Page 107 - Породоразрущающий инструмент

упругого деформирования бурильного инструмента (колонны) под действием
крутящего момента М на долоте. Возбудителями колебаний являются

неравномерные подача инструмента и скалывание горной породы лопастями.
Механизм крутильных колебаний.
Неравномерная подача инструмента приводит к изменению толщины

скалываемого слоя породы. Увеличение толщины слоя сопровождается
увеличением сопротивления вращению долота и закручиванием бурильной
колонны. Уменьшение толщины слоя сопровождается снижением

сопротивления вращению долота и раскручиванием бурильной колонны. При
бурении пластично-хрупких пород разрушение перед лопастью происходит
неравномерно, так как такие породы разрушаются скачкообразно. Под

действием крутящего момента в горной породе перед лопастью достигается
предельное состояние и происходит хрупкий скол породы. При этом
толщина скалываемого слоя уменьшается до величины, близкой к нулю, и,

соответственно, резко изменяется момент сопротивления вращению долота.
Долото начинает вращаться с ускорением за счет освобождающейся
потенциальной энергии U. Однако по мере поворота долота толщина
скалываемого слоя растет и, соответственно, увеличивается сопротивление

вращению долота. Угловое ускорение долота уменьшается и, наконец,
меняет знак, т.е. долото начинает вращаться с замедлением (в пределе
угловая скорость вращения долота может уменьшиться до нуля) до момента,

пока не произойдет следующий скол горной породы перед лопастями. Далее
цикл повторяется.
Таким образом, мгновенная угловая скорость долота колеблется около

среднего значения с амплитудой и частотой, которые зависят от жесткости
бурильного инструмента и свойств горной породы. В неравномерном
вращении участвует бурильный инструмент, имеющий большую массу, что

обусловливает возникновение значительных динамических нагрузок на
инструменты и крутильных ударов. Если частота вынуждающих колебаний
близка к собственной частоте крутильных колебаний инструмента, то могут
наблюдаться резонансные явления, опасные как для породоразрушающего,

так и для бурильного инструмента.
Механизм поперечных перемещений долота как источник колебаний

рассмотрим на примере двухлопастного долота, схема движения лопастей
которого приведена на рис.48. Долото вращается вокруг оси О с угловой
скоростью ω д . В какой-то момент времени перед лопастью А происходит
скол породы, а перед лопастью В не происходит. При этом меняется

соотношение сил сопротивления движению лопастей, и ось вращения долота
перемещается из т. О в т. О1 (рис.48 а), так как должно соблюдаться условие
107