Механическая скорость твердосплавного колонкового бурения

При анализе влияния различных факторов режима бурения прежде всего рассматривают их влияние на механическую скорость, так как, во-первых, производительность, твердосплавного колонкового бурения находится в прямой зависимости от механической скорости и, во-вторых, в связи с тем, что современные коронки, особенно при рациональном применении, обладают достаточным запасом твердого сплава, обеспечивающим необходимую проходку за рейс, даже при форсированных режимах. Поэтому режимы бурения необходимо выбирать так, чтобы обеспечить максимальную механическую скорость.

Механическую скорость бурения можно определить, используя объединенный показатель механических свойств пород ρ_м:

v_м = kω P₀ • ρ^a_м ,        (7.1)

где k -  коэффициент пропорциональности; ω - окружная скорость коронки, м/с;
P₀ - нагрузка на основной резец (вставку), кН.

Значения k и а и в зависимости от типа коронок

Показатель	k	а
Мелкорезцовые коронки	82 - 80	- 1,16
Микрорезцовые коронки	24 - 31	- 0,79

Чаще механическую скорость выражают из формулы, характеризующей производительность бурения:

Н = Т/(Т₁ + Т_всп),           (7.2)

где Н - производительность бурения, м/ст-мес; Т - продолжительность смены, ч; Т₁ -  время чистого бурения 1 м скважины, ч; Т_всп - время на вспомогательные операции, соответствующие 1 м бурения, ч;

v_м = Н (T - HТ_всп).             (7.3)

Механическую скорость бурения можно также выразить формулой

 v_м  = 35•10^-2Рnσ ^-1,           (7.4)

где σ - предел прочности породы на сжатие, Н/мм².

Из формул (7.1) - (7.4) видно, что механическая скорость связана с организационными факторами Т_всп; технологическими Р и n и геологическими σ и ρ_м. Влияние каждого из них различно. Исследования показывают, что при бурении самозатачивающимися коронками в породах типа габбро и лабрадорит при частоте вращения 195 - 220 мин^-1 и осевой нагрузке 800—1200 даН на 1 режущий элемент механическая скорость изменяется по линейному закону и может быть определена уравнением

y  =14,75 + 0,92Х₁ + 1,75Х₂  + 3,06Х₃—2,03Х₄ + Х₁Х₂      (7.5)

где y = v_м; Х₁- частота вращения n, мин^-1; Х₂ - осевая нагрузка на элемент Р, кН; Х₃ - число режущих элементов m; Х₄ - прочностные показатели породы в относительных величинах.

Как видно из уравнения (7.5), на механическую скорость бурения наиболее существенно влияет число режущих элементов коронки (технический фактор). Менее существенны, но значимы прочностные показатели пород (геологический фактор), далее - осевая нагрузка и частота вращения (технологические факторы).