Введение к работе
Актуальность проблемы. Снижение стоимости буровых работ требует постоянного совершенствования существующего и создания нового бурового породоразрушащого инструмента. Среди таких инструментов особое место занимают долота редуше-скатаваицего типа, оснащенные алмазно-твердосплавными резнами (АТР), позволяющие достигнуть зысоких технических пок зателей. Однако из-зз высокой коммерческой стоимости эти долота, как показали производственные испытания, не всегда рентабельны. Шесте с тем, неизменный прогресс в деле усовершенствования п удешевления долот с АТР позволяет смотреть с оптимизмом на будущее этих долот, В настоящее время научно- исследовательские и конструкторские работы, особенно в США, в основной направлены на усовершенствование материалов и форм АТР, гидравлических систем, технологий использования з режимов бурения алмазным буровым инструментом (АБИ). Однако все эти аспекты исследоваз їжі основываются на базовом факторе, т.е. зависят непосредственно от вооружения долота. Именно конкретный типоразмер ATF, их схема размещения на рабочей поверхности долота, композиционный состав и, наконец, геометрия сама резцов предопределяют все другие факторы. влиянии е на эффективность работы долота в целом. Геометрия АТР имеет важнейшее значение з области усовершенствования вооружения долота, так как именно этот фактор обеспечивает тот или иной характер разрушения горной породы, определявши в конечном итоге энергоемкость процесса разрушения, эффективность работы-резца и, следовательно, долота в целом. Поэтому исследования влипнім геометрии АТР на эффективность разрушения горной породы являются, на наш взгляд, той основой, вокруг которой возможны дальнейшие кснструкторско-технологические работы, нал-
равленные на создание более прогрессивного породоразрушактдзго бурового инструмента. Наконец, изучение геометрии AT? позволяет - открыть новые научные закономерности механизма резания горной породы и определить направления повышения эффективности работы алмазно-твордосплавкых резцов. Таким образом, исследование влия-; нжя геометрических параметров АТР на процесс разрушения горной породы является актуальной задачей.
Цель работы. Определение влияния геометрических параметров ІТР на процесс разрушения горной породы и разработка геометрии ^резцов, обеспечивающей повышение их эффективности. Основные задачи исследований:
-
Определение влияния геометрических параметров АТР на глубину резания горных пород и разработка рациональной геометрии резцов.
-
Определение влияния геометрии АТР на динамику его работы.
-
Разработка математической модели расчета зоны взаимодействия ступенчатого АТР с горной породой.
-
Определение влияния избыточного (дифференциального)' давления на работу АТР со ступенчатым профилем.
-
Определение влияния реяимных параметров на эффективность работы АТР.
Методы иоследованттй. В работе использован комплексный метод, включавший теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие наряду с разработкой математической модели, проверить ее адекватность. В основе лабораторных исследований легат Експерименти линейного резания горной породы различными АТР с измененной геометрией при атмосферном и избыточном давлении на специальном стенде. При разработке методики экспериментальных
исследований использовался метод математического планирования экспериментов Бокса-Уилсона.* Научная новизна.
-
Разработаны теоретические представления и математическая модель работы АТР со ступенчатым профилен.
-
Определена зависимость глубины резания АТР от значений параметров: расстояния медду ступенями, разности высот ступеней, угла резания, осевой нагрузки к скорости резания.
-
Определено влияние избыточного давления на эффективность работы АТР со ступенчатым профилем.
-
Определена зависимость динамики работы АТР от его геометрии .
-
Разработано и защищено патентом (й 4953729/03/056IG0) техническое решение, позволяющее повысить эффективность разрушения горной породы за счет применения новой конструкции АТР со ступенчатым профилем.
Практическая ценность.
Результаты работы дают возможность:
-
Определить рациональные значения геометрических параметров АТР с целью увеличения глубины резания породы.
-
Определить рациональнее значения геометрических параметров АТР с целью улучшения динамических Характеристик работы АТР и долота в целом.
-
Использовать разработанную конструкцию АТР в АБИ с целью повышения механической скорости проходки, а также сокращения алмазных резцов в АБИ.
Реализация работы. Результаты работы переданы для использования в отделе передоразруааКйЦего бурового инструмента ЕНИИБТ. Они применяются при разработке новых конструкций вооружения
буровкх долот и бурильных головок, оснащенных рекомендованными автором ступенчатыми алмазно-ТЕєрдосплавнкми резцами. О сновные зарщаеше пол гонения.
-
Теоретические представления и математическая модель процесса разрушения горной породы АТР со ступенчатым профилем.
-
Методика исследований влияния геометрии ЛТР на эффективность разрушения горной породы.
-
Результаты экспериментальных исследований по определению влияния значений геометрических параметров ATF на глубину .резания и динамику его работы.
-
Конструкция АТР со ступенчатым профилем.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции "Механика горных пород при бурении", проходившей 18-23 сентября 1991 г. в Грозненском нефтяном институте; У Всесоюзной научной конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтегазодобыче", г.Баку, 1991 г.; семинарах лаборатории исследований фундаментальных проблем бурения (J3MD3) ВНИІЇБТ, г.Москва, 1Э31-1992 г.г.; распиренном совместном семінаре отдела породоразрушающего бурового инструмента и ЛИФПБ ВНИІЇБТ, г.Москва, I9S3 г.; секции "Бурение скЕакчн" АЗНШШБМЪ
.г.Баку, 1992 г.
Пубтакргчи. По теме диссертации опубликовано 4'работы. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основній выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, вклюнащего 122 наименования. Работа содержит \\5 страниц машинописного текста, 7 таблиц, f2. рисунков.