Статья

Наименование	Оптимизация параметров бурового инструмента. Спираль Архимеда
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Науки о земле
Год	2018	Выпуск	54	Страницы	5 - 21
УДК	622.243.2			EDN	SMQAZN
Аннотация	Выполнен краткий ретроспективный экскурс в историю развития буровой техники от ударно-поворотного до шарошечного способа бурения с позиций геомеханического взаимодействия бурового породоразрушающего инструмента (БПРИ) с горной породой. Дан анализ особенностей работы БПРИ при разных способах бурения исходя из возникающих усилий на кромке резца. Вскрыты основные технические противоречия БПРИ, сформулированы требования к нему и критерии оптимизации. Рассмотрены недостатки разрушения породы под прямолинейным лезвием буровой коронки. Предложена оптимальная форма лезвия БПРИ в виде острого клина с тонкой по центру твердосплавной вставкой. Сформулирован критерий эффективности работы БПРИ, разработана математическая модель и путём решения дифференциального уравнения доказана оптимальная форма БПРИ в виде спирали Архимеда. Дана оценка эффективности применения оптимизированного БПРИ.
Реферат	Цель исследования. Обоснование критериальных требований к работе режуще-скалывающего инструмента и оптимизация его параметров на основе выдвинутых критериев. Объекты исследований. Механизм силового взаимодействия режуще-скалывающего инструмента с горной породой при её разрушении. Предмет исследования. Конструкционные параметры бурового инструмента для оптимизации процесса бурения. Методика и основная идея выполненных исследований состоит в изучении геомеханического взаимодействия бурового инструмента с породами забоя скважины и создании математической модели этого взаимодействия, на основании которой будет произведена оптимизация основных параметров бурового инструмента. Результаты. Методологической особенностью проведённых исследований является использование углублённого изучения закономерностей геомеханического взаимодействия режущей кромки с породами скважины при бурении. На основании краткого экскурса в историю бурения и анализа особенностей работы БПРИ при разных способах бурения: - сформулированы требования к режущему инструменту; - установлены принципиальные различия в действующих на режущую кромку усилиях при ударно-поворотном и сдвиговом воздействии на породный забой; - впервые сформулированы критерии оптимизации и конкретизированы требования к оптимальным параметрам БПРИ; - предложена конструкция нового БПРИ для ударно-скалывающего разрушения породы с симметричными клиновыми гранями и твёрдосплавной вставкой; - разработана математическая модель оптимизации конфигурации лезвия БПРИ в проекции на забой; - впервые доказано, что оптимальной формой лезвия БПРИ является спираль Архимеда, исследованы иные формы лезвий БПРИ с использованием обобщённой спирали Архимеда. Научная новизна. Научной новизной обладает целый ряд полученных результатов исследований: впервые рассмотрены и сопоставлены различные способы бурения пород с позиций геомеханического взаимодействия бурового инструмента и породы, даны сопоставительные оценки силовых факторов в буровом инструменте при разных способах воздействия на породу. Впервые разработана математическая модель поражения породы в забое скважины и доказана оптимальность формы лезвия буровой коронки в виде спирали Архимеда. Практическая значимость. Результаты исследований позволяют пересмотреть основные направления развития буровой техники с учётом закономерностей её оптимизации, что в итоге позволит снизить износ и расход БПРИ в 2…5 раз, существенно уменьшить энергоёмкость бурения и массу бурильной машины, повысить в 2-3 раза техническую скорость проходки скважины.
Ключевые слова	теория бурения, способы бурения, буровая коронка, требования к коронке, критерии оптимизации бурения, математическая модель бурения, форма лезвия коронки, спираль Архимеда, эффективность бурения.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Абубакиров, В. Ф. Буровое оборудование: справочник в 2-х т. Т. 2. Буровой инструмент [Текст] / В. Ф. Абубакиров, Ю. Г. Буримов, А. Н. Гноевых. — М.: ОАО «Издательство "Недра"», 2003. — 494 с. 2. Волик, Д. А. Буровые породоразрушающие инструменты [Текст]: учеб. пособ. для вузов / Д. А. Волик. — М.: РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2014. — 94 с.: ил. 3. Абатуров, В. Г. Физико-механические свойства горных пород и породоразрушающий буровой инструмент [Текст] / В. Г. Абатуров. — Тюмень: Нефтегазовый университет, 2007. — 269 с. 4. Волков, A. C. Буровой инструмент [Текст] / A. C. Волков. — М.: Недра, 1980. — 285 с. 5. Lundberg, L. Efficiency of percussive drilling with extension rods [Text] / L. Lundberg. — International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. — August 1987. — Volume 24, Issue 4. — P. 213–222. 6. Крюков, Г. М. Физика разрушения горных пород при бурении и взрывании. Т. 1. [Текст] / Г. М. Крюков. — М.: Горная книга, 2006. — 330 с. 7. Литвинский, Г. Г. Основы теории резания и разрушения горных пород [Текст] / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. трудов ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2017. — Вып. 8 (51). — С. 5–15. 8. Литвинский, Г. Г. Пинч-эффект при разрушении породы клиновым горным инструментом [Текст] / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. трудов ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2018. — Вып. 9 (52). — С. 5–20. 9. Алмазы и сверхтвёрдые материалы для армирования горных инструментов [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://mydocx.ru/10-138651.html, 2016. 10. Латышев, О. Г. Разрушение горных пород [Текст] / О. Г. Латышев. — М.: Теплотехник, 2007. — 672 с.
Полный текст