Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

I В разведочном бурении широко используют различные устройства, основанные на принципе самоторможения. Одним из таких устройств является трубодержатель, простейшая конструктивная схема которого

показана на рис. 4.2. Трубодержатель (рис. 4.2, а) состоит из трех 1 основных конструктивных элементов: трубы 1, плашки 2, корпуса

3. Под действием собственной силы тяжести Q труба стремится опуститься вниз; в процессе движения она захватывает плашки, которые, скользя по наклонной плоскости, зажимают трубу. За счет этого в плоскости соприкосновения трубы и плашки возникает достаточно большая сила трения, которая при определенном значении угла а (рис. 4.2, б) может существенно превышать силу тяжести трубы и за счет этого удерживать ее от падения в скважину. Для лучшего захвата трубы плашки на внутренней поверхности снабжаются насечкой. На аналогичном принципе основаны также кернорватели, ряд конструкций зажимных патронов и т. д.

Задача о самозахвате трубы в традиционной постановке сводится к определению угла а, при котором проскальзывание трубы в плашках будет исключаться.

Составим расчетную схему устройства (см. рис. 4.2, б). Перво­начально рассмотрим равновесие трубы с плашками как единого твердого тела (из приведенного рисунка следует, что пространственная задача сведена к плоской). При этом предполагается. чТо сила трения, возникающая между трубой и плашками, больше силы тяжести Трубы. На выделенное тело действуют одна активная сила 1 Q (силой тяжести_ плашек пренебрегаем) и четыре реактивные силы: две нормальные и N2 и две касательные силы трения FTpl и Frp2. Две нормальные силы являются равнодействующими равномерно распределенных нагрузок интенсивности qu действующие по граням плашек. Будем исходить из того, что выделенное тело находится ; в состоянии предельного равновесия, т. е. силы трения Fxpl и FTp2— предельные силы трения и их модули определяют по формулам ■

Frpz=N2f2,

где f2—коэффициент трения плашки о корпус.

Таким образом, в рассматриваемой задаче содержится только две неизвестные величины—силы Ni и N2. Изображенная на рис. 4.2, б 80

Псистема представляет собой плоскую произвольную систему сил. t Однако легко заметить, что главный момент этой системы сил ^относительно любой точки обращается в нуль.

‘ .Из уравнения Z= 0 легко получить, что Nl=N2- Из уравнения ZFky=0 можно определить силу

N2 ~ Q12 (sin ос+/2 cos а).

Для определения угла ос в качестве объекта равновесия выберем

‘ теперь плашку (рис. 4.2, в). Заметим, что сила F2 в общем случае! не является предельной. В нашем случае она определяется значениями ;- сил N2 и /тр2. Сила N2 также является равнодействующей равномерно L распределенной нагрузки интенсивностью q2. Из уравнения определим модуль силы

Ri — Q (cos a +/2 sin а) / 2 (sin а +/2 cos а). (4.15)

Зная R2, можно определить предельную силу трения между плашкой и трубой

Fxp=Rifu

; где fx—коэффициент трения между трубой и плашкой. Отсюда

FTP = 2/i (cos а —/2 sin а) / 2 (sin а +/2 cos а). I

Очевидно труба не будет проскальзывать по плашке, если Ftp > QI2. 1

(4.18)

Подставляя в неравенство (4.18) значение и проведя соответ­ствующие преобразования, получаем

(4.19)

Выражение (4.19) показывает, каким следует выбирать значение угла ос, чтобы происходило самоторможение труб. Однако выбирать малые значения угла ос не рекомендуется вследствие того, что будут возникать большие радиальные нагрузки на трубу R2, которые могут привести к ее смятию. При малых углах ос освобождение трубы из трубодержателя также затруднено.

Из выражения (4.19) следует, что большей величины ос можно достигнуть увеличением коэффициента трения fx (это достигается насечкой на плашке) и снижением коэффициента трения /2. Желательно коэффициент /2 вообще сводить к нулю. Последнее достигается путем постановки между корпусом и плашкой элементов качения. Известно, что сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения.

Задача о заклинивании керна с помощью кернорвателя с учетом ряда дополнительных силовых факторов рассмотрена А. М. Никаноровым, о захвате бурильной трубы в зажимном патроне—Г. Д. Поляковым.

Комментарии запрещены.