Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332

Отношение скорости вращения шарошки к скорости вращения долота всегда равно отношению радиуса вращения по забою R (R) любой точки M (M) к радиусу шарошки г (г). При этом с учетом передаточного отношения шарошки и долота (/ = юш/юд = R/r) следует, что скорость скольжения для рассматриваемого случая отсутствует. Такие шарошки называют шарошками «чистого качения».

Промышленность выпускает долота с многоконусными шарошками. При движении по забою таких шарошек мгновенная ось вращения проходит через точку пересечения осей складываемых вращений 0 (рис. 4.11). Вторая точка мгновенной оси вращения шарошки проходит через нескользящую точку N, расположенную на образующей конуса, контактирующей с забоем. Мгновенная угловая скорость вращения шарошки

2Юш ЮдCOS ф.

(4.15)

По известному направлению мгновенной оси вращения шарошки определяется скорость скольжения любой точки. Для точки M скольжение относительно забоя

= DMm = аг..

(4.16)

Из формуле! (4.16) видно, что скорость поперечного скольжения контактирующих с забоем зубьев тем больше, чем на большее расстояние от мгновенной оси вращения шарошки они удалены. На участке образующей, расположенной влево от нескользящей точки N, скольжение будет отрицательное, т.е. направлено против направления вращения долота. На участке, расположенном правее точки N, скольжение положительное, направленное в сторону вращения долота. В первом случае будет работать на скалывание породы задняя грань зубьев шарошки, во втором - передняя.

Отношение скорости скольжения к скорости вращения долота определяет способность долота разрушать породу скалыванием:

Рис. 4.11. Схема движения гладкой многоконусной шарошки на забое

Vск/Vд = Цск, (4.17)

где цск - степень скалхвания.

Отношение скорости качения шарошки относительно забоя к переносной скорости (скорости вращения долота) определяет способность долота разрушать породу дроблением:

Vш/Vд = Цдр, (4.18)

где цдр - степень дробления.

В реальных условиях работа шарошечного долота также зависит от формы деформируемого забоя.

СКОЛЬЖЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗАБОЯ ШАРОШЕК СО СМЕЩЕННОЙ ОСЬЮ

Движение шарошки со смещенной в плане осью вращения происходит по радиусу, равному расстоянию от оси долота до наиболее удаленной точки шарошки B (рис. 4.12). Смещение осей повышает скольжение зубьев по забою и создает эффект скалывания породы по всей поверхности забоя.

Видно, что переносная скорость любой точки M на контактирующей с забоем образующей направлена по ходу вращения и перпендикулярна к радиусу вращения этой точки около центра 0, т.е. оси вращения долота. Относительная скорость Vш точки M направлена по ходу вращения шарошки, перпендикулярно к ее оси вращения. Абсолютная скорость точки M составляет разность ее скоростей в относительном движении (вращение шарошки) и переносном (вращение долота) и направлена перпендикулярно к образующей шарошки.

Для определения скорости скольжения надо разложить переносную скорость Vд на две составляющие: уд, направление которой совпадает с

направлением относительной скорости, и Vд, имеющую направление образующей. Произведя сложение относительной скорости Vш и поперечной составляющей переносной скорости Vд, получим направление и значение поперечной составляющей скорости скольжения данной точки Vск. В нашем случае для точки M Vш всегда будет меньше, чем Vд, так как поперечная скорость скольжения точки M, представляющая собой окружную скорость вращения вокруг мгновенной оси вращения (условно 0M), направлена в сторону движения.

Вектор Vск, полученный в результате сложения поперечной Vск и продольной VД = Vск составляющих скоростей скольжения, покажет истинную

скорость скольжения рассматриваемой точки.

Видно (см. рис. 4.12), что относительное значение продольной составляющей скорости скольжения при данной скорости вращения долота зависит только от значения смещения осей шарошек к, постоянно для всех точек шарошки и равно

vД = vдsin е = M 0юдsin 6 = юд к. (4.19)

Рис. 4.12. Кинематика гладкой од-ноконусной шарошки со смещенными осями:

1 - шарошки; 2 - лапа долота

Поперечная составляющая скорости скольжения точки M

(4.20)

Суммарная скорость скольжения точки M по забою определяется по выражению

ск =(Vск)2 + (Vск)2 .

(4.21)

При смещении осей шарошки в плане по направлению вращения долота радиальная составляющая скольжения направлена к вершине шарошки, а суммарная скорость скольжения отклоняется в сторону центра забоя скважины. Если уд > уш (см. рис. 4.12), то Уск направлена в сторону переносной скорости. В противном случае уск направлена в сторону относительной скорости.

Движение шарошки с отрицательным смещением осей приводит к снижению эффективности работы периферийного венца. При этом калибрование скважины производится только за счет фрезерования породы зубьями, находящимися на обратном конусе шарошек. Суммарная нормальная реакция стенки скважины направлена против вращения шарошки.