Литература
1. Булатов А.И., Просёлков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учебник для вузов. – М.: Недрабизнесцентр, 2003.- 1007 с.
2. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчёты при бурении глубоких скважин: Справ. Пособие/Под ред. А.Г. Калинина.- М.: Недра, 2000. – 489 с.
3. Добровольский В.И. Сопротивление материалов/ учебник. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. – 404 с.
Проблемы механики разрушения грунтов и горных пород
Существующая методика определения режимов бурения основана на использовании эмпирических формул, полученных на основе опытных данных, полученных в схожих горно-геологических условиях. Основные параметры режима бурения рассчитываются по следующей методике [2].
1. Осевая нагрузка Pос вычисляется по интервалам горных пород по 3-м эмпирическим формулам, в зависимости от: 1) крепости горных пород, 2) удельной нагрузки на долото, 3) по паспорту долота. Принимается наибольшее из трёх значение.
2. Крутящий момент Mкр определяется по заданному для долота отношению окружной к осевой силе T/ Pос .
3. Частота вращения n долота принимается по паспорту долота в пределах n=100-150 мин-1.
4. Мощность определяется по моменту и частоте вращения N= Mкр * πn/30.
5. Средняя скорость проходки определяется по мощности и осевой силеV= N/ Pос
6. Подача долота (мм/об) определяется по формуле y= 1000 V/(πn/30).
7. Глубина внедрения зубьев определяется, в зависимости от числа шарошек и числа зубьев в шарошке по формуле h=y/(nш *z).
Видим, что методика основана на опытных данных, полученных в сходных условиях и поэтому не позволяет определить пути снижения затрат энергии в данных конкретных горно-геологических условиях проектируемой скважины.
Современное состояние механики разрушения грунтов и горных пород [3]
Силы, действующие при бурении горных пород
1. Процесс разрушения (трещинообразования) твёрдого тела
Механика разрушения (механика трещин) – это новая часть науки о прочности, в которой рассматривается напряжённо-деформированное состояние материала в окрестностях трещины (скважины), с целью прогнозирования возможности разрушения материала.
Практика показывает
Разрушение может применяться с пользой для снижения энергоёмкости процесса, за счёт использования особенности разрушения грунтов и горных пород. Особенность заключается в том, что горные породы легко разрушаются при растяжении и сдвиге. Поэтому профиль режущих элементов должен способствовать созданию напряжений растяжения и сдвига в разрушаемом слое породы (модель Гриффитса).
Круговая диаграмма напряжённого состояния (круг Мора
В каждой точке напряжённого тела существует такая система осей x,y,z, в которой касательные напряжения равны нулю. Такие оси x,y,z, называются главными осями, а нормальные напряжения, параллельные главным осям x,y,z,, называют главными напряжениями ϭ1, ϭ2 , ϭ3. Главное напряжение ϭ1 параллельно оси x, ϭ2 параллельно оси y, а главное напряжение ϭ3 параллельно оси z. При этом по определению ϭ1 > ϭ2 > ϭ3. При бурении ось x и ϭ1 направлены по оси скважины, а на криволинейных участках – по касательной в точках профиля. Каждой главной оси соответствует семейство секущих главных площадок, параллельных этой оси и наклонённых к главной площадке под углом α.
