Вопрос №43. Особенности изнашивания бурового инструмента при вращательном бурении.

Поверхность металла более интенсивно изнашивается при нагревании в условиях термического разупрочнения.

Величина абразивного износа определяется по зависимости:

(3. 10)

где W – износ, кг;

A_т – работа сил трения, Дж.

Работа сил трения определяется зависимостью:

, (3.11)

где μ_т – коэффициент трения;

P – нагрузка на инструмент в направлении контакта взаимодействующих тел, Н;

L_т – путь трения, м.

Коэффициент трения обычно представляют в виде двух составляющих:

, (3.12)

где f_a – молекулярная составляющая силы трения

f_m – механическая составляющая сил трения.

(3.13)

где τ – сдвиговое сопротивление молекулярной связи, Па;

σ_т – предел текучести материала, Па;

k – коэффициент, учитывающий форму индентора;

β – коэффициент молекулярной составляющей.

(3. 14)

где r_к – радиус кривизны поверхности, м.

(3.15)

В работе приведена зависимость, определяющая линейный износ торца коронки:

(3.16)

где ω – частота вращения коронки, мин^-1;

t – время работы коронки, мин.

Анализ зависимости (3.16) показывает, что износ торца коронки возрастает с увеличением осевого усилия Р и частоты вращения коронки ω.

В большей степени изнашиванию подвергается наружная кромка коронки и более удаленные от центра точки торца, а также внутренняя кромка короночного кольца.

С уменьшением толщины короночного кольца её линейный износ возрастает, с увеличением снижается. В то же время, чем тоньше матрица, тем выше износ породы, т.е. выше эффективность бурения.

Эти два противоречивых условия могут быть воплощены в ступенчатом профиле торца короночного кольца (рис. 3.9), который повторяет форму естественного износа.

Ступенчатость торца интенсифицирует процесс разрушения породы за счет увеличения свободной поверхности разрушения (см. рис. 3.6). В то же время такой профиль будет отличаться повышенной износостойкостью.

При анализе изнашивания учитывают также возможные поперечные колебания инструмента, возникающие вследствие его вибрации.

Вопрос №44. Влияние внешней среды на изнашивание бурового инструмента.

Внешняя среда вызывает различные химические, адсорбционные и диффузные эффекты на поверхностях трения и в поверхностных слоях изнашиваемых тел.

ü Диффузия (лат. diffusion – распространение) – проникновение молекул одного вещества в другое при их непосредственном соприкосновении, обусловленное тепловым движением молекул.

В качестве среды рассматриваются очистные и охлаждающие агенты, применяемые при механическом разрушении, и насыщаемые в процессе бурения продуктами разрушения горных пород – частицами породы различной фракции и металлом изношенных поверхностей инструмента.

Образуемые продукты разрушения вызывают изнашивание инструмента в зависимости от твердости минералов, находящихся в образованных осколках породы, формы и размеров этих осколков.