - 3 м/с; при этом предельные значения частоты вращения не должны быть больше следующих:

Наружный диаметр коронки, мм	93	112	132	151
Предельные значения частоты вращения, мин-1, не более	500	400	350	300

Указанные значения уменьшаются при бурении в разрезах с пропластками более твердых пород или с включением валунов и галечника.

Износ коронки, а следовательно, и ее ресурс при бурении в породах средней твердости при частоте вращения 0 - 500 мин^-1 изменяются по линейному закону. Проходка на коронку с ростом частоты вращения медленно уменьшается; однако это изменение незначительно и поэтому может не учитываться.

В табл. 7.14 приведены результаты исследований по влиянию частоты вращения твердосплавных коронок СА-59 на основные показатели бурения в трех основных генетических разностях пород, являющихся областью применения твердосплавных коронок малого диаметра. Прирост механической скорости при увеличении частоты вращения снаряда наиболее интенсивен в породах осадочного и метаморфического комплексов. Причем в последнем достигнут предел целесообразного увеличения частоты вращения (около 500 мин^-1) при окружной скорости (около 1,6 м/с). В породах магматического комплекса прирост механической скорости с повышением частоты вращения снаряда менее интенсивен, причем рациональная частота вращения снаряда также 500 мин^-1.

Таблица 7.14. Влияние частоты вращения на показатели твердосплавного бурения (по данным СКБ «Геотехника»; СА-59)
 

Горные породы (категория по буримости)	Частота вращения снаряда, мин	Механическая скорость, м/ч	Проходка		Тип промывки
			на коронку	за рейс
Осадочный комплекс
Слаботрещиноватые, доломиты (VI—VIII)	277 470 576	1,73 2,37 4,2	3,68 3,58 3,02	2,91 3,05 3,02	Промывка водой
Алевролиты (VIII—IX)	277 470	2,06 3,16	2,44 2,47	2,44 2,34	Промывка глинистым раствором
Магматический комплекс
Перидотиты, габбро, габбродиабазит (VII—IX),	277 470 470	2,58 2,13 2,96	3,05 2,08 2,63	— — —	Промывка водой Смазка КАВС
ультраосновные	699	2,84	1,77	—
Диабазы, диабазовые порфириты (IX),	277 470	1,13 1,45	1,9 2,22	1,9 2,06	Промывка водой
основные
Карбанит-кальциты, аппатит-магнетитовые руды (VII—VIII), несиликатные	100—300 300—500 500—700	4,1 4,7 4,55	— 6,05 —	5,18 4,64 3,78	То же
Туфы кислого состава (VIII—IX)	277 470	1,52 2,75	2,38 3,34	2,33 2,33	Промывка водой
Метаморфический комплекс
Серпентиниты (VIII—IX)	100—300 300—500 500—700	1,62 2,85 2,70	3,45 3,44 3,29	3,45 2,53 3,06	То же