Способ оценки эффективности шарошечного долота на стадии проектирования Советский патент 1991 года по МПК E21B10/00 

Изобретение относится к бурению горных пород.

Цель изобретения - повышение точности оценки эффективности долота путем учета реальной кинематики долота и динамики взаимодействия элементов его вооружения с породой.

Способ осуществляется следующим образом.

На лабораторной установке подвергают испытаниям последовательно все различающиеся по конструктивным параметрам элементы вооружения венцов шарошек проектируемого долота. При испытаниях регистрируются значения трех компонент

вектора перемещения вершины элемента вооружения нормального к поверхности образца z, тангенциального г (касательного к проекции траектории вершины на плоскость поверхности образца) и радиального р(направленного в плоскости поверхности образца нормально к двум другим направлениям) и соответствующих им по направлениям трех компонент силы взаимодействия элемента с породой Pz.P-t.Py. В результате могут быть получены экспериментальные зависимости Р2(г,Г, р}. Р(г, т, р) Pp(z, т, р) и V (z, г, р), где V - измеряемый в испытаниях объем лунки разрушения.

Конструкция и кинематика движения шарошек долота определяют траекторию

о

СЬ СЛ

О

движения вершины 3y6az z(t), г T(t),)(t). где t - время. Эти зависимости задаются для всех венцов долота. Их получают либо расчетным путем из известных уравнений кинематики долота, либо путем замеров во время указанных испытаний.

Глубина внедрения в породу зубков на венце г определяется конструкцией долота, колонны бурильных труб, режимными параметрами. Ее можно задавать, например соотношением , при ZD. соответствующем объемному разрушению породы, или получать с помощью расчетов, используя математическую модель работы долота и колонны бурильных труб.

После этого рассчитывается критерий эффективности долота в целом:

N

м

2 Kins I 1

шим выбранного значения Копт., принятого в качестве базового.

Формула изобретения

Способ оценки эффективности шарошечного долота на стадии проектирования, включающий испытания вооружения на образцах горных пород и определение кинематических характеристик, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности оценки эффективности долота пу: тем учета реальной кинематики долота и динамики взаимодействия элементов его вооружения с породой, подвергают лабораторным испытаниям по динамическому внедрению с заданной величиной скольжения последовательно все различающиеся по конструктивным параметрам элементы вооружения, определяют перемещения

этих элементов, силы, действующие на них, и объем разрушенной породы, а эффективность долота определяют по величине критерия:

Изобретение относится к бурению горных пород. Цель - повышение точности оценки эффективности долота путем учета реальной кинематики долота и динамики взаимодействия элементов его вооружения с породой. Для этого подвергают лабораторным испытаниям по динамическому внедрению с заданной величиной скольжения последовательно все различающиеся по конструктивным параметрам элементы вооружения. Определяют перемещения этих элементов, силы, действующие на них, и объем разрушенной породы. Эффективность долота определяют по величине критерия "К", вычисленной по математической ф-ле. Предпочтение отдается варианту вооружения долота с наибольшим "К".

при К| -

Vi

р.

dzi + F . dt 4- Fb, dp

где N - общее число элементов вооружения на долоте;

Рид - твердость породы по штампу;

,2...,М - номер венца (сквозная нумерация венцов производится от периферии к центру, начиная с первой шарошки и кончая центром третьей шарошки);

щ - число элементов вооружения на венце;

zi - глубина внедрения зубков i-го венца;

Vi - объем зоны разрушения под зуб- ком 1-го венца при его внедрении на глубину ZI.

Величины Ki представляют собой обращения удельной работы разрушения, затраченной одним зубком i-ro венца, а К - усредненная по общему числу элементов вооружения на долоте суммарная величина, нормированная с помощью твердости по штампу РШТ. К - безразмерная величина. Чем больше К, тем меньшая работа совер- шается для разрушения единицы объема породы.

Предпочтение отдается варианту вооружения долота с наибольшим X или с К. боль

К -

N

Kim

i 1

ПРИ К| ;

Vj

j Pzi dzi

+ fit, df + Fp. dp

где N - общее число элементов вооружения на долоте;

Ршт твердость породы по штампу;

г 1,2,3М - номер венца шарошки

(сквозная нумерация венцов производится от периферии к центру, начиная с первой шарошки и кончая вершиной третьей шарошки);

щ - число элементов вооружения на венце;

zi - глубина внедрения зубков в породу i-ro венца;

V( - объем зоны разрушения зубком i-ro венца при его внедрении на глубину zi;

z, т, р- нормальное к поверхности забоя, тангенциальное и радиальное соответственно перемещения зубка в процессе внедрения;

PZI,FT(,F/K - силы, действующие на зубок по указанным направлениям его перемещения соответственно.