Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт горного дела, геологии и геотехнологий

институт

Технология и техника разведки

кафедра

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА

Проектирование резцовой части долота PDC

Преподаватель __________ Нескоромных В.В.

подпись, дата

Студент ГГ17-01-РТ __________ Соколов А.В.

подпись, дата

4,96

Красноярск 2019

Долота 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.

Рисунок 1 долото PDC



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 долота

Количество лопастей.

Выбор количества лопастей для долота PDC можно выбрать с помощью

таблицы 1.

Таблица 1 – Количество лопастей



Шестилопастное долото – наиболее универсальный и оптимальный

инструмент 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



Рисунок 3 - График зависимости изменения скорости от изменения расстояния от центра к периферии



Проектирование долота PDC

Отрицательный передний угол установки резцов γ

---

_п 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 φ_р 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 φ_р 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
  

1. 
   0,00741мм
   
2. 
   0,0274 мм
   
3. 
   0,0475 мм
   
4. 
   0,0676 мм
   
5. 
   0,0876 мм
   
6. 
   0,107 мм
   

• 
  Параметр прочности горной породы σ_ск при повышении скорости резания-скалывания v_л будет также возрастать.
  
• 
  P_ос =36000 Н
  
• 
  Угол скалывания γ_ск выбирается 15° - 30° (выбрал γ_ск = 15°)
  
• 
  Коэффициент трения резца PDC о породу f=0.8
  
• 
  Угол внутреннего трения породы (порода - песчаник) φ_п = 25°
  

Формулы расчета

Усилие R – результирующая осевой силы Р_ос и тангенциальной силы резания-скалывания породы F_р . равнодействующее усилие R сил резания-скалывания Fр и осевого усилия Рос определим из соотношения



Из формулы следует, что



Усилие резания-скалывания породы F_p



Размер площадки скалывания S_ск 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 φ_р:



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 γ_п;
  
• 
  угол поворота резца относительно направления резания-скалывания породы φ_р;
  
• 
  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 (табл.2).

Таблица 2

R	№	Рос, Н	γ ск, град	f	γ п, град	σ ск, 10^5Па	ϕ р, град	d, м	ϕ п, град
0,00741	1	36000	15	0,8	18,1	98	1	0,01	35
0,0274	2	36000	15	0,8	13,1	151	3	0,01	35
0,0475	3	36000	15	0,8	10,2	208	5	0,01	35
0,0676	4	36000	15	0,8	8,1	272	7	0,01	35
0,0876	5	36000	15	0,8	6,4	355	8	0,01	35
0,107	6	36000	15	0,8	5,4	431	9	0,01	35

---

Смотрите также файлы

• фм.docx

• 30 кругов Упражнения для развития креативности Упражнение 30 кругов.docx

• Реферат на тему Нефтяное загрязнение мирового океана реферат.docx

• Оу жылы 20212022 Топ.docx

• test. В этой базе данных создаем таблицу contacts.docx