Выбор режимов бурения резанием

Расчет параметров бурения резанием сводится к определению усилий, действующих на буровом инструменте и производительности шнекового бурового става при шнековой или шнеко-пневматической очистке скважины.
Для коронок (долот) со сплошным лезвием крутящий момент определяется из выражения:

где σ - временное сопротивление породы смятию;
k - коэффициент, учитывающий неполноту контакта передней грани долота с породой и равный 0,5-0,7;
m - число перьев долота;
h - толщина снимаемого слоя (стружки);
D - диаметр коронки (долота);
с - коэффициент, равный 0,7)1,5;
μ - коэффициент трения коронки о породу.
Усилие подачи регламентируется скоростью и частотой вращения снаряда:

где v - скорость бурения; n - частота вращения.
Для коронок с прерывистым лезвием, момент на коронке составляет:

где Pcp - среднее усилие резания и может быть определено по соотношению:

где Pк - контактная прочность породы;
Kσ 0,5-0,75 - коэффициент на угол наклона передней грани коронки;
KD 1+0,0025(300-D) - коэффициент, учитывающий кривизну траектории;
Kφ, Kα - коэффициенты, учитывающие форму резца;
KB - коэффициент, учитывающий ширину резца;
F - сечение снимаемой стружки.
Основными регулируемыми параметрами режима являются усилие подачи, частота вращения и расход воздуха на очистку при бурении с продувкой.
Для достижения объемного разрушения осевое усилие на единицу площади контакта коронки с забоем должно быть больше временного сопротивления породы сжатию, т.е.:

где S - суммарная площадь контакта; f - коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову.
Для острого инструмента допустимая удельная нагрузка на единицу длины лезвия должна составлять:

где lk - суммарная длина линии контакта коронки с забоем.
Частота вращения оказывает влияние не только на скорость бурения, но и на эффективность очистки скважины. С ростом nвр увеличивается скорость бурения, резко растет энергоемкость процесса, износ долота и, естественно, падает крупность шлама.
В случае продувки сжатым воздухом, его расход должен составлять:

где а - коэффициент запаса, принимается равным 1,2;
D - диаметр коронки;
Dш - диаметр шнека;
U - скорость движения воздуха в затрубном пространстве. Энергоемкость процесса связана с затратами энергии на резание, подачу и транспорт буровой мелочи:

где Vn - скорость подачи разрушающего инструмента;
Np - мощность, затрачиваемая на резание, вычисляемая как:

Nп - мощность, затрачиваемая на подачу:

Мощность на транспорт буровой мелочи Nтр вычисляется по соотношению:

Обозначения в формулах:
d - диаметр вала шнека;
ηn - кпд передач;
μ1 - коэффициент трения скольжения частиц породы о стенки скважины;
L - глубина бурения;
ψ - коэффициент заполнения межвиткового пространства, равный 0,25-0,3;
k1 - коэффициент, учитывающий перемещение дробленой буровой мелочи шнеком, равный 1,25-2,0;
r - радиус шнека;
u0 - осевая скорость транспортирования;
β - угол наклона оси шнека к вертикали;
α - угол подъема винтовой линии спирали;
z - коэффициент дублирования резцов;
f2 - коэффициент трения инструмента о породу, равный 0,3-0,7;
Pm - усилие механизма подачи;
1 - ширина частицы породы или ее эквивалентный диаметр:

---