2. Расчет частоты вращения породоразрушающего инструмента

Каждому классу пород и типу долот соответствуют свои оптимальные частоты вращения инструмента, при которых разрушение горных пород максимально. Расчет частоты вращения для шарошечных долот производится из условий:

• создания оптимальной линейной скорости на периферийном венце шарошки;

• по времени контакта зубьев долота с горной породой;

• по стойкости опор.

Для безопорных долот расчет производится только из условия создания необходимой линейной скорости на периферии долота. Расчет в этом случае ведется по формуле:

, (8)

где V_л – рекомендуемая линейная скорость на периферии долота, м/с;

D_д – диаметр долота, м.

Для шарошечных долот линейная скорость принимается:в породах М – 3,4-2,8 м/с; в породах МС – 2,8-1,8 м/с; в породах С – 1,8-1,3 м/с;в породах СТ – 1,5-1,2 м/с;в породах Т – 1,2-1,0 м/с;в породах К – 0,8-0,6 м/с.

Для алмазных и ИСМ долот V_л = 3-5 м/с, для долот PDCV_л = 1-2 м/с.

Меньшие значения линейной скорости берутся

• в трещиноватых неоднородных породах;

• в твердых абразивных породах;

• при повышенных осевых нагрузках;

• для шарошечных долот с твердосплавным вооружением.

Расчет частоты вращения шарошечного долота n₂ по минимально допустимому времени контакта зуба долота с породой ведется по формуле:

, (9)

где d_ш – диаметр шарошки, мм;

τ – минимальное время контакта зуба долота с породой, мс;

z – число зубьев на периферийном венце шарошки;

D_д – мм.

Для современных шарошечных долот в среднем d_ш=0,65 D_д. Минимальное время контакта для упруго-пластичных пород равно 5-7 мс, для упруго-хрупких – 6-8 мс, для пластичных – 3-6 мс. Меньшие значения принимаются в более твердых породах. Число зубьев на периферийном венце шарошки зависит от типа долота, его диаметра и номера шарошки. В среднем оно может быть принято для долот диаметром 142,9-190,5-20 шт; 215,9-244,5-22 шт; 269,9-349,2-24 шт.

Максимально допустимая частота вращения шарошечного долота n₃ по стойкости опоры ведется по формуле

, (10)

где α – коэффициент, характеризующий свойства горной породы;

Т_о – стойкость опоры, час;

Т_о = 0,0935*D_д (11)

где D_д – мм.

Для мягких пород α=0,7-0,9, для средних α=0,5-0,7, для твердых α=0,3-0,5, то есть с увеличением твердости пород этот коэффициент уменьшается.

Для шарошечных долот из рассчитанных значений n₁, n_{2 ,}n₃ первое является оптимальным, а принятое не должно быть больше меньшего из значений n₂ и n₃ . Для безопорных долот принимается значение n₁.

Общие рекомендации по осевой нагрузке на долото и частоте вращения инструмента сводятся к следующим:

• с увеличением твердости горной породы осевую нагрузку следует увеличить при одновременном снижении частоты вращения;

• в трещиноватых неоднородных породах указанные параметры процесса бурения следует снижать;

• в течение рейса осевая нагрузка постепенно увеличивается.

В Приложении 5 приводится пример оформления результатов проектирования частоты вращения породоразрушающего инструмента по интервалам бурения.