Режимы бурения и буримость горных пород

Проблема выбора и поддержания оптимальных режимов бурения охватывает забойный процесс разрушения пород и износа долот (коронок), а также конструирования отдельных узлов и агрегатов в целом.
В сферу изучения влияния режимов бурения на его эффективность входят несколько режимообразующих факторов, конкретный показатель которых зависит от вида бурения. Среди важнейших режимообразующих параметров можно отметить:
- осевое усилие на долото, Р;
- частоту вращения снаряда (долото) ω;
- контактную прочность горной породы, Рк.
Для определения оптимальных режимов бурения Б.А. Симкиным приводится довольно громоздкая экономикоматематическая модель, в основе которой лежит себестоимость бурения. Установление рациональных режимов бурения сводится к расчету, кроме правильных соотношений между крепостью пород и соответственно осевым давлением и числом оборотов разрушающего инструмента, а также режимов очистки от буровой мелочи и выбору параметров бурового инструмента.
В наиболее упрощенном виде соотношения между основными параметрами (частота вращения долота, осевое давление, крепость породы) представлены на рис. 2.13. Однако когда необходимо определить закономерность при совместном рассмотрении этих параметров и зависящей от них скорости бурения, прибегают к более сложной формуле:

где к, х, у - эмпирические коэффициенты, величина которых есть функция многочисленных параметров, относящихся к типоразмерам долот, конструкции подающих механизмов, эффективности удаления буровой мелочи и др. Обычно к=0,0024, х=0,907, у=1,1.

Для шарошечного бурения зависимость скорости от параметров режима бурения и контактной прочности пород можно представить в виде (по В.Д. Буткину):

где kQ - поправочный коэффициент, учитывающий качество очистки забоя;
a1 и а2 - параметры, зависящие от типоразмера долота;
Pk - контактная прочность породы;
Pkm - давление зубков на породу, также зависящее от типоразмера долота;
b2 и b4 - параметры, зависящие от типоразмера долот.

Из этого простого перечня параметров большинство их характеризуется типоразмером долот (рис. 2.14). Ниже приводятся рекомендуемые условия применения различных типов долот (табл. 2.6).

Для соответствующих типоразмеров долот ниже приводятся режимы бурения долотом второго поколения (табл. 2.7).

В настоящее время выпускаются шарошечные долота третьего поколения, для которых рекомендуемые параметры режима бурения уточнены, в частности, два главных - частота вращения и осевое усилие.
Зависимости, показанные на рис. 2.15, представляют соотношения между реакцией породы на изменение осевого давления и числа оборотов долота. Однако исследователями (О.Д. Алимов, И.Г. Меликидзе, М.К. Терметчиков, К.И. Иванов и др.) анализировались также связи между давлением на долото и работой бурения, а также между скоростью бурения и затраченной работой и между осевым давлением и удельными затратами энергии (И.А. Тангаев, Я.М. Додис), (рис. 2.15).

---