Создание долота PDC. Презентация Microsoft PowerPoint. Создание долота pdc
 Скачать 0.55 Mb.
|
Создание долота PDCДолота PDC. PDC долото – породоразрушающий инструмент, рабочим органом которого является основание с поликристаллическими композитными вставками. Долота PDC, в отличии от шарошечных, не имеют подвижных элементов, что существенно уменьшает риск потери их частей в скважине, а также, помимо этого они и используют совершенно иной способ разрушения горной породы – срезание. Разрушение горной породы путем ее срезание намного эффективнее дробления, в связи с чем обеспечивается существенное увеличение как механической скорости бурения, так и проходки на долото. В зависимости от типа PDC долота, оно может иметь либо стальное, либо матричное основание: – при стальном основании, поликристаллические алмазы заварены в него при с помощью пайки; – при матричном основании, поликристаллические алмазы заварены в порошковую матрицу. В настоящее время уделяется огромное внимание разработке новых форм, лопастей и резцов PDC долот, что в свою очередь позволяет бурить все более крепкие породы, а также использовать их для работы в интервалах с переслаиванием горных пород. Конструкция долот PDC. Данная серия алмазных буровых долот PDC специально разработана для бурения твердых пород IV-VII категории твердости. При создании этих долот применяются резцы повышенной ударо- и абразивостойкости. Специально спроектированный профиль долота и оптимально подобранное количество лопастей обеспечивают максимальное перекрытие резцов, защищающее долото от преждевременного износа. С целью повышения стабильного поведения долота на забое применена спиральная форма лопастей. Набор конструктивных решений воплощенные в этих долотах позволяет получить максимальные значения скорости, проходки и отличную управляемость как при бурении вертикальных так и наклонно-направленных скважин. Способы воздействия на горную породу. Режуще – скалывающее действие: Долото имеет сложную прерывисто – ступенчатую форму и оснащается крупными резцами PDC. Крупные резцы долот PDC предназначены для разрушения хрупких пород Ⅲ - Ⅵ категории по буримости. Ступенчатая форма долота обеспечивает наиболее эффективное разрушение пород в нескольких параллельных плоскостях. При этом резцы, работающие на уступах, скалывают крупные куски породы, что обеспечивает достаточно высокую стойкость долот и довольно низкие энергозатраты на разрушение породы. Механизм работы резца, оснащенного PDC, осуществляется разрушение пластиной породы путем резания с большим съемом породы. При этом механизм работы резцов PDC при бурении твердых горных пород отличается от механизма работы импрегнированного бурового инструмента, так как существенно зависит от формы и схемы расстановки резцов с пластинами в коронке. Плюсы и минусы долот PDC. Плюсы: Отсутствие в конструкции подвижных частей; Высокая износостойкость; Самозатачивающее действия резцов; Низкая требуемая осевая нагрузка при высоких скоростях бурения. Минусы: При лучшей эффективности, на вращение требуется больше энергии; Высокая стоимость ПРИ. Исходные данные. Горная порода - аргиллит Диаметр долота – 190мм Частота вращения – 250 об/мин Характеристика горной породы. Аргиллит — твердые породы, продукт дегидратации, спрессования и перекристаллизации глин. По минералогическому и химическому составу аргиллиты очень сходны с глинами, но отличаются от них большей твёрдостью и неспособностью размокать в воде. Сложены в основном глинистыми минералами гидрослюдистого, монтмориллонитового и хлоритового типов с примесью частиц кварца ,слюды ,полевого шпата. Подобно глинам, аргиллиты образуют либо массивные пласты, либо микрослоистые (плитчатые) разновидности. Аргиллиты — типичные осадочные породы, характерные для областей, подвергшихся действию высоких температур и давлений, чаще всего это складчатые области из глубоко погруженных осадочных толщ. Аргиллит является разновидностью камнеподобной сланцеватой глины. Порода бывает синевато-серой, чёрной, аспидной, светлой, беловатой окраски. Блеск — шелковистый, смолянистый. Твёрдость — 3,5—4,0. Плотность — 1,3—2,6 г/см3. Выбор долотаКоличество лопастей.Выбор количества лопастей для долота PDC можно выбрать с помощью таблицы. Шестилопастное долото – наиболее универсальный и оптимальныйинструмент для бурения пород и интервалов, сложенными различными типами пород от мягких и средних до пропластков твердых.Нулевая точка Особый интерес представляет так называемая «нулевая» точка на торце долота при сплошном без отбора керна бурении. Эта точка располагается в геометрическом центре торца. Уникальность её состоит в том, что скорость резания-скалывания породы в ней равна нулю, путь трения стремится также к нулю, а порода может разрушаться только раздавливанием. Это обстоятельство приводит к изнашиванию инструмента в области, прилегающей к «нулевой» точке, и способно резко ограничивать скорость разрушения горной породы при бурении. Проблема «нулевой» точки особым образом решается при проектировании долот. в долотах режуще-скалывающего действия (алмазные, с твердосплавными резцами или резцами PDC) не выполняется центральный промывочный канал для прохода бурового раствора, так как он будет перекрываться породой из центра забоя; промывочный канал выполняется только с боковым расположением. Для подрезания породы в центральной части забоя устанавливается резец, направленный от периферии центральной выемки на торце к центру, т.е. с боковым расположением резца Рисунок 2 центральная точка долота PDC График зависимости изменения скорости от изменения расстояния от центра к периферииПроектирование долота PDC Отрицательный передний угол установки резцов γп может быть (15–20º) при размещении резцов ближе к центру долота и уменьшаться при установке резцов в направлении к наружной кромке торца долота. Угол поворота резца φр может изменяться в пределах 0–10º и увеличиваться в направлении от центра к периферии торца. При этом важны следующие рекомендации при выборе схемы установки резцов. Угол поворота резца φр может изменяться в пределах 0–10º и увеличиваться в направлении от центра к периферии торца. При этом важны следующие рекомендации при выборе схемы установки резцов. Диаметры резцов: 10, 13, 16, 19 мм (выбрал 10 мм) Расстояние между резцами 3-5 мм Число резцов 6 Расстояние резцов от центра 0,00741мм 0,0274 мм 0,0475 мм 0,0676 мм 0,0876 мм 0,107 мм Параметр прочности горной породы σск при повышении скорости резания-скалывания vл будет также возрастать. Pос =36000 Н Угол скалывания γск выбирается 15° - 30° (выбрал γск = 15°) Коэффициент трения резца PDC о породу f=0.8 Угол внутреннего трения породы (порода - песчаник) φп = 25° Формулы расчета Усилие R – результирующая осевой силы Рос и тангенциальной силы резания-скалывания породы Fр . равнодействующее усилие R сил резания-скалывания Fр и осевого усилия Рос определим из соотношения Из формулы следует, что Усилие резания-скалывания породы Fp Размер площадки скалывания Sск рассчитываем как площадь половины эллипса с полуосями 0,5ρ и АВ: После подстановки полученной формулы в формулу определим усилие резание-скалывания породы резцом с учетом возможности установки резца1 с поворотом в направлении резания-скалывания породы φр: Используя ранее полученное выражение для расчета Fp можно определить глубину резания-скалывания породы h из равенства полученных формул. Глубина резания-скалывания: Из полученной формулы следует ряд важных выводов о влиянии на глубину резания-скалывания породы резцом PDC таких параметров, как: передний угол резца γп; угол поворота резца относительно направления резания-скалывания породы φр; изменчивость предела прочности горной породы на скалывание σск, вследствие повышения скорости перемещения резца, например при росте частоты вращения долота. В этом случае предел прочности σск будет увеличиваться, а значит, глубина резания-скалывания породы h снижаться. Выполним расчет глубины резания-скалывания породы резца для всего долота с выбранными данными
=0,00344м=3,4мм =0,00347м=3,4мм =0,00342м=3,4мм =0,00344м=3,4мм =0,00345м=3,4мм =0,00342м=3,4мм Схема установки резцов наторце долота с учетом скоростей резания-скалывания породыЛинейная скоростьЛинейная скорость резания-скалывания в зависимости от радиуса r траектории резца (рис.4), размещенного на торце долота, и частоты вращения долота ω определяется выражением:На рисунке показаны схемы распределения скоростей резания-скалывания резцами долота и установки резцов на торце долота. Из приведенных зависимости и схем следует, что если линейная скорость в центральной точке торца долот равна нулю, то, для долота диаметром 190 мм (0,19 м) при частоте вращения долота 250 мин–1 (4.16 с –1 ) линейная скорость резца, размещенного на внешнем радиусе торца долота, будет 4,96 м/сВ результате такого распределения скоростей резания-скалывания резцы долота, размещенные ближе к наружному диаметру, будут иметь меньшее заглубление в породу, чем резцы, размещенные ближе к центру торца долота, так как испытывают повышенное сопротивление резанию-скалыванию породы, которое, как известно, растет с увеличением линейной скорости перемещения резца. Таким образом, можно отметить на первый взгляд парадоксальный факт: резцы долота, размещенные на различных линиях резания-скалывания, осуществляя разрушение одной и той же горной породы, испытывают различное сопротивление резанию-скалыванию. |