Напряженное состояние и разрушение горных пород при вдавливании инденторов
Задачи о вдавливании инденторов в механике горных пород
В технике вопросы вдавливания инденторов рассматриваются в связи
с изучением твердости конструкционных и инструментальных материалов. Такая задача стоит и при бурении скважин, и обусловлена она особенностями взаимодействия породоразрушающих инструментов с горной породой на забое.
По принципу воздействия на горную породу все механические породоразрушающие инструменты для бурения скважин можно разделить на три группы: режуще-скалывающие, дробящие и дробяще-скалывающие.
Схема взаимодействия режуще-скалывающего инструмента с горнойпородой приведена на рис. 4.19 а. Из схемы видно, что элемент вооружения долота, перемещаясь со скоростью νt, срезает (скалывает) слой горной породы толщиной h. Параметры работы (скорость движения νt, силы Fz и Ft ) и свойст-ва среды – основные характеристики режима и условий разрушения породы по первой схеме.
Рис. 4.19. Схемы воздействия элементов вооружения на горную породу
Схема дробления.Долотом дробящего действия(рис. 4.19б)наносятсяпрямые удары по поверхности забоя скважины. Динамический процесс разрушения описывается уравнениями кинетической энергии Т к инструмента и потенциальной энергии деформирования породы U:
(4.49)
(4.50)
|
|
|
где m – масса долота и ударной штанги; ν0 – скорость в момент соударения долота с горной породой; hmax – максимальная глубина погружения долота в породу; Fz (h) – сопротивление горной породы внедрению долота.
Условие Тк = U является основным при анализе ударного взаимодействия инструмента с горной породой.
Схема дробления-скалывания характерна для элементов вооруженияшарошечных долот (рис. 4.19 в). Зуб долота вдавливается в породу силой Fz и одновременно участвует в обусловленных кинематикой долота скольжении со скоростью νt и вращении с угловой скоростью ω. В это же время соседний зуб движется к поверхности породы со скоростью νy и наносит удар по поверхности породы. В следующие моменты времени нагрузка перераспределяется с первого зуба на второй, и далее первый зуб выходит из контакта с горной породой. Таким образом, каждый элемент вооружения долота периодически оказывает на горную породу сложное воздействие. Общей для всех схем взаимодействия является сила Fz ≠ 0. Под действием этой силы осуществляется вдавливание вооружения в горную породу как при дроблении, так и при резании (обеспечивает толщину h разрушаемого слоя). Поэтому вдавливание рассматривается как основной вид воздействия элементов вооружения породоразрушающих инструментов на горную породу. Элементы вооружения породо-разрушающих инструментов имеют различную конфигурацию рабочей поверхности. В одних случаях это резцы с приостренной режущей кромкой, в других – зубья в виде клина с плоской или скругленной вершиной, а в третьих – штыри (зубки) со сферической головкой. Выбор формы рабочей поверхности подчинен проблемам обеспечения высокой интенсивности разрушения горной породы и достаточной прочности и износостойкости элементов вооружения.
|
|
|
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 435; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!