Долота з породою

 

За принципом взаємодії з гірською породою усі механічні породоруйнуючі інструменти для буріння свердловин можна розділити на три класи: ріжуче-сколююючі, дроблячі і дробляче-сколюючі.

Схема взаємодії ріжуче-сколюючого інструменту з гірською породою показана на рис. 10.1, а. Зі схеми видно, що притиснутий до вибою з силою P_z елемент озброєння долота зрізує (сколює) породу, переміщуючись зі швидкістю V_q. За цією схемою основними характеристиками умов руйнування породи є: швидкість руху V_q, сили P_z і P_q і властивості породи.

а – різання-сколювання; б – дроблення; в – дроблення-сколювання   Рисунок 10.1 − Схеми взаємодії елементів озброєння доліт з гірською породою

За другою схемою (рис. 10.1, б) долото дроблячої дії здійснює прямі удари по поверхні вибою свердловини. Динамічний процес руйнування описується двома рівняннями – кінетичної енергії T_к інструменту і потенціальної енергії деформування породи U:

(10.1)

, (10.2)

де m – маса долота і ударної штанги;

V₀ – швидкість в момент удару долота по породі;

d_max – максимальна глибина занурення породоруйнуючого елемента долота в породу;

P_z(d) – опір гірської породи проникненню долота.

Умова T_к =U є основною при аналізі ударної взаємодії інструменту з породою.

Найскладнішою є третя схема (рис. 10.1, в) взаємодії елементів озброєння доліт дробляче-сколюючої дії. Зуб долота, що взаємодіє в певний момент з породою, втискується в неї із зусиллям P_z і одночасно приймає участь в обумовленому кінематикою долота ковзанні зі швидкістю V_q і обертанні з кутовою швидкістю w.

В це же час сусідній зуб рухається до поверхні породи зі швидкістю V_у і ударяється об поверхню породи

, (10.3)

де (r – відстань від вершини зуба до миттєвого центра обертання шарошки).

В наступний момент часу навантаження перерозподіляється з першого зуба на другий, і перший зуб виходить з контакту з породою. Таким чином, кожен елемент озброєння долота періодично наносить по породі складні дробляче-сколюючі удари.