Часть 8
Осевая нагрузка
Стоит разобраться в вопросе, как влияет осевая нагрузка на механическую скорость проходки и что ее ограничивает (ведь невозможно сколь угодно много «грузить» долото).
В общем виде, выделяют несколько этапов влияния осевой нагрузки на механическую скорость проходки:
1. Этап поверхностного разрушения, когда осевая нагрузка недостаточна для полноценного внедрения резцов (зубков) в горную породу – по факту это обеспечивает истирающий способ разрушения. Другими словами, при использовании алмазного породоразрушающего инструмента (матричного или импрегнированного типа), принцип работы которого также основан на истирающем способе разрушения, использование даже незначительных осевых нагрузок может привести к эффективному разрушению.
2. Этап усталостного разрушения, когда осевая нагрузка достаточна для того, чтобы в несколько циклов воздействия производить разрушение горной породы на величину вооружения. То есть, порода испытывает циклическую нагрузку от вооружения и постепенно разупрочняется, а затем происходит этап хрупкого разрушения.
3. Этап объемного разрушения, когда осевая нагрузка обеспечивает внедрение вооружения на определенную глубину (зависит от площади контакта вооружения и горной породы, величины вооружения, твердости горной породы и осевой нагрузки) и приводит к разрушению за 1 цикл воздействия.
От первого этапа к третьему логично представить, что осевая нагрузка будет возрастать для обеспечения описанных условий. Таким образом, первоначально можно сделать вывод, что осевая нагрузка влияет на механическую скорость бурения почти прямопорционально. Но это не так. Есть ограничивающие факторы.
1. Прочность долота – механическая прочность долота и вооружения – то есть эта такая величина осевой нагрузки, при которой долото разрушится, либо будет подвержено очень сильному износу. Такие осевые нагрузки фактически недостижимы по причине нижеследующего фактора.
2. Жесткость бурильной колонны – с увеличением осевой нагрузки возрастают боковые силы и сжимающие нагрузки на бурильную колонну, которые могут привести к потере устойчивости инструмента, формированию синусоидального, а затем спирального изгиба. В этом случае дальнейшее увеличение осевой нагрузки (разгрузка) на забой нецелесообразна, поскольку она будет передаваться уже не на долото, а на стенки горной породы.
3. Величина вооружения долота – как было сказано выше это один из показателей, влияющих на глубину внедрения в породу наряду с ее твердостью и площадью контакта с вооружением. Логика в том, что при увеличении осевой нагрузки будет происходить постепенное углубление вооружения в горную породу, что приведет к увеличению механической скорости проходки. Но когда вооружение погрузится полностью в горную породу – эффективность создания осевой нагрузки снизится, поскольку площадь контакта между породой и долотом будет определяться не пятном контакта под вооружением, а общей площадью торцевой поверхности долота. Другими словами, закономерно увеличивать осевую нагрузку до момента полного погружения вооружения в горную породу.
4. Мощность привода долота – она определяет возможность создания требуемого крутящего момента при действующей осевой нагрузке, то есть мощность привода должна обеспечивать превышение реактивного крутящего момента со стороны горной породы. В противном случае долото просто не будет вращаться.