4.3 Выбор типа опор шарошек

Шарошечные долота изготавливаются с четырьмя основными типами опор, предназначенными для соответствующих им частот вращения долот. Шифры типов опор, рекомендуемые частоты вращения и ожидаемые стойкости Т_оп опор приведены в таблице 4.2. В скобках дан тип опоры по коду МАБП. Первая цифра соответствует опорам для долот 1-го класса, а вторая цифра – опорам для долот 2-го класса.

Таблица 4.2 - Области применения и ожидаемая стойкость опор шарошек

Тип опоры	Частота вращения долота, об/мин	Топ, ч, для долот типов
		М, МЗ	от МС до СЗ	от СТ до К
АУ (6, 7)	45-110	50-100	40-80	25-50
НУ (4, 5)	110-300	15-30	12-24	7-15
Н (1, 3)	300-450	7-12	6-10	4-6
В (1, 3)	450-600	4-7	3-6	2-4

Например, заданная частота вращения долота п_д = 150 об/мин. Этой частоте соответствует опора типа НУ (4) для долота 1-го класса и НУ (5) для долота 2-го класса.

4. Выбор типа системы промывки

Долота изготавливаются с центральной (Ц) и гидромониторной (Г) системами промывки. Долота типов М, ОМЗ, МЗ, МС, МСЗ, С и СЗ и долота всех типов с опорами АУ, Н и НУ изготавливаются только с гидромониторной системой. Долота типов СТ, Т, ТЗ, ТКЗ, К и ОК с опорами типа В изготавливают с центральной системой промывки долота.

Используя выбранные типы вооружения и опор долот, принять решение о типе их системы промывки и записать полный шифр выбранных долот обоих классов, например

215,9СТ-ГНУ (234); 215,9СЗ-ГНУ (545).

В скобках показать шифр долота по коду МАБП (code IADC).

4. Расчетные характеристики долот и горной породы

Наибольшая расчетная нагрузка на долото соответствует или предельно допускаемой по паспорту долота, или назначается по технологическим соображениям. Расчеты выполнить с использованием предельной паспортной нагрузки G_п:

диаметр долота, мм 190,5 215,9 244,5 269,9 295,3

G_п, кН 200 250 270 320 400

Типы шарошечных долот по скалывающей способности делятся на три подгруппы:

1. с низкой скалывающей способностью – СТ, Т, ТК, ТЗ, ТКЗ, К и ОК;

2. средней скалывающей способностью – С, СЗ, МС, МСЗ;

3. высокой скалывающей способностью – М, ОМЗ и МЗ.

Параметры одного элемента вооружения шарошки 1-го и 2-го классов приведены на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3. – Элементы вооружения шарошек 1-го (а) и 2-го (б) классов

Значения параметров приведены в таблицах 4.3 и 4.4.

Сопротивление горных пород разрушению в забойных условиях выше, чем в атмосферных. Это следует учесть путем приведения предела текучести р₀ породы к забойным условиям:

р_0з = k_у р₀, (4.1)

где р_0з – предел текучести горной породы в забойных условиях; k_у – коэффициент, зависящий от угнетающего давления бурового раствора на забое скважины:

k_у = .

Величина угнетающего давления зависит от динамического давления бурового раствора р_с.д. на забой скважины и пластового давления р:

р_с.д = ₁gz + р, (4.2)

где ₁ – плотность бурового раствора; z – глубина бурения по подошве выбранного интервала (пласта); р – ожидаемые колебания давления бурового раствора (по заданию).

Таблица 4.3 - Характеристики вооружения шарошечных долот 1-го класса

Размер и тип долота	Сумма длин зубьев, , мм	Сумма зубьев,	Высота зубьев, hз , мм	Смещение осей шарошек, ko	Притупле-ние зубьев, b0, мм	Сумма венцов на шарошках, тв
190,5M	90	67	11,6	0,073	1,7-1,9	7
190,5MC	116	76	10,5	0,052	1,7-1,9	7
190,5С	116	83	10,0	0,033	1,7-1,9	7
190,5CT	90	87	9,0	0,031	1,6	8
190,5T	90	129	7,4	0,010	1,5	8
200,0М	130	67	12,0	0,070	2,00-2,35	7
200,0С	105	114	10,6	0,032	1,90-2,10	9
200,0Т	104	121	8,8	0,010	1,75	9
215,9M	140	72	13,0	0,074	2,00-2,35	7
215,9MC	132	73	11,0	0,046	1,90-2,10	9
215,9C	113	123	11,5	0,037	1,90-2,10	9
215,9T	112	131	9,5	0,009	1,75	9
244,5M	147	71	17,7	0,065	2,00-2,35	8
244,5MC	150	98	13,1	0,049	1,90-2,10	10
244,5C	150	139	11,8	0,041	1,90-2,10	11
244,5CT	150	178	12,2	0,033	1,75	11
244,5T	152	179	10,0	0,008	1,75	11
250,8M	150	73	15,0	0,064	2,00-2,35	8
250,8C	154	143	13,0	0,040	1,90-2,10	11
250,8T	156	183	11,0	0,008	1,75	11
269,9M	160	75	17,7	0,074	2,00-2,35	8
269,9MC	163	110	13,5	0,052	1,90-2,10	10
269,9C	158	167	10,3	0,037	1,90-2,10	11
269,9T	157	239	8,4	0,011	1,75	11
295,3M	175	82	19,4	0,068	2,00-2,35	8
295,3C	178	183	11,3	0,034	1,90-2,10	11
295,3T	172	260	9,2	0,010	1,75	11

Таблица 4.4 - Характеристики твердосплавного вооружения шарошек

2-го класса

Размер и тип долота	Диаметр зубков d, мм		Сумма диаметров зубков, мм	Смещение осей шарошек, ko	Радиусы, мм
	от	до			Rц	Rс
190,5МЗ	8	12	102	0,073	3,175-3,96	-
190,5СЗ	8	12	102	0,033	3,175-3,96	-
190,5ТЗ	8	12	102	0,005	3,175-3,96	3,175
190,5К	6	10	90	0,005	-	3,0-4,2
215,9МЗ	13	14	120	0,074	3,175-3,96	-
215,9СЗ	13	14	120	0,037	3,175-3,96	-
215,9ТЗ	11	13	120	0,009	3,175-3,96	3,175
215,9К	10	12	116	0,009	-	3,0-4,2
244,5МЗ	13	14	136	0,065	3,175-3,96	-
244,5СЗ	13	14	136	0,041	3,175-3,96	-
244,5ТЗ	12	14	136	0,008	3,175-3,96	3,175
244,5К	11	13	130	0,008	-	4,2
269,9МЗ	13	14	148	0,074	3,175-3,96	-
269,9СЗ	13	14	148	0,037	3,175-3,96	-
269,9ТЗ	12	14	148	0,011	3,175-3,96	3,175
269,9К	11	13	145	0,011	-	4,2

Плотность бурового раствора принять из условия предупреждения притока пластового флюида:

₁ = kp', (4.3)

где р' – относительное пластовое давление (по заданию); k – коэффициент запаса, зависящий от глубины скважины (таблица 4.5).

Таблица 4.5 – Коэффициент запаса

Глубина залегания подошвы пласта, м	 1200	1200  2500	 2500
k	1,10  1,15	1,05  1,10	1,04  1,07

Для горных пород с гранулярной пористостью (аргиллитов, глинистых сланцев, алевролитов и песчаников) принять

р_у = р_с.д – р, (4.4)

где

р = р'р_в. (4.5)

Здесь р_в – давление столба воды на той же глубине z:

р_в= _вgz.

Плотность воды _в принять равной 1000 кг/м³.

Для горных пород с кавернозно-трещинной пористостью принять

р_у = р_с.д. (4.6)

Коэффициент а_у в уравнении (4.1) зависит от р₀ и определяется по формуле

, (4.7)

где – средний предел текучести горной породы, МПа.

Рассчитать величину коэффициента k_у и далее по формуле (4.1) величины р_0з, р_0зв1 и р_0зв2, используя данные таблицы 3.2.