Файл: Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.10.2024
Просмотров: 92
Скачиваний: 0
Г л а в а УП. ОПРВДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ БУРОВОГО АГРЕГАТА
§ 1. Общие положения
Приводом для буровых станков и насосов при разведочном бурении являются электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания, главным образом дизели.
При дизельном приводе, как правило, один двигатель при водит в действие станок и насос, при электроприводе применяют ся индивидуальные двигатели для станка и для насоса.
Мощность двигателей в процессе бурения скважины расходу ется на разрушение породы, вращение колонны бурильных труб, преодоление трения в станке и на привод бурового насоса. При прекращении бурения мощность двигателя затрачивается на подъем и спуск бурового снаряда или колонны обсадных труб.
При небольшой глубине скважин мощность, затрачиваемая на бурение и привод насоса, может быть больше мощности, расхо дуемой на подъем снаряда. При значительной глубине скважин мощность, расходуемая на спуско-подъемные операции'может быть больше мощности на бурение.
§ 2. Определение мощности двигателя для бурения
Мощность двигателя, расходуемая в процессе бурения сква жины, складывается из нескольких составляющих:
|
М о щ н о с т ь |
н а |
р а з р у ш е н и е |
п о р о |
д а . |
Существующие в |
настоящее время зависимости для опреде |
ления мощности на разрушение породы не полностью отражают ко личественные соотношения между параметрами, определяющими мощность, а раскрывают в основном качественную картину про цесса. Входящие в эти формулы величины зависят от многих фак торов, учесть которые трудно. Поэтому при расчетах принимают их средние значения по ориентировочным данным. Полученные в результате расчетов значения затрат мощности можно рассматри вать только как приблизительные. Особенно это относится к фор мулам для расчета мощности на разрушение породы при бурении шарошечными и лопастными долотами.
1. При бурении твердосплавными коронками мощность на рушение складывается из двух составляющих: мощности на непо средственное разрушение породы резцами коронки и мощности на преодоление трения резцов коронки о породу забоя [20]:
|
РОГ Вер п |
кг-мм/сек |
(76) |
||
|
|
60 |
|
||
|
|
|
|
|
|
где Р |
- осевая нагрузка на коронку, |
кг; Вср - средний диа |
|||
метр коронки, мм, Dcp = (В, + В2 |
) : |
2 |
(здесь В, и Вг - |
наруж |
|
ный и внутренний диаметры коронки по резцам, мм); п |
- ско |
||||
рость вращения коронки, об/мин; |
/л |
- |
коэффициент трения рез |
||
цов коронки о породу забоя. |
|
|
|
|
|
Формулу (76) можно представить в упрощенном виде: |
|
||||
ІГра}р= |
0,513-ІО '6 P - Dcpn (0,137+fil) |
, квт |
(77) |
Коэффициент трения /л резцов о породу не является строго постоянной величиной. Значение коэффициента трения изменяется при изменении величины нагрузки на коронку, скорости ее враще ния, качества промывочного агента, а также при изменении со става горных пород, величины и формы зерна, состава цемента, твердости горных пород и ряда других факторов. В связи с этим, при расчете потребной мощности на бурение можно воспользовать ся только ориентировочными средними значениями коэффициента
трения для различных пород (табл.48), что, конечно, снижает точность полученных результатов.
2. При бурении алмазными коронками может быть использо вана формула, предложенная С.Н.Таракановым [20]:
|
|
Яраір ~ |
2 ' і 0 ' 7- P D cpn , |
к*т- |
|
|
|
(78) |
|||||
|
Обозначения те же, что и в формуле (76). Коэффициент тре |
||||||||||||
ния |
ja. |
принят равным 0,384 [20]. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3. При дробовом бурении |
[20] |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
°-64 |
|
|
|
кит, |
|
|
(79) |
||
где q - удельное давление на |
забой, |
кг/ьш2 ; |
|
средний диа- |
|||||||||
метр коронки, мм; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
|
48 |
||
|
|
Коэффициент трения для различных горных пород |
|
|
|||||||||
|
Горная порода |
|
|
|
Поверхность |
горной |
породы |
|
|
||||
|
|
|
сухая |
смоченная |
водой |
смоченная гли |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нистым |
раствором |
|
Глина |
пластичная |
0,14 |
- |
0,18 |
|
0,08 |
- |
0,12 |
|
0,03 |
- |
0,00 |
|
Глина |
песчаная |
0,25 |
- |
0,28 |
, |
0,20 |
- |
0,28 |
|
0,18 |
- |
0,22 |
|
Глинистый сланец |
ОДО - |
0,26 |
|
0,15 |
- |
0,20 |
|
0,11 |
- |
0,13 |
|||
Мергель |
|
0,20 - |
0,27 |
|
0,18 |
- |
0,25 |
|
0,20 - |
0Д4 |
|||
Известняк |
|
0,35 |
- |
0,40 |
|
0,33 |
- |
0,38 |
|
0,31 |
- |
0,35 |
|
Доломит |
|
0,31 |
- |
0,40 |
|
0,24 |
- |
0,35 |
|
0,34 |
- |
0,88 |
|
Ангидрит |
|
|
- |
|
|
0,38 |
- |
0,46 |
|
0,37 |
- |
0,40 |
|
Песчаник, слабо сцемен |
0,32 |
- |
0,42 |
|
0Д7 - |
0,40 |
|
0Д5 |
- |
0,35 |
|||
тированный с остроконеч- |
|
|
|||||||||||
ными |
зернами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Песчаник, |
слабо сцемен |
|
|
|
|
0,20.-Ч ),30 |
- |
0,17 |
- |
0,25 |
|||
тированный с окатанны- |
0,22 |
- |
0,34 |
|
|||||||||
мн зернами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Песчаник |
крепкий |
0,43 |
- |
0,48 |
|
0,43 |
- |
0,43 |
|
0,40 |
- |
0,43 |
|
Граниты |
|
0,30 |
- |
0,40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кварциты |
железистые |
0,36 - |
0,46 |
|
|
|
|
|
|
: |
|
||
Кварц |
|
|
0,30 |
|
|
|
0,20 |
|
|
. |
b - толщина коронки, мм; п - скорость вращения бурового сна ряда, об/мин.
4.При бурении шарошечными долотами мощность N
дывается из большого числа |
компонёнтов, а именно: ^ |
- мощ |
ности на разрушение породы |
при перекатывании шарошек; |
Мг ~ |
мощности на разрушение породы при проскальзывании шарошек;
К, |
- мощности на вертикальные перемещения системы вследст |
вие |
зубчатой поверхности шарошек; !\\ ~ мощности на преодоле |
ние трения зубьев шарошек о забой скважины при проскальзыва
нии шарошек; Ns - мощности на преодоление |
трения долота о |
||||
стенки |
скважины. |
|
|
|
|
Таким образом, мощность, потребная для работы шарошечно |
|||||
го долота, |
может быть подсчитана по формуле |
||||
|
|
^ Р = Т |
^ + М + **+^ |
' |
(80) |
где г) |
- |
коэффициент, |
учитывающий потери |
мощности в опорах |
долота и на дополнительное разрушение частиц выбуренной поро
ды [27]. Для долот |
с опорами качения ч] = 0,98 |
+ 0,96, |
с опо |
|||||
рами скольжения ц |
= 0,85 |
+ 0,30. К моменту подъема долота і] |
||||||
снижается до 0,45 + 0,35 и ниже. |
|
|
|
|
||||
Для практических расчетов формулу (80) упрощают: |
оце |
|||||||
нивают в виде |
части |
от |
, принимая N2~ 0 , |
8 . |
Мощность |
|||
на трение о стенки при бурении вертикальных скважин |
|
N5 оце |
||||||
нивают в виде части мощности |
щ , принимая N5 |
= 0 ,2 |
N.^ . |
|||||
Тогда формула |
(80) |
принимает вид |
|
|
|
|
||
|
Лразр = - f |
U |
+ rç + zrç) |
• |
|
|
|
|
На основании теоретических и экспериментальных данных |
||||||||
составлявдие мощности можно представить в виде [27, |
11 ] |
|||||||
JV, = 4,6 • |
ІО“8 Р п / г |
. квт |
; |
|
|
(81) |
||
Щ =2,52.ІО“7 P n m z (d^ - - | Л ) 8ІІІІ м ' |
*B* Î |
|
(82) |
|||||
Д, =■ 1,28* 10~7 /х т\г Пк%Р n , квт |
, |
|
|
(83) |
где |
P |
- нагрузка на долото, |
кг; |
п |
- |
скорость вращения до |
||||||||
лота, |
об/мин; D - .ламетр долота, мм; |
Ь. |
- |
величина погру |
||||||||||
жения зубьев б породу, мы; |
і)2 |
- |
коэффициент |
перекрытия |
зубь |
|||||||||
ев долота, принимаемый равным 7) |
= 2,0 + 1,25; |
m - |
коэффици |
|||||||||||
ент, |
зависящий от расположения зубьев на шарошке. Для расче |
|||||||||||||
тов m |
принимается равным двум; |
z |
- |
число |
зубьев на венце; |
|||||||||
d m |
- диаметр шарошки, мм. Для расчетов |
d w = |
|
0,65 D |
; |
к г |
- |
|||||||
коэффициент проскальзывания |
шарошек, |
к г |
= 0,30 |
+ 0,05; |
/л |
- |
коэффициент трения шарошки о породу. Величину погружения <злбъ-
ев в породу |
принимают равной |
^ -g-hz |
, где |
кг - |
высота самых мелких зубьев на шарошках. |
|
ѵ |
||
Формулы <81), (82), (83) сложны и некоторые из |
входящих |
в них величин недостаточно известны, особенно для шарошечных долот геологоразведочного стандарта.
В связи с этим, для расчета потребной мощности при буре нии шарошечными долотами можно воспользоваться упрощенной фор мулой
|
|
Щ - |
kPD |
л .с . |
(84) |
|
|
71,62 |
|||
|
|
|
|
||
где |
Р |
- нагрузка на долото, Т |
; в - |
диаметр долота, см; |
|
п |
- |
скорость вращения долота, |
об/мин; |
А- - коэффициент, |
учитывающий степень износа долота; принимается в пределах от
0,1 |
до |
0,3; |
к =0,1 - для нового долота. |
|
|||||
|
5. |
|
При бурении сплошным забоем долотами режущего типа |
||||||
|
|
|
|
|
|
3,7-10-5m l)V ö C)K*sinc(p + |
|
||
|
+ 1,280-10'7m /л ('к бсж D* П , |
квт, |
(85) |
||||||
где |
m - |
число лопастей долота; |
D - диаметр долота, мм; Л - |
||||||
скорость подачи за один оборот, |
мм/об; осж - предел прочности |
||||||||
породы |
на сжатие, кг/см^; |
п ■- |
число оборотов долота в мину |
||||||
ту; |
d 0 |
- |
угол |
/ |
резания лопастей |
долота; |
,<х - коэмоициент |
||
|
г |
|
|
|
|
|
|
- ~ |
|
трения долота с |
породу; |
- туштзна долота к моменту его |
|||||||
износа, |
|
м.:; |
(р |
- показатель степени, величина которого зави |
|||||
сит |
от |
h |
(табл.43) |
|
|
|