Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Влияние формы наконечника, вдавливаемого в породу,
на энергоемкость ее разрушения
Форма
наконечника
Порода
мрамор
малозернистый 
известняк
доломит
шокшинский 
кварцит
Штамп
2,3
*
14,9
1,1
3,4
6,1
5,1
10,4
40,2
Сфера
3,4
20,2
4,6
16,8
8,3 
31,5
–
65,3
Призма
8,5
62,0
–
–
–
*
В числителе даны значения объемной работе (в кГ · м/см
3
) при статиче-
ском вдавливании, в знаменателе — при динамическом.

---

126 
II. Способы разрушения горных пород при бурении скважин
Из табл. 3.1 видно, что при динамическом вдавливании величи-
ны объемных работ разрушения в несколько раз больше, чем при 
статическом. На величину А
V
существенно влияет геометрическая 
форма наконечника (при вдавливании штампа наименьшая, а при 
вдавливании призмы наибольшая).
Главная причина противоречивости получаемых результатов 
заключается, видимо, в том, что при изменении скорости удара 
одновременно изменяется масса ударника при постоянной энергии 
удара. 

---

4
4
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД 
ПРИ БУРЕНИИ
При рассмотрении элементарных случаев разрушения горных 
пород во время статического и динамического вдавливания нако-
нечников различных форм отмечалось, что все они в той или иной 
степени моделируют отдельные части вооружения буровых долот. 
В частности, вооружение современных шарошечных долот пред-
ставлено зубьями в виде клина с плоским основанием или вставка-
ми с полусферическим основанием.
Схема взаимодействия зуба шарошечного долота с породой по-
казана на рис. 4.1. В данном случае зуб долота имеет форму клина 
с площадкой притупления. Площадки притупления всех зубьев до-
лота образуют его контактную поверхность. 
I
II
III
IV
V
Рис. 4.1. Схема взаимодействия зуба шарошечного долота с породой
Во время перекатывания шарошки по забою зуб долота совер-
шает движение из положения I в положение V, в котором порода 
разрушается. 

---

128 
II. Способы разрушения горных пород при бурении скважин
Эффективность процесса разрушения горных пород при буре-
нии зависит от нагрузки, приходящейся на единицу площади кон-
такта зубьев долота, одновременно контактирующих с породой, т.е. 
зависит от удельной нагрузки, скорости вращения долота и ряда 
других факторов.
На рис. 4.2 показана зависимость механической скорости v
м
от удельной нагрузки р. Под механической скоростью понимается 
проходка, совершенная долотом в той или иной породе в единицу 
времени.
На кривой v
м
= f(р) выделяются три области. Область I харак-
теризуется тем, что v
м
увеличивается пропорционально увели-
чению р. В этой области удельная нагрузка значительно меньше 
прочности (твердости) разрушаемой породы, поэтому процесс 
разрушения носит преимущественно поверхностный характер. В 
связи с этим область I называют областью поверхностного разру-
шения.
I
II
А
Б
p, кГ/см
v
м
, м/ч
III
2
Рис. 4.2. Кривая зависимости механической скорости 
разрушения породы от удельной нагрузки
В области II также наблюдается увеличение v
м
с ростом р, 
но в данном случае механическая скорость разрушения растет 
быстрее, чем увеличивается нагрузка на долото. В этой области 
процесс разрушения происходит при удельной нагрузке, меньшей 
твердости разрушаемой породы, но уже близкой к ней. Работа 

---

4. Разрушение горных пород при бурении 
129
вооружения долота при такой нагрузке приводит к образованию 
в породе сети макро- и микротрещин, облегчающих процесс ее 
разрушения. Трещины при неоднократном действии зуба долота 
сильно развиваются, в результате разрушается некоторый объем 
породы под зубом.
Область II называют областью усталостного разрушения. На 
границе II и III областей удельная нагрузка соответствует твер-
дости разрушаемой породы. Начиная с этой нагрузки, разрушение 
приобретает объемный характер, т.е. объемное разрушение породы 
происходит после каждого взаимодействия зуба долота с породой. 
Область III называют областью нормального или объемного разру-