Файл: Арцимович, Г. В. Влияние забойных условий и режима бурения на эффективность проходки глубоких скважин.pdf

проводились испытания, прямолинейную, оылн проведены до­

полнительные опыты на образцах песчаника цилиндрической

но с предположением, что при выбуривании кольцевой канав­ ки существенно нарушалась прочность поверхности забоя. Ис­ следовались песчаники двух разновидностей (серый — Донбасс,

счет уменьшения площади, что приводит к резкому увеличению

удельной объемной работы разрушения (вдвое).

4. Поверхность забоя под действием резца при выбурива­ нии кольцевой канавки разупрочняегся. Этим объясняется

самая низкая энергоемкость разрушения при вдавливании в

данной области.

Полученные материалы свидетельствуют, что теоретические предположения [60] подтвердились. Действительно, с точки зре-

57

ния разрушения указанный участок забоя скважины явля­ ется особым и требует к себе специального подхода при созда­

нии породоразрушающего инструмента. Однако до сих пор при конструировании буровых долот этому не уделяется должного

внимания.

§ 7. ВЗАИМОВЛИЯНИЕ ЗОН РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ВДАВЛИВАНИИ

Вопрос о взаимовлиянии зон разрушения очень важен, потому что, только зная закономерности этого явления, можно обоснованно проектировать рабочие поверхности породораз­ рушающего инструмента. Вслед за В. С. Федоровым [61] изучению данного вопроса посвящено много работ [62 и др.].

Отправной момент при постановке исследований — достоверно

установленный факт, что объем зоны разрушения при вдавлива­

нии значительно превосходит объем внедрившейся части индентора. В этой связи возникает необходимость установления ра­

ционального расстояния между соседними поражениями забоя

породоразрушающими элементами долота для обеспечения

минимальной энергоемкости и максимальной производитель­

ности бурового процесса.

Наши исследования посвящены следующим аспектам этой

большой проблемы: исследованию механизма взаимодействия зон разрушения, выбору рациональной схемы поражения забоя,

определению силовых характеристик при вдавливании группы

штампов одновременно и каждого в отдельности. Эксперименты проводились на стекле и коелгинском мраморе в атмосферных условиях. На стекле изучался механизм взаимодействия конус­ ных трещин, на мраморе исследовались количественные зави­ симости. Для фиксирования характера трещинообразования в

ториям сг2 (заштрихованная область). Отмечено наличие трех изо­

58

из них. С уменьшением этого расстояния объем зоны разруше­

Интересный материал был получен при наблюдениях за характером встречи конусных трещин. Добиться одновремен­ ного роста обеих трещин с одинаковыми скоростями оказалось невозможным: одна из них всегда опережала другую. Поэтому

в момент встречи одна из конусных трещин уже находилась на

большей глубине. Как только край более поздней трещины соприкасался с поверхностью ранней, распространение пер­

вой прекращалось. Мгновенно замыкались сферические тре­

угольники, объединяя две отдельные конические поверхности в новую общую седлообразную (рис. 33). Как правило, даль­

нейшее развитие в этой зоне более ранней трещины прекраща­ лось. Из рис. 33 видно также, что люминофор препятствует смыканию трещины после снятия нагрузки.

59

Г л а в а IV

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНОСА ДОЛОТ РЕЖУЩЕГО ТИПА

В предыдущих главах была показана перспективность

использования при проходке глубоких скважин породоразру­ шающего инструмента режущего и истирающе-режущего типов

и объяснены причины, ограничивающие область их применения.

Поскольку главным препятствием служит низкая износо­

стойкость вооружения, наши дальнейшие исследования были

связаны с изучением закономерностей износа долот режущего

типа й факторов, его определяющих. В этой связи необходимо

было решить широкий круг задач методического и научного

плана.

В настоящее время нет общепринятого метода исследования

износостойкости твердых сплавов при трении их о горные

породы и стандартного оборудования для этой цели, поэтому

необходимо было разработать методику проведения лаборатор­

ных исследовании, рабочие схемы и тшмерительпые узлы экспе­

риментальной установки и создать саму установку.

§1. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ МЕТОДИКИ

ИСОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Разрабатывая методику и создавая экспериментальную

установку для проведения исследований износостойкости ин­ струментальных материалов, необходимо учитывать основные положения к методам испытания на изнашивание, рассмотрен­ ные в монографиях и статьях [63—65 и др.], и особенности

работы твердосплавного инструмента.

Одним из основных требований, предъявляемых к методам

испытаний на изнашивание, является необходимость моделиро­ вания процесса работы инструмента. В данном случае должно осуществляться механическое, гидравлическое и тепловое по­

добие. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы испыта­

ния проводились на натурных образцах, ибо если даже один

из элементов трущейся пары отличается по материалу от натур­ ного, то нарушается соответствие важнейших параметров, входящих в теплофизический, физико-динамический и другие критерии.

61

Таким образом, принципиальная схема экспериментальной установки должна обеспечить моделирование процесса работы

породоразрушающих элементов долота и, кроме того, постоян­

ство условий трения.

С учетом рассмотренных выше принципов для нашего случая

за основу рабочей схемы экспериментальной установки принята

схема Е. Ф. Эпштейна — Г. Сиверса ]66[. Эта же схема взята

за основу и при аналитическом решении задачи о температурном поле отдельного породоразрушающего элемента долота.

Определив метод и выбрав рабочую схему испытаний, необ­

ходимо решить вопрос о величине и диапазоне изменения тех

режимных параметров, при которых будут производиться эксперименты.

Исследование влияния параметров на основные закономер­ ности процесса разрушения горной породы и износостойкость

породоразрушающих элементов долота весьма желательно вести

при тех значениях величин, которые имеют место в практике проходки глубоких скважин на нефть и газ.

Опыт применения различных типов долот истирающс-

режущего типа (в том числе и алмазных) показывает, что режи­

мы, обеспечивающие получение высоких технико-экономиче­ ских показателей, характеризуются следующими параметрами:

20 —25 л/с. Средняя механическая скорость бурения изменяется

в пределах 1 —4 м/ч.

Произведем расчет удельных параметров режима бурения для шестилопастного долота истирающе-режущего типа диа­ метром 200 мм, породоразрушающими элементами в котором являются цилиндрические штабики диаметром 10 мм из высоко­ стойкого материала. Получены следующие данные:

62