Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Среднее значение предела прочности пород при механическом бурении
Горные породы
Относи-
тельная 
плотность 
породы 
Uc
Коэф-
фициент 
крепости 
породы f
Предел прочности 
породы, МПа
Среднее зна-
чение преде-
ла прочности 
V
мб
, МПа
на сжа-
тие 
V
сж
на скалы-
вание 
V
ск
Мел, каменная 
соль, гипс, обык-
новенный мергель, 
каменный уголь
2,28–2,65
2–4
34–80
2,4–23
18,2–51,5

---

7. Выбор буровых установок 
159
Окончание табл. 7.1
Горные породы
Относи-
тельная 
плотность 
породы 
Uc
Коэф-
фициент 
крепости 
породы f
Предел прочности 
породы, МПа
Среднее зна-
чение преде-
ла прочности 
V
мб
, МПа
на сжа-
тие 
V
сж
на скалы-
вание 
V
ск
Песчаник, конгло-
мераты, плотный 
мергель, известняк 2,65–2,72
4–6
80–100
23–25
51,5–62,5
Железные руды, 
песчанистые слан-
цы, сланцевые пес-
чаники, крепкие 
песчаники
2,72–2,84
6–10
100–140
25–32
62,5–86,0
Гранит, мрамор, 
до ломит, колчедан, 
порфиры
2,84–2,89
10–12
140–180
32–44
86–112
Плотный гранит, 
ро говики
2,89–2,95
12–14
180–243
44–50
112,0–146,5
Очень крепкий 
гра нит, кварциты, 
очень крепкие пес-
чаники и известня-
ки
2,95–3,00
14–16
243–272
50–52
146,5–162,0
Базальты, диабазы
3,00–3,21
16–20
272–343
52–53
162–198
Таблица 7.2
Скорости бурения шарошечными станками
для расчетов мощности вращателей
Диаметр
долота D
д
, м
Коэффициент
крепости породы f
Частота вращения 
долота n, мин
–1
Механическая
скорость бурения v
мех
, 
см/мин
0,2
2–4
4–6
6–10
10–12
12–14
14–16
150–160
150–160
140–160
120–130
105–120
80–110
40
36
30
25
18
13

---

160 
III. Буровые установки
Окончание табл. 7.2
Диаметр
долота D
д
, м
Коэффициент
крепости породы f
Частота вращения 
долота n, мин
–1
Механическая
скорость бурения v
мех
, 
см/мин
0,25
6–10
10–12
12–14
14–16
16–20
81
25
20
16
11
8
0,32
10–12
12–14
14–16
16–20
80
18
14
10
8
Мощность при бурении скважин установками шнекового 
бурения определяется по формулам
M
вр
 =
1 Sn(M
р
+ M
т
),
(7.5)
30
K
M
р
 =
1 p
с
+ D
д
,
(7.6)
2
M
т
 = 250D
3
д
Н
ш
Ucg ,
(7.7)
k
р
p
с
 = 5000
1 v
мех
D
д
V
мб 
k
к
,
(7.8)
n
где M
р
— момент сопротивления при разрушении породы долотом, 
Н · м; M
т
— момент сопротивления при вращении заполненного раз-
рушенной породой шнека и транспортирования породы, Н · м; k
к
— 
коэффициент, учитывающий полноту контакта площади передней 
грани лопасти долота, k
к
= 0,5–0,7; k
р
— коэффициент разрыхления 
породы, k
р
| 1,1–1,2; Н
ш
— длина шнековой колонны, м; 
Uc — отно-
сительная плотность горной породы; g — удельная сила тяжести, 
g | 9,81 Н/кг.
Мощность при бурении скважин установками ударно-
канатного бурения может быть рассчитана по формулам
N
б
 = 0,02
1 G
1
nk
1
k
2
,
(7.9)
K
п

---

7. Выбор буровых установок 
161
 
G
1
= q
д
+ q
уш
+ q
н
+ q
кз
+ q
к1
Н
с
, (7.10)
где N
б
— затраты мощности на процесс ударно-канатного бурения 
ударным долотом, Вт; 0,02 — размерный коэффициент, учитываю-
щий среднюю скорость движения инструмента, м; G
1
— вес бурово-
го снаряда, Н; k
1
— коэффициент дополнительных сопротивлений 
при долблении, k
1
= 1,4; k
2
— коэффициент динамичности, k
2
= 1,1–
1,25; 
K
п
— КПД передачи от вала двигателя до ударного механизма, 
K
п
= 0,7–0,8; q
д 
— вес ударного долота, Н; q
уш
— вес ударной штан-
ги, Н; q
н
— вес ножниц, Н; q
кз
— вес канатного замка, Н; q
к1
— вес 
единицы длины инструментального каната, Н/м; Н
с
— длина ство-
ла (глубина) скважины, м; n — частота вращения кривошипа, мин
–1
. 
Мощность на подъем инструмента 
N
п
 =
1 G
1
Z
п
k
3
,
(7.11)
K
п
где k
3
= 1,1–1,3 — коэффициент дополнительных сопротивлений 
при подъеме;
Z
п
 =
SRn
б
,
30
Z
п
— окружная скорость на барабане лебедки, м/с; R — радиус ба-
рабана с учетом витков намотанного каната, м; n
б
— число оборотов 
барабана за 1 мин.
Грузоподъемность и затраты мощности на работу желоночного 
барабана определяются по методикам, аналогичным приведенным.
Пусть вес поднимаемого при желонировании снаряда
 
G
2
= q
ж
+ q
п
+ q
к2
Н,
(7.12)
где q
ж
— вес желонки, Н; q
п
— вес породы и шлама при заполнении 
желонки, Н; q
к2
— вес единицы длины желоночного каната, Н/кг. 
С учетом возможных дополнительных сопротивлений грузо-
подъемность желоночной лебедки 
 
G
3
= k
4
G
2
,
(7.13)
где k
4
— коэффициент дополнительных сопротивлений, k
4
= 1,4.
Тогда при выбранной скорости навивки v
ж
на желоночный ба-
рабан затраты мощности на работу желоночного барабана 

---

162 
III. Буровые установки
N
ж
 =
1 G
3
v
ж
.
(7.14)
K
п
Мощность при бурении скважин установками колонкового 
бурения складывается из трех основных составляющих:
 
N
б.к
= N
з
+ N
вр
+ N
ст
,
(7.15)
где N
з
— мощность, расходуемая на забое скважины, Вт; N
вр
— мощ-
ность, расходуемая на вращение колонны бурильных труб в сква-
жине, Вт; N
ст
— мощность, расходуемая в трансмиссии и других 
узлах бурового станка, Вт.
При бурении твердосплавными коронками 
 
N
з
= 0,53nС
ос
D
к.ср
(0,137 + 
P
тр
),
(7.16)
где С
ос
— осевая нагрузка, Н; n — частота вращения, мин
–1
; D
к.ср
— 
средний диаметр коронки, м, 
D
к.ср
 =
D
н
+ D
вн
2
(D
н
, D
вн
— наружный и внутренний диаметры коронки по рез-
цам, м); 
P
тр
— коэффициент трения резцов коронки о породу забоя 
(табл. 7.3).
 Таблицы 
7.3
Средние значения коэффициентов
трения резцов коронки о породу
Горная порода
Коэффициент трения 
Глина
Глинистый сланец
Мергель
Известняк
Доломит
Песчаник
Гранит
0,12–0,20
0,15–0,25
0,18–0,27
0,30–0,40
0,25–0,40
0,30–0,50
0,30–0,40
При бурении алмазными коронками
 
N
з
= 0,2nС
ос
D
к.ср
,
(7.17)
при бескерновом бурении
 
N
з
= 0,35nС
ос
D
д
,
(7.18)
где D
д
— диаметр долота, м.

---

7. Выбор буровых установок 
163
Мощность на вращение N
вр
колонны бурильных труб в скважи-
не составляет основную долю от затрат мощности на бурение сква-
жин: 
 
N
вр
= N
хв
 + N
доп
, (7.19)
где N
хв
— мощность на холостое вращение колонны бурильных 
труб в скважине; N
доп
— дополнительная мощность, затрачиваемая 
на вращение сжатой части бурильной колонны, которой создается 
осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент.
Значение N
доп
можно рассчитать по формуле, предложенной 
СКБ ВПО «Союзгеотехника»:
 
N
доп
= 0,245nС
ос
', (7.20)
где n — частота вращения колонны бурильных труб, мин
–1
; 
' — ра-
диальный зазор, м, 
' = D
с
– D
бт
,
2
D
с
— диаметр скважины, м; D
бт
— наружный диаметр бурильных 
труб, м; С
ос
— осевая нагрузка на породоразрушающий инстру-
мент, Н. 
Расчет N
хв
в нисходящих скважинах:
‰
для высоких частот вращения колонны бурильных труб при 
n > n
о
 
N
хв
= k
с
Н
с
(0,002q
c
бк
n
2
' + 0,8nqc
бк
D
2
бт
; (7.21)
‰
для низких частот вращения колонны бурильных труб при 
n < n
о
 
N
хв
= 1,44 nk
с
q
c
бк
D
2
бт
Н
с
, (7.22)
где k
с
— коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывоч-
ной жидкости (k
с
= 0,8 при использовании смазки типа КАВС в со-
четании с промывочными жидкостями, обладающими смазочными 
свойствами, k
с
= 1,0 при полном покрытии колонны смазкой типа 
КАВС в сочетании с промывкой скважины технической водой, 
k
с
= 1,5 при отсутствии смазки); q
c
бк
— масса 1 м бурильной колон-
ны, кг/м; 
' — радиальный зазор, м; ' = 0,5(D
с
— D
бт
), D
с
— диаметр 
скважины, м, D
бт
— наружный диаметр бурильных труб, м; Н
с
— 
длина ствола скважины, м.

---

164 
III. Буровые установки
При этом
n
о
 = 0,32 · 10
3
1 D
2
бт
,
(7.23)
'
где n
о
— граница раздела зон частот вращения колонны бурильных 
труб по применимости формул (7.21) и (7.22).
Расчет N
хв 
в горизонтальных скважинах:
‰
при D
с
= 59 мм и бурильных трубах СБТН-42
 
N
хв
= (3,5 · 10
–4
n
2
– 0,035n + 34)Н
с
;
(7.24)
‰
при D
с
= 59 мм и бурильных трубах СБТН-50
 
N
хв
= (2,75 · 10
–4
n
2
– 0,026n + 40)Н
с
; (7.25)
‰
при D
с
= 76 мм и бурильных трубах СБТМ-50
 
N
хв
= (6,17·10
–4
n
2
— 0,125n + 40)Н
с
.
(7.26)
Потери мощности в станке 
 
N
ст
= nВ
с
, (7.27)
где B
c
— опытный коэффициент, характеризующий переменные 
потери мощности в станке, Вт · мин (табл. 7.4).
Таблица 7.4