Основные формулы для расчета осевых усилий на забой скважины, на долото и на долото по приборам на устье скважины

Выполнение поставленной задачи обеспечивается, если вкличинаGз рассчитывается с привлечением твердости пород по штампу согласно условию:

гдеFk – площадь контакта вооружения долота с забоем в момент приложения всей величины G, Кд – коэффициент динамичности приложения Gз, Кд=1, 0…1, 3 и зависит от возможностей привода, Рш – в Н/м2, Gз – в Н.

В настоящее время достаточно хорошо известны величины Pш, Ктв и Ка (категории твердости и абразивности). Таким образом, остается правильно определить Fк.

Методика расчета Fк: Ширина Вз измеряется (от вершины зуба к его основанию) на расстоянии =0, 5…2, 0 мм. Нижний предел

следует брать для твердых и крепких пород, верхний – для мягких и мягко-средних. Анализ работ УНИ по разрушению пород подтверждает это. При роторном бурении может быть и δ з> 2 мм (δ з = δ з1 • кz; кz – число зубьев долота, одновременно контактирую-щих с забоем под усилием G); кz = 3-4; 4 зубца брать для долот диаметром более 269 мм.

Сумму длин зубцов по образующим шарошек, одновременно находящихся в интенсивном силовом контакте с забоем, находим по формуле:

где Кl– коэффициент, который учитывает, что при бурении с забойными двигателями в определенный момент времени забой разрушается зубцами венцов П и смежных с ними или зубцами центральных венцов (по отношению к оси долота), что неизбежно при поперечных колебаниях долота: Кl = 0, 67…0, 33 при среднем значении Klср = 0, 5, особенно для более мягких пород; li– сумма длин зубцов по образующей от одной шарошки;

е0 – число шарошек, находящихся в одновременном (или с незначительной фазой в отставании) интенсивном силовом контакте с породой на забое скважины

Обычно е0 ≠ 3, так как в противном случае постоянно происходили бы биения долота с утроенной h3 и нормальный процесс бурения был бы практически невозможен с применяемой техникой и технологией бурения. Опыты, проведенные исследователями кафедры бурения ТюмИИ (1967–1969 гг.), показали, что при турбинном бурении в тех породах, где биения неизбежны, они появляются менее чем в 25% случаях от процесса продольных зубцовых вибраций долота, причем амплитуда биений составляла около 2⋅ hз, изредка достигая 3⋅ hз, то есть в основном ео ≠ 3, что также обусловлено поперечными вибрациями долота. При турбинном бурении в расчетах можно принимать ео ≈ 2, 2. При анализе виброграмм [12, 16] установлено, что в процессе роторного буренияео ≈ 1, то есть шарошки по разрушению забоя работают в основном последовательно. Очевидно, такой характер работы долота при турбинном и роторном бурении определяет скорость износа их опор. При низкооборотном бурении с ГЗД величина ео составляет промежуточное значение по сравнению с е0 для вышеуказанных случаев, с вероятной величиной ео= 2.

Таким образом, для инженерных расчетов при турбинном бурении:

Для турбинного бурения можно принять

а при бурении с низкооборотными забойными двигателями и роторном способе соответственно (взр> вз):

;

Когда при вершине шарошек есть зубцы, то для турбинного бурения можно принять

Необходимо помнить, что li и вз лучше измерять непосредственно на долотах и как средневзвешенные из нескольких замеров на всех шарошках по всем венцам, причем для долот диаметром менее 269 мм вз редко превышает 5 мм.

Нагрузку Gз при всех вариантах определения Fк рассчитываем по формуле (7.13), после чего найдем осевые нагрузки на долото и по ГИВу

где - осевая сила сопротивления (трения) при движении бурильного инструмента вниз в процессе углубления забоя