3. Выбор долот

3.1 Предварительный выбор типа вооружения долот

Каждый тип долот имеет свою область рационального использования. Эти области характеризуются твердостью горных пород, выраженной в категориях. Перейдем от показателей твердости в МПа к показателям в категориях:

Для наглядности выбора типа долот строятся номограммы, представленные на рис.2

а) б)

Рисунок 2 Номограммы для выбора типов вооружения долот:

а – для долот первого класса; б – для долот второго класса.

Для абразивных горных пород перспективными являются долота типа С и СТ, а для неабразивных –СЗ.

3.2 Выбор типа опор шарошек

Шарошечные долота изготавливаются с четырьмя основными типами опор (АУ, НУ, Н. В), предназначенными для соответствующих им частот вращения долот. Заданная частота вращения долота n = 160 об/мин, этой частоте соответствует опора типа НУ.

3.3 Выбор типа системы промывки

Для долота с опорой типа НУ – гидромониторная система, т.к. n < 250 об/мин. Используя выбранные типы вооружения и опор, принимаем решение о системе промывки, тогда полный шифр выбранного долота будет выглядеть так:

190,5 С-ГНУ(216);

190,5 СТ – ГНУ(234)

190,5 СЗ-ГНУ(617);

В скобках показан шифр долота по международному коду.

3.4 Расчет областей разрушения горной породы долотом 1-го класса

При дальнейшем расчете предельно допустимую нагрузку на долото 215,9 мм будем принимать G_п = 200 кН.

Сопротивление горных пород разрушению в забойных условиях выше, чем в атмосферных, т.е. приведем предел текучести P_о , породы к забойным условиям:

_, (11)

где Р_о3 – предел текучести горной породы в забойных условиях, МПа;

Р_у – угнетающее давление бурового раствора на забое скважины, МПа.

, (12)

, (13)

, (14)

где Р_сд – динамическое давление бурового раствора на забой скважин, МПа;

ρ₁ – плотность бурового раствора, кг/ м³;

ΔР – ожидаемое колебания давления бурового раствора, МПа;

z – глубина бурения по подошве выбранного интервала, м;

Р'_п – относительное пластовое давление, МПа;

к =1,05.

;

;

.

Коэффициент а зависит от Р₀ и вычисляется по формуле:

, (15)

;

;

;

.

3.5 Расчет осевой нагрузки для достижения предела текучести в горных породах

Использование экспериментальных коэффициентов потребовало приведения осевой нагрузки на долото к безразмерному виду G':

, (16)

где к_д =1,2 - коэффициент динамичности нагружения долота;

G и G_s - осевые нагрузки (статическая и необходимая) для достижения предела текучести а горной породе, кН.

Величина G_s для долот 1-го класса рассчитываем по формуле:

, (17)

где ν =0,30 – коэффициент, учитывающий количество одновременно контактирующих с забоем зубьев;

Σl_i – сумма длин рабочих поверхностей зубьев по одному с каждого венца, мм;

b₀- начальное притупление зубьев, мм.

.

Притупление b будет изменяться по формуле:

, (18)

где γ = 22,⁰ – половина угла при вершине зуба, град.;

h =h_з*h_o – износ вооружения, мм.

h=0 мм мм;

h=2.25 мм мм;

h=4,5 мм мм;

h=6,75 мм мм.

Параметры одного элемента вооружения шарошки 1 – го класса приведен на рис. 3

Рисунок 3 Элемент вооружения первого класса шарошечного долота(схема для расчетов параметров износа зуба шарошки)

Осевая нагрузка на долото, соответствующая границе k -го скачка разрушения породы, равна:

, (19)

где G_нк – нижняя нагрузка k-го скачка разрушения породы, кН;

G'_кп- безразмерная нагрузка начала k –го скачка.

По мере выполнения расчетов заполним таблицу 5

Таблица 5 Исходные данные и результаты расчетов осевой нагрузки на долото типа 190,5С-ГНУ(214)

Расчетный параметр	Значение параметра при относительном износе ho=h/hз
	0	0,25	0,50	0,75
h, мм	0	2,25	4,5	6,75
b, мм	1,6	3,22	4,84	6,46
Gн1, кН	13,98	28,14	42,30	56,45
Gн2, кН	48,24	97,08	145,92	194,76
Gн3, кН	72,01	144,92	217,83	290,73
Gн4, кН	101,38	244,82	306,65	409,29

По результатам расчетов построим график зависимостей G_нк от h_o .

График 1 Области разрушения горной породы долотом 1 – го класса

Определяем область диапазонов нагрузки:

1 – ая область G₁ = 138÷200 кН;

2 –ая область G₂ = 119÷200 кН;

3 – ая область G₃ = 101÷200 кН;