Влияние износа кнопок долота на характеристики роторно‑ударного бурения: моделирование и верификация сопряжения МБД‑ДЭМ

Статья посвящена роторно‑ударному бурению в крепких породах. Для повышения эффективности и снижения затрат важно установить взаимосвязи между режимами работы, износом долота и параметрами бурения. Предложена модель, объединяющая многотельную динамику (МТД) и метод дискретных элементов (ДЭМ) для исследования влияния рабочих параметров и износа долота на скорость проходки (ROP) и характеристики износа. Модель точно воспроизводит движение долота и реконструирует породу на основе результатов просеивания шлама. Полевые эксперименты подтвердили динамику штанги, модель реконструкции породы и сопряжённую модель в симуляции. Результаты показывают, что давление удара существенно влияет на ROP и глубину износа кнопок долота, и существует оптимальный диапазон давления удара с экономической точки зрения. Коэффициент износа значительно влияет на ROP при значениях коэффициента от 1/3 до 2/3. Увеличение коэффициента износа может снизить давление на кнопки и глубину их изнашивания при той же длине проходки. Потеря калибрующих (гаге) кнопок увеличивает ROP из‑за возрастания давления на оставшиеся кнопки, что также ускоряет разрушение долота. Кроме того, более равномерное распределение кнопок на долоте повышает ROP при одинаковом количестве потерянных кнопок.