ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ПРОЦЕССАХ РЕЗАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОН Мустафаев А.Г.,Расулов А.Г.

Ключевые слова

тепло трения, фрезерование, металл

Просмотр статьи

Аннотация к статье

Проведенные исследования показывают, что одним из основных параметров снижающих работоспособность скважинного инструмента райбера фрезерного типа является тепловыделение при резании эксплуатационной колонны при проводке второго ствола скважины. Известно, что во всех процессах контактного трения, в том числе при резании колонны, на контактирующихся поверхностях выделение тепла распространяется неравномерно. В таких случаях для проведения теплового расчета имеет значение определение коэффициента распределения теплового потока. Поэтому в процессе резания колонны в скважных условиях представляет большой интерес изучение этого коэффициента [4]. В рассматриваемой статье были определены значения коэффициента распределения теплового потока при резании колонны которое аналогично можно применять в процессе фрезерования металлов, так как физические параметры металлов близки к трубам.

Текст научной статьи

Введение: При резании эксплуатационной колонны реализуемая энергия переходит в тепловую, разогревая тонкие поверхности слоев элемента вооружения до 900-1000 °С. Проведенные исследования показывают, что в случае недостаточного охлаждения перегревается режущий инструмент [1,2]. При перегреве поверхностей активизируются всякие виды износа, приводящие к изменению кристаллической структуры материала, развивающие тепловой износ. Поэтому, состав бурового раствора и материал для изготовления опоры тяжело нагруженных элементов долот должны иметь повышенную теплостойкость. В поставленной задаче для регулирования тепла на режущей поверхности инструмента требуются определить значения коэффициента распределения теплового потока. Для достоверности теплового расчета было определено стационарное значение перепада температуры и его приращения в металле с учетом теплопроводности вооружения фрезера. Проведенные исследовании показывают, что процесс теплообмена является не стационарным и конкретные значения его должны определены расчетным путем. Коэффициент распределения теплового потока хорошо изучен применительно к торможению [3]. Однако, процесс резания бурильных колонн существенно отличается от торможения, наличием конвективного теплообмена. Отметим, что специфика процесса резания эксплуатационных колон не позволяет осуществлять процесс без отрыва инструмента от забоя. Инструмент периодически отрывается от забоя и при этом исключается тепловые источники. Для нормальной работы режущего инструмента при резании эксплуатационных колон генерированное тепло должно быть полностью или частично снято с исключением тепловых источников и последующим его охлаждением промывочной жидкостью. Перепад температуры и ее приращения с учетом коэффициента критерия охлаждаемости представляется в виде: (1) при х→0 (t → ∞) температурное поле переходит в стационарное состояние, то есть: = (2) Согласно формуле (1) определим стационарное значения перепада температура в металле и в породе. ( ) (3) где - перепад температуры во фрезере . - часть теплового источника действующей на наружной поверхности инструмента. - значения обобщенного параметра металла на контактной поверхности. - переменная величина,обобщенного параметра для пород; - теплопроводность разрушающего инструмента; R - радиус теплового влияния инструмента; 1 - значение критерия охлаждаемости в металле; 1 и определяются следующим образом: ( 4) где - площадь действия теплового источника, эквивалентная наружная поверхность цилиндра; - охлаждаемая поверхность режущего инструмента. На основе уравнения теплового баланса и с учетом коэффициента распределения теплового потока ( при трении значения критерии и определяется аналогично [2]: ( 5) При (, соответственно ( и . Тогда формула (5) получит следующий вид: 1 = (6) Подставляя (5) в формуле (3) для случаи и перепад температуры в инструменте будет: (7) Коэффициент распределения теплового потока определяется из равенства температуры на контактной поверхности. Выводы: 1. Введена формула для определения коэффициента распределения теплового потока. 2. Определены значения распределения теплового потока между трущимися поверхностями режущего инструмента в металле.