Файл: Ребрик Б.М. Вибрационное бурение скважин.pdf

Формула (119) выведена для случая абсолютно жесткого бурильного стержня. Однако по мере увеличения глубины сква­ жины длина бурильных труб Н будет возрастать и ее влияние

энергии на упругие деформации колонны бурильных труб при увеличении глубины скважины. Очевидно, этот коэффициент бу­ дет прямо пропорционален максимальному усилию, возникаю­ щему между ударником и буровым инструментом в момент удара. Несложный расчет показывает, что при весьма нежест­ ких ограничениях Ртах, а следовательно, и максимальная де­ формация грунта под нижним торцом бурового снаряда обрат­

но пропорциональны ]/ Н. Таким образом, уменьшение вели­ чины погружения наконечника за удар будет обратно пропор­

ционально Iх Н. Поскольку диаметр 'бурильных труб в про­ цессе бурения не изменяется, его влияние не рассматривается..

Коэффициент /Си введен с целью упрощения расчетных фор­ мул. Строго говоря, в данном случае пользоваться классиче­ ской теорией удара и понятием коэффициента восстановления скорости нельзя. Более правомерен подход с использованием представлений волновой теории и рассмотрением системы бу­ рильных труб как имеющей бесконечно много степеней свободы, т. е. системы с распределенными параметрами. В то же время следует отметить, что при длине бурильной колонны 10—15 м влияние волновых эффектов будет ничтожно, и нм без риска допустить грубую ошибку можно пренебречь.

60

ному II внутреннему диаметрам башмака.

Формулы (122) и (123) позволяют установить закономерно­ сти влияния основных параметров вибромолота, бурового ин­ струмента и грунта на величину углубления зондов в грунт за одни удар, т. е. на скорость ударно-вибрационного бурения.

Основные выводы, следующие из формулы (123), как будет показано ниже, не противоречат практике. Скорость ударновибрационного бурения прямо пропорциональна квадрату ско­ рости удара и обратно пропорциональна сопротивлению грун­ та. При большом сопротивлении грунта первый член правой

преодоление упругих сопротивлений и погружение наконечника в грунт происходить не будет.

ОПТИМАЛЬНАЯ ДЛИНА РЕЙСА ПРИ УДАРНО-ВИБРАЦИОННОМ БУРЕНИИ

Модель ударно-вибрационного бурения грунтов и выведен­ ная на ее основе зависимость скорости погружения наконечника от различных факторов могут быть использованы для опреде­ ления оптимальной длины рейса L0„T при различных значениях глубины скважины Н.

Оптимальное значение L будем определять, исходя из усло­

рейса для вращательного бурения впервые была поставлена и

вой скорости бурения процесс углубки следовало прекращать в момент, когда мгновенная механическая скорость станет равной по величине рейсовой скорости. Выявленная закономерность позволила разработать оригинальный механический сигнализа­ тор для определения оптимального времени чистого бурения. Следует, однако, отметить, что общего решения для определе­ ния оптимального времени чистого бурения в зависимости от различных факторов Е. Ф. Эпштейном дано не было. Отчасти это объяснялось отсутствием аналитических выражений для и іс.

61

В отличие от вращательного бурения, для которого время углубления инструмента исчисляется десятками минут и даже часами, при вибрационном бурении углубление наконечника за рейс длится от одной до нескольких минут. Поэтому для вибра­ ционного бурения целесообразно определять не оптимальное ѣремя чистого бурения, а оптимальную величину углубления наконечника в грунт или, как автор условно называл, опти­ мальную длину рейса. Наличие соответствующих аналитических зависимостей позволяет решить поставленную задачу в общем виде.

Время чистого бурения ^ может быть найдено из следующе­ го выражения, полученного на основе равенства (123):

/ Я — безразмерный коэффициент (Я в м). Величина, обратная мгновенной скорости, равна

<62

После подстановки выражений (133) и (134) в (132) найдем

технико-технологических и природных факторов.

Подставив выражения (138) и (139) в (125), получим выра­ жение для рейсовой скорости бурения

63

Представим выражение (140) в виде

(141)

Очевидно, что иѵ будет иметь максимальное значение при минимальном значении знаменателя выражения (141). Взяв производную от знаменателя правой части выражения (141) и приравняв ее нулю, можно найти функцию, из которой опреде­ лить L, соответствующее минимальному значению этой функ­ ции it, следовательно, максимальному значению ор. Рассмотре­ ние физической стороны процесса показывает, что найденное таким образом экстремальное значение функции в данном кон­ кретном случае может соответствовать только ее минимально­ му значению

Выражение (144) однозначно определяет оптимальную длину рейса при заданных значениях коэффициентов А, В, Сь а, Ь и при заданной глубине скважины Н.

Решение выражения (144) может быть произведено графи­ чески (для каждого Н найдено свое значение LonT).

64