Осевая нагрузка при роторном бурении

Минимальная осевая нагрузка при роторном бурении на долото, обеспечивающая объемное разрушение, ориентировочно (без учета работоспособности опор и вооружения долот в зависимости от частоты вращения)

Р_д=k_забр_шS_к              (16.39)

где k_заб - коэффициент, учитывающий влияние факторов, действующих в реальных условиях бурения (гидростатическое давление бурового раствора, температуры, динамичность, состояние забоя и др.) и изменяющийся от 0,3 до 1,6 (наиболее часто k_заб=0,4-К),7); р_ш - твердость породы МПа, определенная при статическом вдавливании штампа в атмосферных условиях; S_к площадь контакта зубьев долота с забоем, которую приближенно можно вычислить из выражения, м2.

S_к=l,3D_дknb,                 (16.39а)

где 1,3 - опытный коэффициент, учитывающий фактическую среднюю площадь контакта при нулевом погружении зубьев; k_п - коэффициент перекрытия забоя зубьями долота, для долот с многоконусными шарошками со смещенными осями k_п=1,5-1,9,

                (16.40)

b - притупление зубьев, м, b=(1,0÷1,5)10^-3м; R - радиус долота; n_z - число венцов; l_i - ширина i-го венца.

Если р_ш и k_заб неизвестны, то Р_д для шарошечных долот D≥190 мм можно практически определить по удельной нагрузке Р_уд (в кН/мм)

P_д=P_удD            (16.41)

Рекомендуемые значения Р_уд приведены в табл. 16.6.

Таблица 16.6

Горные породы	Руд, кН/мм
Весьма мягкие	≤0,2
Мягкие и срсднсмягкие, а также мягкие породы с прослойками пород средней твердости и твердых	0,2-0,5
Породы средней твердости с прослойками твердых	0,5-1,0
Твердые породы	1,0-1,5
Крепкие и очень крепкие породы	≥1,5
Примечание: 1 С уменьшением D эти величины снижаются и для 140-мм долот они ниже примерно в 1,5-2 раза. Наибольшая Руд лимитируется прочность вооружения долота и подшипников.

Удельная нагрузка на лопастное долото принимается Р_уд=0,1÷0,4 кН/мм.

Для алмазных долот сплошного бурения Р_уд вначале должна быть минимальной (табл. 16.7), а затем увеличена по полученному значению vмmax.

Таблица 16.7

D, мм	Руд, кН/мм			Руд, кН/мм
	минимальная	максимальная	D, мм	минимальная	максимальная
158,1	0,122	0,38	214,3	0,140	0,65
163,5	0,122	0,49	242,1- 267,5	0,144	0,66
188,9	0,132	0.58	293,9	0,136	0,68

Нагрузку Р_д на алмазное долото необходимо увеличивать с учетом усилия, отжимающим долото от забоя Р_от(кН), возникающим при бурении с повышенным перепадом давления на долоте

P_oт=k∆pS_з                 (16.42)

где k - коэффициент, определяемый конструкцией рабочей головки долота, k=0,167-0,210 (точное значение для долот с повышенным перепадом давления указывается в паспорте долота); ∆р - перепад давления, МПа; S_з - площадь забоя, м2.

Нагрузку на колонковую бурильную головку ориентировочно можно определить по формуле

Р_д=k_забk_pр_шS_к                 (16.43)

где k_p - коэффициент, учитывающий характер разрушения породы на забое и прочность рабочих инструментов, k_p=0,5÷0,8 при бурении бурильными головками алмазными, k_p=0,6÷0,9 - твердосплавными и k_p=0,9÷1,0 - шарошечными бурголовками; р_ш и S_к - см. формулу (16.39).

Площадь контакта (в мм2) алмазных бурильных головок с забоем можно определить по формуле

S_к=0,03d_cK_т                      (16.44)

где 0,03 - коэффициент, характеризующий степень внедрения алмазов при хрупком разрушении породы; К_т - число алмазов на торцевой поверхности алмазной бурголовки; d_c - средний диаметр алмазов, мм; S_к определяется расчетным путем, исходя из известных размеров резцов с учетом затупления в процессе бурения.

При бурении алмазными бурголовками рекомендуются следующие значения Р_уд (табл. 16.8)

Таблица 16.8

Диаметр бурильной головки	Рекомендуемая осевая нагрузка, кН/см
	минимальная	максимальная
141,3/52	0,11	0,35
157,1/67	0,10	0,38
188,9/80	0,11	0,42
214,3/80	0,12	0,42

Оптимальная величина Р_д выбирается в процессе рейса путем постепенного ее повышения от минимального значения так же, как и при бурении алмазным долотом.

Рекомендуемые значения Р_д на бурильные головки лопастные и ИСМ приведены ниже.

Диаметр, мм	187,3	212,7
Рд, кН	80÷150*/60÷100	100÷160/80÷120

* В числителе для лопастных бурильных головок, в знаменателе - для бурильных головок ИСМ.

При выборе диаметра УБТ необходимо руководствоваться рациональными соотношениями диаметров долота (D, мм), УБТ (d_у, мм) и бурильных труб (d_б.т, мм), обеспечивающих минимум гидравлических сопротивлений при промывке скважины:

D, мм	dу, мм	dб.т, мм
140	95, 108	89
145, 151	108, 120	102
162,172	108; 120;133	114
190	146	127
215,9	178	127
243	178	168
269	203	168
295	203	168
320	203,254	168
346	203,273	168
≥370	203,299	168