Оптимизация параметров бурового инструмента. Спираль Архимеда

Abstract

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.

Виконано короткий ретроспективний екскурс в історію розвитку бурової техніки від ударно- поворотного до шарошечного способу буріння з позицій геомеханічної взаємодії бурового породоруйнівного інструменту (БПРІ) з гірською породою. Проаналізовано особливості роботи БПРІ при різних способах буріння виходячи з виникаючих зусиль на кромці різця. Розкрито основні технічні протиріччя БПРІ, сформульовано вимоги до нього та критерії оптимізації. Розглянуто недоліки руйнування породи під прямолінійним лезом бурової коронки. Запропоновано оптимальну форму леза БПРІ у вигляді гострого клину з тонкою по центру твердосплавною вставкою. Сформульовано критерій ефективності роботи БПРІ, розроблено математичну модель і шляхом вирішення диференційного рівняння доведено оптимальну форму БПРІ у вигляді спіралі Архімеда. Дано оцінку ефективності застосування оптимізованого БПРІ.

A short retrospective digression into the history of development of drilling equipment was made, starting from a swivel-to-roller drilling method from the position of geomechanical interaction of a rock-cutting drilling tool (RCDT) with rock. The analysis of the operation features of the RCDT for different drilling methods is given based on the arising forces at the edge of the tool. The main technical contradictions of the RCDT were revealed, requirements tor it and optimization criteria have been formulated. The defects of rock destruction under the straight blade of the drill bit are considered. The optimal form of the RCDT blade is proposed in the form of an acute wedge with a thin carbide insert in the center. The criterion of the RCDT work efficiency is formulated, the mathematical model has been developed and by solving the differential equation the optimal form of the RCDT in the form of the Archimedes spiral has been proved. The effectiveness of the optimized RCDT has been assessed.