|
с песком начинается при значительно (кратно) меньших давлениях, чем струей воды. В анализируемой работе определены и затраты энергии на РГПЖ. По мере возрастания скорости и динамического давления струи при прочих равных условиях удельная энергоемкость разрушения породы интенсивно снижается и достигает минимума, а затем начинает возрастать. В таблице 6.2 для различных горных пород приведены условия разрушения, обеспечивающие минимальную энергоемкость разрушения струей глинистого раствора с 10 % по массе песка. Таблица 6.2 Результаты разрушения породы струей глинистого раствора с песком Порода Прочность Давление струи Минимальная удельная породы, МПа МПа % энергоемкость разрушения породы, Дж/см3 Мрамор 90 56 62 6000 Цементный камень 16,5 31 186 1500 При разрушении цементного камня струей воДы получены близкие значения энергоемкости процесса. Как видим, энергоемкость РГПЖ как струей воды, так и воды с добавками абразива (глинистый раствор, глинистый раствор с песком) очень высока даже при оптимальных параметрах процесса, обеспечивающих минимум удельных затрат энергии. Например, для мрамора она составляетЛ 6000 Дж/см , тогда как при механическом разрушении зубом долота составляет около 300 Дж/см3 [84], т.е. в двадцать раз ниже. Подобные работы были выполнены ранее А.Г.Биишевым, Е.Т.Струговцом [86], Р.Г.Арзамановым [87], Войцеховским Б.В. [88] и др. Они получили результаты в целом сходные с приведенными, но имеются и некоторые интересные отличия. Так, в работе [86] отмечается, что одинаковая глубина разрушения породы прочностью (на одноосное сжатие) 16,5 МПа получена водой при скорости струи 145 м/с, глинистым раствором -100 м/с, а глинистым раствором с песком в количестве 3-4 % только 65 м/с. Приведенным значениям скорости соответствует давление в центре пятна струи 64, 32 и 14 процентов от прочности породы. При динамическом давлении струи на эту же породу не более 10 МПа глубина разрушения последней водой примерно на порядок меньше, чем глинистым раствором с песком. Однако при увеличении динамического давления до 20 МПа эта разница резко сокращается до 35-40 %. Для более прочных пород различие в глубине разрушения еще меньше. В работе [89] рассмотрено разрушение мрамора поступательной и вихревой струей воды. Установлено, что при постоянной мощности струи эффективность разрушения породы вихревой струей выше, чем поступательной. Однако энергоемкость разрушения горной породы очень высока на два порядка выше, чем при механическом разрушении, т.е. значительно выше, чем в опытах других авторов. Последнее объясняется невысоким давлением струи на породу, недостаточным для ее эффективного разрушения. 156 |
I I Рисунок 3.3 Динамическое давление на оси струи I ' • I Струя воды при динамическом давлении в центре пятна 17-22 МПа разрушала породу, имеющую предел прочности на одноосное сжатие 13-15 МПа, т.е. разрушение породы наблюдалось при динамическом давлении в центре пятна струи, равном 130-150% от прочности на одноосное сжатие. ;•( . Разрушение породы струей глинистого раствора, содержащего 10% по массе квар' цевого песка, значительно отличается (таблица 3.2). Таблица 3.2 Давление в центре пятна струи глинистого раствора с песком, необходимое для разрушения породы , Прочность породы,. МПа Давление в центре пятна струи МПа % 36 9 25 72 17 24 108 35 32 Как видим, разрушение породы струей глинистого раствора с песком начинается при значительно (кратно) меньших давлениях, чем струей воды. В анализируемой работе определены и затраты энергии на РГПЖ. По мерс возрастания скорости и динамического давления струи при прочих равных условиях удельная энергоемкость разрушения породы интенсивно снижается и достигает минимума, а затем начинает возрастать. В таблице 3.3 для различных горных пород приведены условия разрушения, обеспечивающие минимальную энергоемкость разрушения струей глинистого раствора с 10% по массе песка. 75 • Таблица 3.3 Результаты разрушения породы струей глинистого раствора с песком. * ! Прочность Давление струи ' Минимальная удельная энерПорода породы, , МПа ,МПа % гоемкость разрушения породы, Дж/см3 —Мрамор -90—56 62 6000 Цементный камень 16,5 31 186 1500 При разрушении цементного камня струей воды получены близкие значения энергоемкости процесса; Как видим, энергоемкость РГПЖ как струей воды, так и воды с доI • бавками абразива (глинистый раствор, глинистый раствор с песком) очень высока даже при оптимальных параметрах процесса, обеспечивающие минимум удельных затрат энергии. Например, для мрамора она составляет 6ООО Дж/см3, тогда как при механическом разрушении зубом долота составляет около 300 Дж/см3 [65], т.е. в двадцать раз ниже. Подобные работы были выполнены ранее Биишевым А.Г., Струговцом Е.Т. [68], Арзумановым Р.Г. [69], Войцеховским Б.В. [70] и др. Они получили результаты в целом сходные с приведенными, но имеются и некоторые интересные отличия. Так, в работе [71] отмечается, что одинаковая глубина разрушения породы прочностью (на одноосное сжатие) 16,5 МПа получена водой при скорости струи 145 м/с, глинистым раствором 100 • м/с, а глинистым раствором с песком в количестве 3-4% только 65 м/с. Приведенным • , * значениям скорости соответствует давление в центре пятна струи 64, 32 и 14 процентов от прочности породы. При динамическом давлении струи на эту же породу не более 10 МПа глубина разрушения последней водой примерно на порядок меньше, чем глинистым раствором с песком. Однако при увеличении динамического давления до 20 МПа эта разница резко сокращается до 35-40%. Для более прочных пород различие в глубине разрушения еще меньше. В работе [72] рассмотрено разрушение мрамора поступательной и вихревой струей воды. Установлено, что при постоянной мощности струи эффективность разрушения породы вихревой струей выше, чем поступательной. Однако энергоемкость разрушения горной породы очень высока на два порядка выше, чем при механическом разрушении, т.е. значительно выше^ чем в опытах других авторов. Последнее объясняется невысоким давлением струи на породу, недостаточным для ее эффективного разрушения. Промысловые испытания РГПЖ были проведены на Солкинском месторождении Западной Сибири в интервале 310-460 м на скважинах № 668 и № 688 [73]. Причем на скв. №668 бурили струями технической воды при расходе 40 л/с, перепаде давления на долоте 21-22 МПа, частоте вращения инструмента 80 об/мин. В начале интервала механическая скорость бурения была такая же, как при турбинном бурении шарошечными долотами, но проходка за один оборот струйного долота была в 4-5 раз выше, чем шарошечного. Одна |