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钻井工程技术中的钻头转速选择

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:选择钻头转速的主要依据是岩石的性质和破岩的时间效应影响。所谓时间效应指的是,岩石在切削具作用下,从发生弹性变形→形成剪切体→跳跃式吃入岩石至一定深度,需要一个短暂的时间Δt。即要求承受载荷的切削具在即将发生破碎的岩石表面停留一个短暂的时间Δt,使裂隙得以沿剪切面发育至自由面,才能形成剪切体。表7-2硬质合金切削具的线速度推荐值

钻井工程技术中的钻头转速选择

人们长期习惯用转速n来表述钻头的回转速度,实际上用钻头切削具的线速度v更科学,它消除了口径的影响。两者的关系为:

式中:D——钻头平均直径,m;

n——钻头转速,r/min。

选择钻头转速的主要依据是岩石的性质和破岩的时间效应影响。图7-2所示的钻速-转速关系曲线已表明,在软岩层中钻进时(曲线Ⅰ)提高转速的效果最明显;而在另两类岩石中(曲线Ⅱ、Ⅲ)由于破岩的时间效应影响更显著,故钻速随转速而增大的趋势下降。

所谓时间效应指的是,岩石在切削具作用下,从发生弹性变形→形成剪切体→跳跃式吃入岩石至一定深度,需要一个短暂的时间Δt。即要求承受载荷的切削具在即将发生破碎的岩石表面停留一个短暂的时间Δt,使裂隙得以沿剪切面发育至自由面,才能形成剪切体。如果转速超过临界值(n>n0),则切削具作用于岩石的时间小于Δt,岩层中的裂隙尚未完全发育载荷便移走了,从而造成破岩深度减少,甚至使岩石破碎状态转化为表面破碎。(www.xing528.com)

岩石的研磨性影响也从另一个角度影响了时间效应。转速过高(n>n0)时,不仅破岩深度减小,而且单位时间内切削具与岩石的摩擦功明显加大,切削具快速被磨钝,造成接触面上比压降低,从而使得岩石中裂纹发育所需的时间间隔更长,对破碎岩石更加不利。

综上所述,对于较软的、研磨性较小的岩石,可以用增大转速的办法来提高钻速;而在硬的、研磨性较强的岩石中,转速过高不仅不能提高钻效,而且对钻进过程无益有害。一般推荐的转速值用线速度表示(表7-2),选择转速的取值范围时,还应考虑到钻头形式、冲洗液类型(有无润滑剂)、钻机能力、钻杆柱的强度和切削具的情况,通过综合分析来确定所需的转速值。

表7-2 硬质合金切削具的线速度推荐值

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