Диссертация Повышение эффективности при бурении геотехнологических скважин в условиях ПВ (стр. 8 )

Следовательно, коэффициент относительной стойкости твердых сплавов и стали, это есть отношение предела прочности их на растяжение к показателю максимальных касательных напряжений породы.

Учитывая скачкообразность процесса разрушения и различные скорости и пути соприкосновения зубков зависимые от расположения венцов от центральной оси забоя скважин минимальная величина относительной стойкости зубков с учетом из запаса прочности нами принята равной – 2

т. е. 

где – предел прочностина растяжение материала зубков из которых они изготовлены

Таблица 3.1.

Определение физико-механические свойства золоторудных месторождений Узбекистана

Наимено-вания месторож-дений	Наименования гор. пород	Физ. свойства пород	Механические свойства пород	Технологические свойства гор. пород	Свойство влияющие на износ и стойкость раб. органов инструментов	Относит. стойкость тв. сплавов и стали
Объем вес г/см3	Удельн вес г/см3	Порис-тость %	Сопрот на сжатие кг/см2	Сопрот на растяж. кг/см2	Модуль Упруг. Е 105 кг/см2	Коэф. Паус-сона	Угол внутр трен. град.	Сцеп-ление кг/см2	Креп. по Протодьяконову f	Буримость по ЕНВ	Степень трешино- ватости	Степень устойчи-вости	Угол скалывание град.	Абра-зив-ность грамм	Контакт. Проч-ность кг/см2	Мах. касател. напр. кг/см2	Вк-8 σр=8000 кг/см2	Вк-15 σр=13400 кг/см2	Сталь σр=3000 кг/см2
Кызыл-кум	Алевролиты Сланцы Бречки	2,30 2,20 2,33	2,70 2,75 2,74	0,81 0,80 0,85	1217 910 905	460 380 250	4,5 4,2 4,0	0,25 0,30 0,28	32 25 27	260 200 230	9ч12 6ч10 8ч9	IV-VII IV-VI VI-VII	Трещиноватые и сильнотре-щиноватые	Средней устойчи-вости	100 110 120	24 18 17	1370 1070 760	1680 1420 1340	4,72 5,63 6,00	8,0 9,4 10,0	1,8 2,1 2,4
Белтау	Углисто-глинистые сланцы Кварцово-слюдистые сланцы Песчаники Акварцов. пор Кремнис. пор.	2,70 2,70 2,70 2,72 2,72	2,72 2,78 2,78 2,78 2,75	0,80 0,86 0,87 0,86 0,80	600 770 810 1200 1800	88 71 74 140 150	3,5 3,5 4,0 4,5 6,1	0,3 0,28 0,25 0,25 0,25	40 36 38 40 36	110 125 200 290 400	4ч8 7ч9 8ч12 12ч16 16ч20	IV-V V VI-VII VI-VIII IX-X	Сильнотрещи-новатые, тре-щинноватые	Не устой-чивые Ср. устой-чивости Возмож. осепания скважин	100 110 110 120 120	18 28 35 42 46	1050 1130 1270 2070 2560	1150 1300 1550 2400 3900	7 6,1 5,15 3,3 2,05	11,7 10,3 8,65 5,5 3,4	2,6 2,3 1,8 1,25 0,76
Кокпатас	Песчаники Сланцы Известняки Габроиты	2,54 2,70 2,50 2,70	2,75 2,80 2,72 2,72	0,91 0,94 0,88 0,99	1190 1250 1100 1150	101 182 225 205	4,0 4,5 4,5 4,5	0,3 0,32 0,25 0,27	44 42 36 40	200 210 230 200	10ч14 10ч14 9ч12 10ч15	VII-VIII VI-VIII V-VII VII-VIII	Трещино-ватые	Ср. устойчи-вости	110 100 110 120	36 40 32 40	2300 2500 2400 2600	2750 3100 2700 3200	3,0 2,6 3,0 2,5	4,8 4,3 4,54 4,1	1,8 0,97 1,1 0,94
Зарафшанская Беран Каракутан Сармиш	Кремнистая порода Песчаники Гланцы с пражилками кварца Углисто-глинистые гланцы	2,72 2,70 2,78 2,70	2,75 2,78 2,80 2,72	0,96 0,97 0,91 0,90	1750 1100 800 650	250 104 80 97	5,0 4,0 3,5 3,5	0,25 0,25 0,3 0,35	46 38 36 40	295 200 125 110	16ч19 9ч12 8ч12 6ч9	VII-X VI-VIII V-VII V-VI	Трещинно-ватые и сильно-трещино-ватые	Не устойчивые Возможно оседание скважин	125 120 110 110	47 41 36 28	2850 2650 2400 2100	3400 3000 2800 2600	2,3 2,7 2,84 3,0	4,0 4,4 4,8 5,0	0,88 1,0 1,07 1,14
Зармитан	Роговики Граносилниты Эссенгит-парфира Граниты Окварцованная порода	2,75 2,80 2,70 2,75 2,80	2,76 2,85 2,85 2,80 2,85	0,996 0,997 0,99 0,99 0,99	1600 1800 2240 2700 3100	216 140 212 340 260	5,0 5,5 6,0 6,0 5,0	0,25 0,25 0,25 0,25 0,25	30 32 36 30 30	190 130 200 315 365	14ч17 16ч18 20ч22 18ч25 25ч30	VII-VIII VIII-IX IX-XI X-XII XI-XII	Слабо-трещино-ватые, монолитная	Устойчивые, весьма устойчивые	120 140 140 140 130	38 45 44 43 52	3000 3400 4000 4400 5100	3600 3900 4600 5500 6500	2,2 2,01 1,74 1,45 1,23	3,7 3,4 2,8 2,44 2,05	0,88 0,77 0,65 0,55 0,46

фmax – максимальная касательная напряжение породы при внедрение зубков

– величина относительной напряжение породы зубков больше или равно к – 2.

Как видно из таблицы шарошечное долота зубками из твердосплава ВК-8 возможно применения во всех месторождениях приведенных в таблице за исключением отдельных пород Зармитанского месторождения, а зубки из твердого сплава ВК-15 во всех породах месторождений без исключения. Область применения долот со стальными фрезерованными зубками ограничивается породами углисто-глинистых сланцев, алевролитов, неокварцованных песчаников, в остальных породах их применение нецелесообразно из-за недостаточной стойкости, менее 2х.

3.2. Методика лабораторных исследований

Методика экспериментальных исследований взаимодействия рабочих органов долота с породой в условиях забоя скважин должна основываться с одной стороны на закономерностях процесса и механизма разрушения горных пород и с другой на закономерностях кинематики движения их рабочих органов зубков, венцов и шарошек из которого состоит породоразрушающий инструмент – долото. Процесс и механизм разрушения и кинематика долота зависит от условия в которых они работают, от характера и направлении взаимодействия рабочих органов, от их геометрии размеров и формы. Экспериментальные исследования выполнены в максимально приближенных условиях соответствующий реальному процессу бурения и происходящих при этом явлении.

За основной критерий усилия и параметров разрушения при взаимодействии зубка и забоя скважины приняты их величин соответствующие моменту крупного скачка разрушения, что является определяющим фактором оценки сопротивляемости пород и энергоемкости процесса бурения скважин.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на породах наиболее часто встречающихся при разработке золоторудных месторождений и строительных материалов в республике Узбекистан.

Из перечисленных пород выпиливались блоки размером 250x250x250 мм. На боковых плоскостях блоков с помощью специального инструмента фрезерного типа армированными пластинами из твердого сплава выбуривалась скважина диаметром 100 – 120 мм, глубиной 20 – 25 мм, с формой плоскости забоя: плоской, с углом вогнутости к горизонту – 300 и сферическая с радиусом сферы ф=d (где d – диаметр долота), схема забоя в разрезе показаны на рис. 3.1.

Рабочий орган долота зубок представляет собой отлитый из твердого сплава ВК – 15 зубок диаметром 10 мм высотой 30 мм со сферической головки, который припаян в металлический стержень с отверстием на торце диаметром равной диаметру зубка. Стержень с помощью специального приспособления жестко монтируется на верхней плите гидравлического пресса. На нижнюю плиту устанавливается блок породы со скважиной. Вдавливание зубка производилась на различном расстоянии от контура стенки скважины, если расстояние вдавливания зубка от контура стенки скважины обозначить буквой – L, изменения расстояния брались относительно диаметра зубка т. е. L =0d; 0,25·d; 0,5·d; d; 1,5·d.