«1 Форум студентов - буровиков, 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых 2 Форум студентов - буровиков, 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений ...»

Подача насоса при диаметре поршня насоса 205мм составляет от 30 до м /ч в зависимости от интенсивности расхаживания. Для привода механизма для расхаживания поршня насоса можно использовать буровые насосы с подачей более 100 м3/ч. Исследовательско-конструкторские материалы переданы в ГХК «Спецшахтобурение» для использования.

1. Пилипец В.И. Насосы для подъема жидкости. – Донецк: РИА, 2000. с.241.

2. Пилипец В.И. Применение погружных насосов с гидроприводом для откачки жидкости из буровых скважин. – Свердловск: СПИ. В кн.: Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. 1981.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. – 6-е изд. – М.: Машиностроение,. 1982.

УДК 622.

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕКИХ СРЕДСТВ

ТАМПОНИРОВАНИЯ ЗОН ОСЛОЖНЕНИЙ

Основной технологической особенностью тампонирования скважин сухими быстросхватывающимися смесями (БСС) является доставка в заданный интервал тампонажного материала, его затворение водой и переработка специальными устройствами непосредственно в зоне геологического осложнения.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Объектом разработки и исследования является снаряд бокового тампонирования, который предназначен для тампонирования зон осложнений, находящихся в значительном удалении от забоя. Снаряд обеспечивает тампонирование с помощью сухих быстросхватывающихся смесей.

Разработка проводится в рамках выполнения магистерской исследовательской работы и предусматривает разработку конструкции снаряда для бокового тампонирования, определение и исследование рациональной рецептуры находятся нижний и верхний конусы 9, которые прикреплены к телу трубы крепежными штифтами 7 и необходимы для ограничения растекания образующейся смеси в сухой тампонажной смесью. С противоположной стороны окна на корпусе тампонажного снаряда установлен эксцентрик 10, В исходном положении поршень перекрывает окно в корпусной трубе, предотвращая преждевременное выпадение пакетов в ствол скважины.

Принцип действия снаряда для бокового тампонирования заключается в следующем. Снаряд опускается на колонне бурильных труб в зону осложнения.

Нижний и верхний конусы 9 уменьшают зазор между снарядом и стволом скважины, ограничивая распространение тампонажной смеси. По колонне бурильных труб подается промывочная жидкость. Пакеты со смесью под давлеФорум студентов - буровиков», 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых нием промывочной жидкости перемещают поршень 4 вниз вдоль шпонкиштифта 8. Пружина 6 при этом сжимается, открывая окно в стенке трубы. Пакеты с сухой тампонажной смесью по направляющему откосу поршня попадают в окно между наружной стенкой снаряда и стенкой скважины. При вращении снаряда пакеты разрушаются эксцентриком, смесь от вращения разогревается и задавливается в тампонируемый горизонт.

УДК 622.

РАЗРАБОТКА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СНАРЯДА ДЛЯ

НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН ИЗ

ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Одной из основных проблем, существующих на сегодняшний день при подземной разработке угольных месторождений в Донбассе, является внезапные выбросы газа метана, приводящие к катастрофическим последствиям.

Эффективным способом противодействия выбросам газа метана считается бурение сети дегазационных скважин как с поверхности, так и непосредственно из горной выработки.

Дегазационные скважины, пробуренные из горной выработки, могут быть горизонтальными или восстающими. При этом особые требования предъявляются к положению забоя пробуренной направленной скважины.

Отклонение скважины при направленном бурении (изменение зенитного угла и азимута бурения) осуществляется отклоняющими устройствами различных конструкций, наиболее эффективными из которых являются снаряды непрерывного действия с распорными элементами в виде выдвижной каретки и встроенными в роторную часть шарнирами (к примеру, отклонитель ТЗ, комплекс «Кедр» и др.). Такая схема позволяет реализовать наиболее эффективную схему разрушения забоя – с комбинированным асимметричным разрушением забоя и фрезерованием стенки скважины.

Для снижения погрешности в проведении цикла искусственного искривления скважины необходимо, чтобы погрешности применяемых ориентаторов не превышали или были ниже погрешности инклинометрических приборов с целью полного исключения инструментальных (приборных) ошибок ориентации.

На сегодняшний день одной из основных проблем направленного бурения из подземных горных выработок является отсутствие возможности оперативного контроля за положением скважины в процессе бурения скважины особенно при использовании буровых станков отечественного производства. При бурении сравнительно неглубоких дегазационных скважин из подземных горных выработок выполнение промежуточных измерений пространственного положеФорум студентов - буровиков», 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых ния скважины инклинометрами обычно не проводится из-за значительных затрат времени на выполнение спуско-подъемных операций.

Выходом их этой ситуации может быть применение встроенных в буровой снаряд датчиков телеметрических систем. Известен ряд зарубежных телеметрических систем, используемых при бурении глубоких нефтегазовых скважин, но стоимость и габариты скважинного оборудования не позволяют использовать их для условий дегазационного бурения из горных выработок.

В ходе выполнения магистерской работы по разработке комплекса для направленного бурения дегазационных скважин возникла идея использования для оперативного определения пространственного положения забоя скважины локационную систему Digitrak Eclipse. Эта система в настоящее время является одной из самых распространенных в мире систем навигации.

Внешний вид приемного устройства локационной системы Digitrak Eclipse показано на рисунке.

Рисунок – Приемное устройство локационной системы Digitrak Eclipse Рабочая частота, заданная Eclipse оптимальна для бурения и абсолютно исключает помехи. Уникальная конфигурация антенны приемника позволяет прибору определять местоположение точек позиционирования и излучателя.

Излучатель обеспечивает трехмерное дистанционное управление «влевовправо» и «вверх-вниз».

Источник питания никель-кадмиевая батарея Digi Trak Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых УДК 622.24.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТА УДАРНОГО УЗЛА ЗАБИВНОГО ПРОБООТБОРНИКА С ПАДАЮЩИМ БОЙКОМ

При инженерно-геологических изысканиях основные физикомеханические свойства грунта определяются по образцу, отобранному из скважины. В соответствии с действующими нормативными документами для пробоотбора в песках средней плотности и глинистых грунтах с показателем пластичности не более 0,75 рекомендуется применять устройства забивного типа.

Практика сухопутных и морских инженерно-геологических работ показывает, что отбор проб с минимальным нарушением структуры происходит при использовании пробоотборников с освобождающимся и падающим на рабочем ходе бойком. Известны две конструкции подобных пробоотборников: с канатным и с гидравлическим приводом.

Рисунок – Варианты конструктивного ис- разжимаются. Боек под собственным весом перемещается Чем больше энергия генерируемого удара, тем для отбора пробы нужной высоты потребуется меньшее количество ударов. В результате проба будет менее нарушенной.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Ранее проведенные исследования показали, что на текущее значение скорости бойка оказывает влияние величина зазора между бойком и корпусом ударного узла. Конструкция ударного узла существующего пробоотборника предусматривает зазор между бойком и корпусом, равный 5 мм. При рабочем ходе 0,5 м он обеспечивает скорость соударения 2,25 м/с и достаточную соосность головки бойка и захватов.

Для повышения энергии единичного удара предполагается проведение исследований в следующих направлениях.

1. Так как увеличение зазора приводит к возрастанию скорости падения бойка, то примем зазор, который значительно больше существующего. Для обеспечения соосности головки бойка и захватов на боек устанавливаются центраторы. Предварительные расчеты показали, что при столь значительном увеличении зазора скорость значительно не возросла. Так, на ходе 0,5 м при зазоре 20 мм скорость увеличивается на 0,58 м/с в сравнении со скоростью для зазора в 5 мм. Данный путь является малоэффективным.

2. В конструкцию ударного узла включаем пружину. Пружина устанавливается в верхней части корпуса и сжимается при подъеме бойка. При ходе бойка вниз к собственному весу бойка добавляется еще и усилие разжимающейся пружины.

3. Используем влияние на скорость движения бойка гидростатического давления столба жидкости. Для этого герметизируем подбойковую полость, надевая на боек манжеты. В подбойковую полость закачиваем воздух, в надбойковую полость через отверстия в корпусе поступает жидкость. Боек движется вниз под собственным весом и под влиянием давления жидкости. Величина давления столба жидкости зависит от глубины моря. Чем больше глубина моря, соответственно высота столба жидкости, тем больше значение давления столба жидкости.

В настоящее время разрабатывается математическое описание движения бойка для предложенных вариантов конструктивного исполнения ударного узла.

УДК 622.24.

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ГРУНТА, УЧАСТВУЮЩЕГО В

УДАРНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПРИ ПОГРУЖЕНИИ ЗАБИВНОГО

ПРОБООТБОРНИКА

В соответствии с ГОСТ 12071-2000 «ГРУНТЫ Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов» [1], который действует в большинстве стран бывшего Советского Союза, включая Украину, для отбора монолитов песках Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых средней плотности и глинистых грунтах с показателем пластичности не более 0,75 применяют забивные грунтоносы и пробоотборники. Несмотря на имеющиеся конструктивные различия забивные устройства принципиально состоят из бойка, наковальни, керноприемной трубы и башмака (рис.1). Под действием периодических ударов бойка по наковальне происходит заглубление керноприемной трубы с башмаком в грунт. При этом последний в виде столбика керна входит внутрь трубы. Так как грунты, для которых рекомендуется применение забивного способа погружения, преимущественно рыхлые и набухающие, то будет справедливым считать, что керн, несмотря на разность диаметров башмака и керноприемной трубы, будет соприкасаться с поверхностью трубы.

Перед каждым последующим ударом бойка керноприемная труба находится в покое.

Величину скорости, которую получает керноприемная часть устройства, можно определить, используя формулу классической теории удара:

где V1 – скорость движения бойка в момент соударения, м/с; R y – коэффициент восстановления скорости при ударе; mпр – приведенная масса инструмента, воспринимающая удар, кг; m1 – масса бойка, кг.

Приведенная масса включает массу керноприемной трубы с башмаком m и массу грунта mгр, сцепленного с инструментом:

Б.М.Ребрик [2,3] определяет массу грунта, участвующую в ударном соударении, согласно схеме на рис.2а, используя выражение:

где Vгр – объем грунта, м3; – плотность грунта, кг/м3; – текущая глубина погружения в грунт (высота пробы), м; Dн, D – соответственно наружный и внутренний диаметр керноприемной трубы, м; – угол между вертикальной линией и образующей конуса грунта, который в результате проявления сил сцепления участвует в ударе, градус.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Как видим, величина mгр представляет собой сумму двух масс: грунта, прилегающего к наружной и внутренней поверхностям керноприемной трубы, и зависит, главным образом, от угла. Формула (3) выведена Б.М.Ребриком, исходя из условия, что Vгр это объем усеченного конуса с диаметром меньшего основания, равным Dн, за вычетом объема керноприемной трубы и пустого пространства внутри нее. При этом пустое пространство внутри керноприемника также имеет форму усеченного конуса (рис.1а).

Такой подход является верным при погружении забивного пробоотборника в грунт на глубину, меньшую 1. Величину 1 можно рассчитать по формуле:

При глубине погружения, большей 1, пустое пространство внутри керноприемной трубы пробоотборника имеет форму нормального конуса (рис.1б), его объем постоянен. В этом случае массу грунта, сцепленного с инструментом, следует определять из выражения:

Рис. 1 Схема к определению массы грунта, участвующего в ударном взаимодействии Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых По приведенным зависимостям рассчитана масса грунта, сцепленного с инструментом. Расчеты выполнялись для песка мелкого (=1600 кг/м3, =30), супеси пластичной (=1900 кг/м3, =50), суглинка мягкопластичного (= кг/м3, =80) и глины тугопластичной (=2000 кг/м3, =100). Произведено сравнение полученных результатов с результатами расчетов по формуле, предложенной в работах Б.М.Ребрика. Оно показало: при относительно больших глубинах погружения расхождение в результатах значимо. Так при ударном погружении керноприемной трубы диаметром 89 мм на 1 м расхождение в массе грунта, сцепленного с инструментом, составляет 17-25%. В связи с этим, для точного определения приведенной массы инструмента, участвующей в ударном взаимодействии, при глубине погружения, большей 1, рекомендуется пользоваться зависимостью (5).

ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. – Введ. 01.07.2001. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 15 с.

Ребрик Б.М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин.

– М.: Недра, 1983. – 288 с.

Ребрик Б.М. Ударное бурение грунтов. – М.: Недра, 1976. – 232 с.

УДК 622.

РОЗРОБКА ВДОСКОНАЛЕНОГО СИГНАЛІЗАТОРА ЦИРКУЛЯЦІЇ

ПРОМИВАЛЬНОЇ РІДИНИ У СВЕРДЛОВИНІ

Проаналізувавши відомі сигналізатори поглинання, можна помітити наступне: при незначному падінні рівня промивальної рідини в свердловині, або при частковому її поглинанні ці пристрої не допоможуть нам виявити ці негативні зміни. Це може привести до аварії при зашламуванні свердловини.

Тому пропонується наступна схема роботи сигналізатора циркуляції рідини, показана на рис. 1. При бурінні в нормальних умовах (рис. 1, а) рідина проходить через сигналізуючий елемент, в якому, втрати тиску дорівнюють Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Р1. Далі рідина проходить на вибій, попадає в затрубний простір і протікає через датчик швидкісного напору. При цьому на датчику швидкісного напору виникає перепад тиску Р1с. Далі вся промивна рідина виходить на поверхню.

При бурінні в зоні поглинання промивної рідини (рис. 1, б) рідина проходить через сигналізуючий елемент, втрати тиску в якому змінюються до Р2.

Далі рідина проходить на вибій, після попадає в затрубний простір, у якому частина рідини йде в зону поглинання, а частина рідини протікає через чутливий елемент. При цьому на датчику швидкісного напору виникає перепад тискуР2с. Таким чином, зміною перепаду тиску на датчику швидкісного напору можна керувати сигналізуючим елементом. Можливо виконання сигналізатора циркуляції рідини за двома схемами, коли тиск у пристрої при сигналізації росте і коли він зменшується. На основі запропонованої схеми (рис. 1) розроблена конструктивна схема сигналізатора, показана на рис. 2, по якій подана заявка на корисну модель U 2009 3010 від 14.12.2009. Сигналізатор складається з корпуса 1, в якому встановлено шток 2 з каналом 3, уступом 4, перехідником 5, каліброваною втулкою 6 і радіальними отворами 7 й 8. У кільцевому зазорі між корпусом 1 і штоком 2 встановлено хвостовик 9 клапана 10, над яким розташована пружина 11, що притискає клапан 10 до уступу 4. У хвостовику 9 виконано два ряди радіальних отворів 12 й 13, які з'єднані між собою кільцевою проточкою 14 на внутрішній поверхні корпуса 1. Радіальні канали 15 з'єднані з порожниною, в якій встановлена пружина 10. На корпусі 1 і перехіднику 5 встановлено центратори 16.

Рисунок 1 – Схема сигналізатора циркуляції а) схема роботи сигналізатора в нормальних Рисунок 2 – Сигналізатор цирумовах; б) схема роботи сигналізатора при по- куляції промивальної рідини у глинанні; 1 - чутливий елемент (датчик швид- свердловині кісного напору); 2 – сигналізуючий елемент.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых УДК 622.

РАЗРАБОТКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРНОГО МЕХАНИЗМА ДЛЯ

ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТОВ

При достижении расчётного давления запорный элемент продавится через седло, разомкнув лепестки его нижней цанговой втулки. Тогда за счёт резкого снятия давления в материале колонны бурильных труб проходит волновой импульс, встряхивающий колонну и возбуждающий колебания в зоне прихвата.

Одновременно ударный поршень, разгоняемый пружиной, перемещается вверх и наносит удар по наковальне, который передаётся на прихваченный снаряд. В этот момент запорный элемент, находившийся в полости подводящего канала, выпадает через боковое окно в канал стакана и далее попадает в седло ударного поршня. Цикл работы повторяется.

УДК 622. 233:551. КОМБІНОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ СТВОРЕННЯ ГРАВІЙНИХ ФІЛЬТРІВ

БУРОВИХ СВЕРДЛОВИН

В статті наведено аналіз нетрадиційних технологій обладнання водоприймальної частини свердловини в межах водоносних горизонтів, представлених середньозернистими, дрібнозернистими і пилуватими пісками гравійними фільтрами з витягуваним захисним кожухом.

Актуальність та стан проблеми. При спорудженні гідрогеологічних свердловин особливу складність представляють питання, пов'язані з розтином водоносних горизонтів представлених неоднорідними, середньодрібнозернистими і пилуватими пісками і обладнанням гравійними фільтрами водоприймальної частини свердловин. На сьогоднішній день не існує надійної технології створення в свердловині гравійного фільтру з якісним гравійним обсипанням.

Останнім часом на кафедрі техніки розвідки родовищ корисних копалини Національного гірського університету (ТРРКК НГУ) розроблені технологія устаткування водоносних горизонтів гідрогеологічних, геотехнологічних сверФорум студентов - буровиков», 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых дловин і ряд конструкцій гравійних фільтрів, що споруджуються на денній поверхні з подальшою доставкою і установкою у водоносному горизонті.

Метою статті є аналіз конструкцій гравійних фільтрів ТРРКК НГУ, призначених для обладнання водоносних горизонтів гідрогеологічних свердловин питного і господарського водопостачання.

Особливістю технологій застосування гравійних фільтрів із витягуваним захисним кожухом [1] (рис. 1) є їх збірка на денній поверхні з формуванням в просторі між каркасом фільтрової колони 9 і знімним захисним кожухом 2 при візуальному контролі гравійного обсипання (при необхідності багатошарової) із заданими фізичними властивостями. Після чого виконуються операції з транспортування гравійного фільтру по стовбуру свердловини, до вибою, від'єднанню знімного кожуха і подальшого витягання його зі свердловини на колоні бурильних труб на денну поверхню.

Відмінною особливістю розроблених гравійних фільтрів є те, що вони містять знімний захисний кожух 2, що має діаметр, максимально наближений до діаметру водоприймальної частини свердловини. Кожух 2 призначений для формування гравійного обсипання і запобігання порушенню її суцільності до моменту приведення фільтру в робочий стан, центрування гравійного фільтру при установці у водоносному горизонті і так далі. При детальному розгляді конструкцій гравійних фільтрів тільки фільтр з жорстким з'єднанням знімного кожуха з черевиком шпильками (рис. 1,а) може мати значну довжину фільтрової колони. Збірка гравійного фільтру, нарощування фільтрової колони, за даною схемою проводяться на гирлі свердловини після приєднання знімного захисного кожуха 2 до черевика 1 шпильками, що зрізаються, 16. Утримування фільтру на гирлі від падіння його в свердловину здійснюється за рахунок хомутів закріплених на знімному захисному кожусі 2, що спираються на стіл ротора бурової установки. Решта конструкцій гравійних фільтрів (рис. 1,б,в,г) має обмеження по довжині фільтрової колони, обумовлене висотою щогли бурової установки. Крім того, (рис. 1,в і 1,г) для попередження підняття захисного кожуха 2 в процесі транспортування гравійного фільтру до водоносного горизонту на колоні бурильних труб 11 і для забезпечення формування якісного гравійного обсипання у водоносному горизонті необхідно, щоб при збірці фільтру і в процесі його транспортування виконувалася умова де lн – глибина посадки кожуха в штатне місце в черевику відстійника; lв – величина вільного ходу кожуха, обмеженого запобіжником; lз – величина паза замку.

Транспортування гравійного фільтру здійснюється на колоні бурильних труб 11, які залежно від вибраної конструкції з'єднуються з фільтром за допомогою: шпильок, що зрізаються, 16, які жорстко сполучають нижню частину знімного кожуха 2 з черевиком фільтру 1 і упору 13, жорстко приєднаного до колони бурильних труб 11. Колона бурильних труб має можливість осьового переміщення, обмеженого упором 13 і запобіжником 15 (рис 1,а); муфти з лівим різьбленням 17, жорстко встановленої у внутрішній порожнині відстійника 5, Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых функціонально виконаної спільно із зворотним клапаном (рис 1,б); Т-подібного ключа 18, що фіксує співісне положення каркаса фільтрової колони 9 з корпусом знімного кожуха 2 (рис 1,в); шпильок, що зрізаються, 19, конструктивно розташованих в жорстко закріпленому на бурильній колоні 11 упорі 13 і верхній частині надфільтровойїколони 12 гравійного фільтру (рис 1,г).

Посадка гравійного фільтру у водоносний горизонт може здійснюватися:

у розкритий водоносний горизонт з проектним діаметром; у пілот-свердловину малого діаметру; методом одночасного розтину водоносного горизонту і посадки гравійного фільтру гідровмивом.

а – з жорстким з'єднанням знімного кожуха з черевиком шпильками; б – із з'єднанням бурильної колони з каркасом фільтру лівим різьбленням; в – з Т-подібним з'єднанням бурильної колони з надфільтровою трубою; г – з жорстким з'єднанням бурильної колони з надфільтровою трубою шпильками Рисунок 1 – Схема опускного гравійного фільтру із знімним захисним кожухом Після того, як фільтр посаджений на проектну глибину (рис. 1,а, 1,г) під дією осьового навантаження, створюваної вагою бурильної колони, відбувається те, що зрізає шпильок з подальшим витяганням знімного захисного кожуха зі свердловини і оголенням матеріалу гравійного обсипання.

Висновки. Розроблені технології устаткування гідрогеологічних свердловин гравійними фільтрами із знімним захисним кожухом дозволять: зменшити витрату гравійного матеріалу і часу на його транспортування до водоносного горизонту; уникнути зависання гравійного матеріалу при його транспортуванні по стовбуру свердловини; поліпшити якість гравійних фільтрів за рахунок формування при візуальному контролі на денній поверхні гравійного обсипання і при необхідності формування багатошарового обсипання із заданими параметрами; усунути вірогідність утворення зяючих порожнеч; понизити вірогідність Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых піскування; понизити гідравлічні опори при підвищенні ефективної пористості і др.

Негативною стороною фільтрів даної конструкції є те, що: у реальних свердловинних умовах ці фільтри не випробувані; за винятком гравійного фільтру першої конструкції, останні мають обмеження по довжині робочої поверхні, обумовленій довжиною обсадної труби і відсутністю можливості закріплення знімного кожуха над гирлом свердловини; через конструктивні особливості і технологію обладнання водоносного горизонту, при витяганні знімного кожуха зі свердловини зазор між шаром гравійного обсипання і стінками свердловини заповнюється за рахунок гравійного обсипання фільтру, що може привести до порушення текстури гравійного обсипання.

1. А.А. Кожевников, С.В. Гошовский, А.К.Судаков, О.А. Пащенко, А.А. Гриняк, М.А Колесников. Анализ технологических и технических особенностей применения опускных двухслойных гравийных фильтров со съемным защитным кожухом. Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Вип.10. – Киев: ИСМ им.

Бакуля НАН Украины 2007. С.47-50.

РАЗРАБОТКА ГИДРОУДАРНОГО МЕХАНИЗМА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С ПОВЫШЕННЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ

Прихват может быть вызван оседанием шлама при прекращении циркуляции промывочной жидкости, кусками породы, вываливающимися из стенок скважины, уроненными в скважину мелкими предметами, прижогом коронки, т.е. спеканием её горной породой или шламом на забое.

Возникновение прихвата снижает производительность труда и повышает себестоимость работ и увеличивает затраты времени на бурение скважины.

Одним из эффективных методов ликвидации прихватов является применение ударного устройства — гидравлического вибратора.

В настоящее время разработаны многочисленные конструкции гидравлических вибраторов, в той или иной мере применимых для ликвидации прихватов. Одной из наиболее перспективных конструкция является конструкция гидравлического вибратора двойного действия с дифференциальным поршнем и двухклапанным распределением рабочей жидкости, разработанная на кафедре Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых «Технология и техника геологоразведочных работ» Донецкого национального технического университета.

Однако, применение их в практике буровых работ показало, определенное снижение эффективности удара бойка по наковальне и в целом КПД устройства. Этот недостаток, обусловленная тем, что поршень с бойком, набирая максимальную скорость на участке рабочего хода, теряет часть ее при перестановке клапанной группы за счет возникновения гидроторможения. Таким образом, скорость соударения бойка с наковальней будет меньше максимальной, достигаемой поршнем в процессе движения, что снижает КПД устройства и эффективность его работы.

наковальнями. К распределительному переходнику крепится клапанная коробка с цилиндром, в котором размещен поршень, снабженный хвостовиком, установленным в камере, выполненной в теле бойка. Клапанная группа представлена впускным и выпускным клапанами, втулкой Нижней наковальней он соединяется с прихваченным инструментом. В исходном состоянии поршень и боек находятся в крайнем нижнем положении, при этом фиксаторы размещаются в проточке, фиксируя поршень относиРис. 1. – Гидравлический тельно бойка. Впускной клапан закрыт, а выпускной открыт.

При подаче рабочей жидкости в гидравлический вибратор она поступает под поршень, перемещая последний вверх. После прохождения рабочего хода, когда поршень наберет максимальную скорость, он наносит удар по впускному клапану. Одновременно боек, двигавшийся вместе с поршнем, наносит удар по верхней наковальне. Поршень, продолжая двигаться вверх, проходит вместе с выпускным клапаном расстояние свободного хода. Открывается впускной клапана и рабочая жидкость начинает поступать и в надпоршневую полость цилиндра, тормозя поршень. Одновременно, поскольку боек остановился от удара Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых по наковальне, а поршень продолжал движение, фиксаторы выходят из проточки и хвостовик занимает крайнее верхнее положение в камере.

УДК 622.

РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ УДАРНОГО МЕХАНІЗМУ ДЛЯ ЛІКВІДАЦІЇ

ПРИХВАТІВ В СВЕРДЛОВИНАХ З НИЗЬКИМ ДИНАМІЧНИМ РІВНЕМ

ПРОМИВАЛЬНОЇ РІДИНИ

з’єднання з бурильними трубами, а в перехіднику 4 – різьба 16 для з’єднання з прихваченим снарядом. Між штоком 9 та перехідником Рисунок 1 – Конструктивна схе- снарядом обертання від бурильних труб передається на нього через шток 9, шліцьове ма ударного механізму.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых з’єднання 17, верхній перехідник 3 і корпус 1. Потім по бурильних трубах у сідло 13 скидається клапан 14, який перекриває осьовий канал у перехіднику 4. Далі бурильні труби заповнюють промивальною рідиною так, щоб рівень в них був значно вищій, ніж у свердловині. Для нанесення удару дають натяг бурильним трубам і піднімають шток 9. При цьому отвори 11 у штоку 9 піднімаються вище перегородки 7 і з’єднуються з порожниною під поршнем-бойком 12, і в неї починає перетікати рідина з бурильних труб. Оскільки тиск під поршнем-бойком 12 більший, ніж над ним, то поршень-бойок 12 рухається вгору і наносить удар по ковадлу 6.

При цьому рідина з порожнини над поршнем-бойком 12 витискається у свердловину через отвори 2. Для нанесення повторного удару бурильні труби подають вниз. Обмежувач 10 давить на поршень-бойок 12 і переміщує його вниз до уступа 5. При цьому рідина з-під нього витискається в порожнину бурильних труб через отвори 11. Коли вони зрівняються з перегородкою 7, рідина з-під поршня-бойка буде витискатися у порожнину бурильних труб через клапан 8. Удари, які передаються на прихвачений снаряд під час роботи пристрою, призводять до звільнення снаряду від прихвату.

Пристрій також може включатися до складу бурового снаряда. У випадку виникнення прихвату клапан 14 скидають по бурильних трубах, і він сідає у сідло 13. Подальша робота пристрою аналогічна.

Для розробленого пристрою під час ліквідації прихвату колонкової труби діаметром 89 мм в залежності від швидкості бойка досягається наступна сила удару (табл. 1).

Таблиця 1 – Залежність сили удару від швидкості бойка Швидкість бойка пристрою при ударі, м/с Зусилля в прихваченому снаряді, кН УДК 622.242/.

РАЗРАБОТКА СИГНАЛИЗАТОРА ВНЕЗАПНОГО ПАДЕНИЯ УРОВНЯ

ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ

Существенным недостатком технологической схемы прямой промывки скважины является отсутствие надежной регистрации момента падения уровня жидкости в ней в процессе бурения при подходе к проницаемой зоне. Такая ситуация, если ее во время не зафиксировать и оперативно не принять соответствующие меры (извлечь буровой снаряд), как правило, заканчивается аварией.

Отсутствие в таких случаях возможности контролировать уровень жидкости в скважине непосредственно в процессе бурения является источником возникноФорум студентов - буровиков», 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых вения аварии. Поэтому, весьма актуальным является теоретическое обоснование оперативного способа фиксации начала падения уровня жидкости в скважине.

Один из самых надежных каналов связи, по которому можно передать информацию об изменении гидравлических характеристик замкнутого или незамкнутого гидравлического контура скважины, является сам гидравлический контур. В технике его называют гидравлическим каналом связи. Падение столба жидкости в скважине приводит к уменьшению длины канала, по которому циркулирует жидкость, и, как следствие, к уменьшению потерь давления в циркуляционной системе. Манометр, установленный в ее начале, зарегистрирует падение давления. Однако в случае незначительного падения столба жидкости в скважине (а это так же может привести к обвалу ее стенок при наличии неустойчивых пород или незакрепленного интервала), уменьшение давления на входе в циркуляционную систему может быть визуально не зафиксировано бурильщиком, что нередко приводит к аварии. Таким образом, необходимо обеспечить возможность резкого снижения давления в нагнетательной сети (эквивалентно снижению давления при обрыве бурового снаряда) даже при незначительном падении уровня жидкости в скважине.

Принцип базируется на использовании фундаментального положения гидростатики - основного его уравнения, выражающего зависимость давления в данной точке покоящейся жидкости от рода жидкости, расстояния этой точки от свободной поверхности и давления на последней. При падении уровня жидкости в скважине будет уменьшаться гидростатическое давление ее столба в конкретной точке скважины. Поместив в эту точку элемент, позволяющий изменять свое положение в зависимости от изменения прилагаемой к нему силы гидростатического давления столба жидкости в скважине, мы можем использовать перемещение этого элемента для переключения каналов в нагнетательной линии. Если при падении столба жидкости в скважине нисходящий поток очистного агента переключится на канал, обеспечивающий его выход по линии наименьшего сопротивления, то манометр, установленный в нагнетательной сети, покажет резкое уменьшение давления. Это и будет сигналом, свидетельствующим о внезапном снижении уровня жидкости в скважине.

Контроль за положением уровня жидкости по вышеописанному принципу осуществляется без прерывания технологического процесса бурения, что выгодно отличает его от всех известных способов, предусматривающих обязательное извлечение бурового снаряда из скважины.

Схема сигнализатора показана на рис. 1.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Принцип его работы следующий. При понижении уровня жидкости в скважине 4 будет уменьшаться гидростатическое давление в конкретной ее точке. Поместив в эту точку элемент (в нашем случае клапан 1), изменяющий свое положение в зависимости от величины гидростатического давления в манометр (не показан), установленный в нагнетательной линии, покажет уменьшение давления. Это будет сигналом, свидетельствующим сигнализатора позволяет осуществРис 1 Сигнализатор внезапного паде- лять контроль за положением уровния уровня жидкости в скважине ня жидкости без прерывания проклапан; 2 - пружина; 3 – корпус сиг- цесса бурения, что очень важно для нализатора; 4 - скважина обеспечения непрерывности технологического процесса бурения.

УДК 622.242/.

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОГРУЖНОГО ПНЕВМАТИЧЕСКОГО

ВЫТЕСНИТЕЛЯ

Геологические разрезы скважин содержат проницаемые зоны, имеющие различную природу, пересечение которых приводит к значительным потерям промывочной жидкости. В подобных условиях рекомендуются технологии бурения с внутрискважинной промывкой, создаваемой погружными насосами.

При этом в качестве очистного агента используется естественный буровой раствор, оставшийся в скважине после вскрытия проницаемой зоны. Тем самым снижаются или полностью исключаются затраты, обусловленные его приготовлением и доставкой на объект ведения работ.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Анализ и обобщение опыта бурения, а так же работы последних лет, проведенные в Донецком национальном техническом университете, показали перспективность применения погружных пневматических вытеснителей для создаРис. 1 Схема пульсационного насоса с поверхностным воздухораспределителем Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых ния внутрискважинной прерывистой промывки. Это особый тип горных машин.

Они позволяют передавать энергию сжатого воздуха непосредственно на вытесняемую жидкость без промежуточных звеньев, что упрощает конструкцию и повышает надежность насоса.

На рис. 1 приведена схема, иллюстрирующая принцип работы такого устройства. При спуске его в скважину промывочная жидкость через каналы и 26 соединительного элемента 15, всасывающий клапан 16, пружинную камеру 29, канал 28 поступает в полость вытеснительной камеры 23. Поплавок 8 перемещается вверх вместе с поступающей в нее жидкостью. После того, как уровень жидкости в вытеснительной камере достигнет верхнего поплавка 6, последний поднимется по направляющей 4 в крайнее верхнее положение и перекроет сквозные каналы во втулке 3. Это предотвратит заполнение жидкостью колонны бурильных труб. При переключении воздухораспределителя на подачу сжатого воздуха он поступает в вытеснительную камеру 23 через центральный канал верхнего переходника 1, каналы втулки 3. Нижний поплавок 8, защищенный от ударов о внутреннюю поверхность вытеснительной камеры 7 с помощью колец 9, переместится вниз вместе с уровнем вытесняемой из камеры жидкости.

Жидкость через центральный канал 28, пружинную камеру 29, каналы соединительного элемента 15 поступает в полость корпуса 18 седла нагнетательного клапана 20, опирающегося на пружину 21, центрируемую в нижнем переходнике 19 с помощью втулки 22, отжимает нагнетательный клапан 20 и по бурильным трубам (не показаны) подается на забой скважины.

Сила сжатия пружины 14 рассчитывается таким образом, чтобы сила давления сжатого воздуха на клапан 13 была меньше (при максимально возможном давлении сжатого воздуха в вытеснительной камере 7) усилия снизу со стороны пружины 14 на клапан 13.

Далее с помощью воздухораспределителя (не показан), установленного на поверхности, внутренняя полость вытеснительной камеры через бурильные трубы соединяется с атмосферой. Давление в полости падает и начинается заполнения вытеснительной камеры. После этого рабочий цикл повторяется.

Как отмечено выше это устройство эксплуатируется в условиях поглощения промывочной жидкости с понижением ее уровня в скважине. Поэтому возможен обвал стенок скважины.

С этой целью конструкцией устройства должна быть предусмотрена возможность начать немедленную промывку скважины в случае обвала ее стенок.

При появлении косвенных признаков, свидетельствующих об обвале стенок скважины (повышение крутящего момента) немедленно включается буровой насос (не показан), который при пульсирующей промывке отключен от нагнетательной линии. Нижний поплавок 8 подхватывается потоком жидкости и перекрывает центральное отверстие 10 крышки 12. В вытеснительной камере поднимается давление, при котором сила давления жидкости на клапан 13 превысит усилие на него снизу со стороны пружины 14. Клапан 13 откроется и Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых обеспечит поступление жидкости на забой скважины, которая размоет прихваченную часть снаряда.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ И ТЕХНОЛОГИИ

БЕСКОЛОННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ МОРСКИХ

АКВАТОРИЙ

ПБС представляет собой структурный синтез гидроударного бурового снаряда (ПБС-127) и двух пусковых узлов для дистанционного изменения способа бурения в процессе рейса. При этом с помощью верхнего узла (ВПУ) производится запуск гидроударника на фазе отбора керна, а нижним пусковым узлом (НПУ) создаются условия для работы ПБС-127 в режиме гидромониторного размыва пород при неработающем гидроударнике. Наиболее проблемным интервалом в технологическом цикле проходки скважин является фаза перехода от интенсивного гидромониторного разрушения пород на забое при максимальном расходе жидкости (Q max), на режим промывки с пониженной подачей жидкости (Q), соответствующей номинальной величине расхода для эффективной работы гидроударника. Очевидно, в этот промежуток времени в скважине формируется зона, где в процессе ее промывки часть песка находится во взвешенном состоянии, практически не меняя свою вертикальную координату.

Поэтому даже при кратковременной остановке насоса, перед срывом керна, как правило, подъем снаряда затруднялся вследствие быстрого оседания песка и заполнению им всего объема кольцевого зазора между ПБС и стенками скважины.

Задача определения минимально необходимого расхода воды, при котором обеспечивается подъема частиц песка по стволу скважины, решалась путем моделирования системы «буровой снаряд-скважина» с использованием программного продукта АНСИС. При составлении модели использованы фактические размеры ПБС-127М [1] и режимные параметры привода, соответствующие работе гидроударного механизма как на фазе пробоотбора, так и на фазе гидроразмыва. Данные моделирования в виде графического и цифрового материала Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых характеризовали состояние ствола скважины, при этом обеспечивалась постоянная фиксация диаметра скважины и скорости потока жидкости по стволу скважины. Полученный характер эрозии ствола и закон распределения скорости потока по сечению скважины обеспечил возможность использовать схему расчета движения твердых частиц в потоке воды, восходящем по кольцевому пространству при бурении забойными механизмами, предложенную Л.П. Шумиловым [2]. В результате исследований установлен необходимый режим промывки в период пробоотбора, соответствующий условию Q max 430… л/мин. Предложено техническое решение задачи в виде универсального ВПУ, выполняющего дополнительно функции делителя потока жидкости. На фазе отбора керна при подаче в гидросистему Q max, дроссельные каналы ВПУ с помощью клапана делителя распределяют расход жидкости на два потока. Часть жидкости Q = 300…320 л/мин поступает в рабочие камеры гидроударного механизма, остальной объем ( 120 л/мин) выходит над ПБС в скважину. В дальнейшем, оба потока суммируются, и по стволу скважины обеспечивается расход жидкости, близко соответствующий Q max.

Литература 1. Калиниченко О.И., Зыбинский П.В, Каракозов А.А. Гидроударные буровые снаряды и установки для бурения скважин на шельфе. – Донецк: «Вебер» (Донецкое отд.), 2007. – 270 с.

2.. Гидравлика в бурении (Вопросы теории и практики). Труды ВНИИБТ – М: Недра, 1965.-Вып.15. – с. 82-105.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПАРАМЕТРЫ ГИДРОУДАРНОЙ МАШИНЫ ГУ-132 ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

СКВАЖИН

Количество и значимость технологических параметров ударновращательного бурения больше, чем для других известных способов. Это предполагает существенное расширение диапазона для выбора режимов (сочетаний технологических параметров) в зависимости от свойств пород и горногеологических условий бурения. При этом в схеме разрушения пород на забое Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых доминирующим является соотношение между ударной мощностью Nу и мощностью на вращение Nв, а именно Nу Nв. На сегодня, при достаточно убедительных данных по разработкам технологических режимов ударновращательного бурения, задача технического обеспечения необходимого значения ударной мощности до настоящего времени является наименее подготовленной. Причем в значительной степени это относится к разработкам погружных гидроударных машин.

В условиях разведочного бурения, где решающим является обеспечение эффективной работы гидроударников при относительно малом расходе жидкости, весьма прогрессивными являются механизмы двойного действия (ГДД).

Несмотря на то, что такие машины характеризуются сложной кинематикой рабочего процесса и системой распределения жидкости, требующей большого количества уплотнений и внутренних каналов для ее прохода, разработка гидроударника по схеме ГДД обусловлена возможностью создания механизмов со сравнительно высоким КПД, большой энергией и частотой ударов при небольшой подаче промывочной жидкости. Отмеченная особенность явилась предпосылкой использования схемы ГДД при разработке гидроударника Г-132 для бурения скважин диаметром 132 мм по заданию Правобережной геологической экспедиции ПДРГП «Північгеологія».

При создании ГУ-132 наибольшие трудности возникли при выборе необходимого сочетания конструктивно-технологических параметров гидроударника вследствие жесткого лимитирования диметра корпуса механизма dгу = мм и имеющейся области допустимых характеристик привода буровых насосов, прежде всего, по допускаемому значению давления. Это в свою очередь поставило в разряд технических ограничений рабочую площадь поршня f и массу бойка mб : f 16,5 см2; mб = 35-40 кг.

«Форум студентов - буровиков», - рабочее давление; W - энергия удара; Q - расход жидкости Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых плуатации ПДРГП «Північгеологія».

УДК 622.

АНАЛІЗ ТЕХНІЧНИХ УМОВ СТВОРЕННЯ ГРАВІЙНИХ ФІЛЬТРІВ БУРОВИХ СВЕРДЛОВИН

При виборі раціональних конструкцій фільтрів враховують технічні умови роботи водозабірних свердловин, призначення споруди, тип і потужність насосного устаткування, а також засоби спорудження самих свердловин.

Призначення спорудження визначає тимчасовий або постійний характер експлуатації водозабірних свердловин.

У ряді галузей народного господарства експлуатацію свердловин можна проводити періодично в найбільш жаркий період року. У цьому разі, свердловини працюватимуть з повним навантаженням в межах обмеженого терміну, іноді не більше 2-4 місяців на рік.

Ці умови потрібно враховувати при проектуванні раціональних конструкцій фільтрів, розрахунках величини водоприймальної поверхні і виборі матеріалів для їх виготовлення.

До розряду технічних умов відноситься також і величина передбачуваного водовідбору. Необхідно відзначити, що при збільшенні водовідбору слід збільшувати і поверхню, що фільтрує, за рахунок діаметру і довжини фільтру або збільшення контуру гравійних обсипань, а в деяких випадках шляхом комбінації обох конструктивних елементів.

Як показує практика, збільшення водовідбору без забезпечення його необхідною фільтраційною поверхнею може викликати передчасний вихід свердловин з ладу.

Необхідність відповідності водовідбору площі фільтрації буде тим більшою, чим дрібніше піски, що складають водоносний горизонт.

На вибір конструкції фільтру можуть впливати типи і потужність насосного устаткування, які залежать від умов залягання підземних вод. В більшості випадків, при незначному статичному рівні підземних вод експлуатацію свердловин рекомендується проводити відцентровими насосами, що встановлюються на поверхні землі або в неглибоких шахтних колодязях.

Залягання підземних вод можна спостерігати в безнапірних водоносних горизонтах великої потужності і в напірних пластах, коли рівні води встановлюються вище або нижче від поверхні землі. У цих умовах фільтр зазвичай Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых знаходиться в затопленому стані і над його верхнім кінцем є достатня кількість води на всмоктування.

При таких конструкціях свердловин водоприймальні труби насосів знаходитимуться в обсадній колоні, не доходячи до оголовка встановлених фільтрів.

У подібних умовах залежно від механічного складу порід, що оточують фільтр, і хімічного складу підземних вод при виборі конструкцій фільтрів необхідно віддавати перевагу гравійним фільтрам.

У безнапірних і напірних водоносних горизонтах малої потужності або із слабким напірним рівнем водоприймальні частини насоси доводиться встановлювати у фільтрах, а в деяких випадках нижче за їх робочу частину у відстійниках.

Збільшення діаметрів фільтрів необхідне і при установці ерліфтів, коли їх доводиться спускати у відстійник фільтру, і тим більше при монтажі ерліфтів з паралельним розміщенням водопідіймальних і повітряних колон.

До технічних умов, що визначають вибір раціональних конструкцій фільтрів, відносяться засоби спорудження свердловин і установки фільтрів.

УДК 622.

НОВОЕ В ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ КАВЕРНОЗНЫХ

ЗОН СКВАЖИНЫ

Отделение пластов при существующей технологии крепления скважин является одним из наиболее ответственных этапов в большом комплексе работ по ее строительству. Под операцией отделения понимают ряд приемов, которые проводятся для закачивания цементного раствора в затрубное пространство с целью создания там надежной изоляции в виде плотного материала, который образуется в результате отвердения раствора. От успешности цементирование зависит срок работы скважины, а также возможность оценки перспективности разведываемых площадей.

Основная трудность достижения качественного цементирования в скважине обусловлена состоянием самого ствола, которое всегда осложнено перегибами, желобами и кавернами. Геофизические исследования скважин показывают, что их ствол не является цилиндрическим по всей длине, а содержит достаточно глубокие в радиальном направлении расширения (каверны). Обломки разрушенной горной породы скапливаются в кавернах и образуют в этих местах высоковязкие малоподвижные глинисто-шламовые пасты. Если в процессе бурения наличие таких скоплений шлама не вызывает особенных осложнений, Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых то их следует считать основными причинами разных газо -, водо - и нефтепроявлений во время эксплуатации скважин.

Проблема обеспечения качественного цементирования в кавернозной зоне связана, прежде всего, с вопросами эффективной очистки застойных зон в кавернах.

Учитывая вышеизложенное, можно отметить, что обеспечение высокого качества цементирования колонн - проблема многофакторная, и к ее решению необходимо подходить комплексно.

В последние годы достигнуты успехи в совершенствовании технологических процессов крепления и тампонажных материалов, которые обеспечивают улучшение качества цементирования стенок скважин, однако все это не привело к существенному повышению технико-экономических показателей строительства и эксплуатации скважин. По последним данным промышленных предприятий стоимость ремонтно-восстановительных работ в скважинах с некачественным цементированием складывает 150-200% от стоимости работ по их креплению.

В ходе анализа и обобщения фактических геологических, геофизических и технико-технологических данных на нефтяных и газовых месторождениях Украины и стран СНГ были выявлены основные причины некачественного цементирования скважин, среди которых самой главной следует считать смешивание цементного раствора с глинисто-шламовыми пастами, которые находятся в кавернах.

Именно поэтому, большое внимание уделяется вопросам подготовки ствола скважины к цементированию. Для создания защитного слоя в прискважинной зоне предлагается применять виброобработку, аэрированые буферные жидкости, двух - и трехфазные пенные системы, вихревые потоки, струйную кальматацию стенок, механическое уплотнение фильтрационной корки, технологию селективной изоляции и т.д.

Для дальнейших исследований, в качестве базовых, были приняты следующие технологии. Одна заключается в разрушении образовавшихся глинисто-шламовых паст и дальнейшем их удалении потоком промывочной жидкости. А другая, в надежном закреплении и переводе в инертное состояние содержимого кавернозных зон скважины.

Известно несколько конструкций устройств реализующих принцип первой технологии, среди которых наибольшее распространение получило устройство, содержащее корпус и расположенные вдоль его оси скребковые элементы, выполненные в виде петель из металлического каната разного диаметра. Однако общим недостатком названного устройства и других известных конструкций является то, что они не создают достаточной силы, способной разрушить скопления, присутствующие в кавернозных интервалах. Это в свою очередь резко снижает показатели качества цементирования. В основу решения указанной проблемы был положен принцип проектирования устройств, позволяющих создавать возмущающие токи жидкости, воздействие которых бы приводило к разрушению глинисто-шламовых паст. В этой связи на кафедре техники разФорум студентов - буровиков», 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых ведки МПИ разработана конструкция устройства поинтервальной обработки ствола скважины, которая содержит цилиндрический корпус и шарнирный механизм. Во внешней поверхности стенок цилиндрического корпуса, выполненные пазы для размещения соответствующих лопастей. При попадании в кавернозный интервал лопасти устройства раскрываются, осуществляя радиальное движение вокруг оси скважины. Под действием лопастей в каверне возникают вихри с постоянной осевой и окружной скоростью, которые способствуют разрушению и вынесению шлама из нее. Далее, при выходе устройства из очередной каверны, лопасти смыкаются, устройство в сложенном состоянии продолжает спускаться в скважину, открываясь в нижележащих кавернозных участках.

Основой разработки последующих устройств послужила описанная выше конструкция. Поэтому, следующее предлагаемое устройство вместо лопастей в шарнирном механизме содержит специальные проточные электрогидравлические механизмы, позволяющие ускорять и выбрасывать жидкость со скоростью до 2000м/с, создавая направленное воздействие на объекты обработки. Рабочая камера указанного механизма выполнена в виде сварной конструкции состоящей из цилиндра. В цилиндр впрессована с натягом втулка и с помощью накидной гайки закреплены положительные электроды, армированные полиэтиленовой изоляцией, который представляет собой стальной стержень с конусообразным наконечником, а отрицательным электродом служит кольцевой выступ корпуса рабочей камеры. Ударные волны, резко ускоряющие движение жидкости в коаксиальной системе электродов рабочей камеры, формируются следующим образом. Разрядный ток течет в радиальном направлении между электродами, одним из которых служит положительный электрод (стальной стержень с конусообразным наконечником), расположенный на оси системы, а другим – отрицательный электрод (кольцевой выступ корпуса рабочей камеры).

Радиальный ток разряда взаимодействует с концентрическим магнитным полем тока, текущего по положительному электроду. Сила, направленная вдоль оси системы, способствует ускорению движения жидкости в этом направлении; при этом она выбрасывается из межэлектродного пространства со скоростью до 1000м/с, увлекая за собой и жидкость, циркулирующую в стволе скважины.

Включение устройства в работу производится раскрытием шарнирного механизма в очередной каверне и осуществляется специальным поверхностным датчиком.

Как известно из практики бурения, перед спуском и цементированием обсадной колонны осуществляется проработка ствола скважины долотом с центральной промывкой. Однако силы тока, циркулирующей по стволу скважины жидкости недостаточно для вымывания высоковязких и малоподвижных глинисто-шламовых паст, находящихся в кавернах. Поэтому, одним из путей решения этой задачи является перевод паст в разжиженное состояние, для чего спроектирована следующая конструкция.

Устройство, по своим конструктивным параметрам, идентично описанным выше, за исключением основного рабочего органа, закрепленного в шарнирном механизме, и представляющего собой электродинамический излучаФорум студентов - буровиков», 2010 trrkk.nmu.org.ua Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых тель, преобразующий электрическую энергию переменного тока в акустическую.

При вхождении шарнирного механизма в каверну, содержащую шламовую пасту, происходит включение ультразвукового генератора. Распространяющиеся в объеме глинисто-шламовых паст ультразвуковые колебания приводят к их дезагрегации, что способствует не только облегчению вымывания паст, а даже и их вытеканию из каверны.

Рассмотренные выше устройства предназначены исключительно для удаления шламовых образований из кавернозных зон. Вместе с тем, несомненным является и то, что перевод имеющихся в кавернах глинисто-шламовых паст в инертное состояние также повлечет за собой за собой повышение техникоэкономических показателей процесса цементирования. Это связано с исключением смешивания скоплений шлама в кавернах с поступающим в кольцевой зазор скважины цементным раствором. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для обработки ствола скважины, которое содержит цилиндрический полый корпус, в стенках которого выполнены пазы с соответствующим приспособлением для очистки кавернозных интервалов. Согласно разработке, каждое приспособление выполнено в виде шарнирного механизма с электродом. Устройство работает следующим образом. Обработка кавернозной зоны осуществляется при подъеме устройства заранее спущенного в скважину на электрическом грузоподъемном проводе, который закреплен на его корпусе с помощью хомутов. Поскольку ствол скважины заполнен глинистым раствором, то для беспрепятственного обеспечения спуска устройства в скважину есть возможность в нижней его части размещать грузы-утяжелители. При попадании устройства в кавернозный интервал шарнирный механизм с электродами устройству раскрывается за счет пружины. Раскрытие механизма фиксируется на поверхности датчиком, с помощью которого осуществляется автоматическое включение подачи электричества.

В описанном выше приборе электроды также могут быть заменены так называемыми С-образными электромагнитами. Под действием этих электромагнитов в интервале обрабатываемой каверны создается магнитное поле, что в определенной степени влечет за собой упрочнение глинисто-шламовых паст.

УДК 622.

АНАЛИЗ МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ ПРОМЫВКИ

Режим промывки при бурении играет большую роль, особенно в сложных геологических условиях. Расход очистного агента столь же важный параметр режима бурения, как осевая нагрузка и частота вращения бурового снаряда. Задача потока очистного агента заключается в том, чтобы своевременно удалять Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых разрушенные частицы с забоя скважины. При неполном или несвоевременном удалении отделенных частиц породы они подвергаются вторичному измельчению и затрудняют дальнейшее разрушение породы, что приводит к снижению механической скорости бурения и повышенному износу породоразрушающего инструмента.

В настоящее время используются три критерия для определения минимального расхода промывочной жидкости: величина скорости восходящего потока, удельный расход на 1 мм диаметра коронки; конкретные значения расхода для каждого типа и размера породоразрушающего инструмента и свойств буримых пород.

Скорость восходящего потока очистного агента VЖ, которая обеспечивает вынос шлама с забоя скважины, определяют по формуле [1] где VЧ – скорость выноса частиц шлама на поверхность, м/с; u – скорость оседания частицы шлама в неподвижной жидкости, м/с.

Тогда необходимый расход очистного агента Q определяют по формуле где К – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости движения восходящего потока вследствие изменения сечения реальной скважины, К=1,1-1,3;

DC – диаметр скважины, м; dБТ – диаметр бурильных труб, м.

Скорость u в формуле (1) вычисляют по формуле Риттингера Кроме того, на практике используют следующие рекомендации (табл. 1) по скоростям восходящего потока [2] Таблица Рекомендуемые скорости восходящего потока промывочной жидкости Породоразрушающий инструмент Скорость выноса частиц VЧ должна обеспечить достаточную чистоту кольцевого пространства ствола скважины, которая зависит от допускаемого обогащения объема промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины частицами твердого тела, что в свою очередь зависит от механической скорости бурения. Поэтому эту величину также следует определять по формуле [1] Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых где fЗ и fкп – площади сечения забоя и кольцевого пространства между стенками скважины и бурильными трубами соответственно, м2; VМ –механическая скорость бурения, м/с; кп – коэффициент, учитывающий винтообразное движение частиц в восходящем потоке в процессе бурения; кп – плотность промывочной жидкости в кольцевом пространстве, кг/м3.

Согласно рекомендациям [1], разность плотностей нисходящего и восходящего потока очистного агента не должна превышать 10 кг/м3 для воды, а для глинистого раствора она находится в пределах 20-30 кг/м3.

Для прикладных расчетов рекомендуется [3] принимать величину VЧ в доле от u При проектировании режима промывки также широко используют рекомендуемые значения удельного расхода промывочной жидкости на 1 мм диаметра породоразрушающего инструмента. Необходимую подачу насоса в этом случае определяют из следующего соотношения где Qy – удельный расход жидкости на 1 мм диаметра породоразрушающего инструмента, л/мин; Dн – наружный диаметр породоразрушающего инструмента, мм. В табл. 2 приведены значения рекомендуемого удельного расхода промывочной жидкости для твердосплавных коронок [4].

Таблица Рекомендуемые значения удельного расхода промывочной жидкости, л/мин Категория пород по буримости Ребристые Резцовые Самозатачивающиеся В табл. 3-4 приведены значения рекомендуемых расходов промывочной жидкости при твердосплавном бурении, рассчитанные на основе необходимых скоростей восходящего потока в затрубном пространстве (табл. 1) и по удельным расходам на 1 мм диаметра коронки (табл. 2).

Таблица Значения расхода промывочной жидкости, рассчитанные из условия создания необходимой скорости в затрубном пространстве, л/мин Диаметр коронки, мм Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Таблица Значения расхода промывочной жидкости, рассчитанные по удельному расходу на 1 мм диаметра коронки, л/мин Диаметр Как видно из данных табл. 3 и 4 величины расходов жидкости, полученные из условия обеспечения необходимой скорости в затрубном пространстве в 2-3 раза превышают таковые, полученные по рекомендациям табл. 2 (удельный расход на 1 мм диаметра коронки). С уменьшением диаметра коронки наблюдается обратное – значения величин расходов полученных по рекомендациям удельного расхода на 1 мм коронки значительно выше величин расходов полученных Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых из условия обеспечения необходимой скорости в затрубном пространстве. Существенные расхождения в величинах расходов сохраняются и при сравнении их значений, рекомендуемых для алмазного и шарошечного бурения.

В табл. 5 приведены результаты расчета VЧ по формуле (4) для скважины одноколонной конструкции буримой с применением твердосплавной, алмазной коронок и шарошечного долота диаметром 76 мм. Значение принято равным 2500 кг/м3, плотность глинистого раствора составляет 1200 кг/м3.

Таблица Результаты расчета скорости выноса шлама для скважины одноколонной конструкции, буримой с применением твердосплавной, алмазной коронок и шарошечного долота диаметром 76 мм, с промывкой водой и глинистым раствором, Твердосплав- 1,5 0, 0,4 0,2 0,1 0,1 0, Твердосплав- 0,5 0, 0,1 0,0 0,0 0,0 0, Глинистый раствор Данные табл. 5 свидетельствуют о том, что рекомендуемые исходные данные для расчета VЧ не соответствуют практике. Так, например, при бурении шарошечным долотом в породах VIII категории по буримости и промывке водой, скорость выноса частиц шлама на поверхность составляет 0,09 м/с. При данной скорости выноса, шлам, при глубине скважины 1000 м, начнет поступать на поверхность только по прошествии 3 часов после начала бурения. Расчетная скорость выноса частиц шлама снижается с ростом категории породы по буримости. Значения VЧ при бурении с промывкой водой несколько выше, чем при промывке глинистым раствором.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых Значения средних размеров частиц шлама, характерных для каждого вида породоразрушающего инструмента приведены в табл. 6, кроме того в ней представлены результаты расчетов u, VЧ и VЖ для указанных размеров.

Таблица Результаты расчета скоростей оседания, выноса частиц шлама и скорости восходящего потока очистного агента Вид породоразруша- размер чаu, м/с VЧ, м/с VЖ, м/с ющего инструмента стиц шлама, Твердосплавная коронка Как видно из данных табл. 6 VЧ полученные по формуле Риттингера (3), для шлама твердосплавного и алмазного бурения ниже приведенных в табл. 5, и только значения скорости выноса частиц шлама при шарошечном бурении приближаются к данным табл. 5.

Выводы:

1. Методики, которые используют при инженерных расчетах в бурении для определения необходимой подачи промывочной жидкости, дают значительные расхождения.

2. Для получения объективных данных по критериям определения рационального расхода необходимы дальнейшие исследования.

Библиографический список 1. Воздвиженский Б.И., Васильев М.Г. Буровая механика. – М.: Госгеолтехиздат, 1954.-492 с.

2. Кудряшов Б.Б., Яковлев А.М. Бурение скважин в осложненных условиях. – М.: Недра, 1987. – 269 с.

3. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: В 2 т. Т. 2 / Под ред. Е.А. Козловского. – М.: Недра, 1984. – 437 с.

4. Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения / Г.А. Блинов, В.И. Васильев, Ю.В. Бакланов и др. – Л.: Недра, 1983.-400 с.

5. Синтетические алмазы в геологоразведочном бурении / Под ред. В.Н. Бакуля.

– Киев: Наукова думка, 1978. – 232 с.

6. Рожков В.П., Куприенко В.И. Влияние технических и технологических факторов на величину шламовых частиц и их распределение по размерам при алмазном бурении геологоразведочных скважин // Межвузовский тематический сборник "Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые". выпуск 12. – Свердловск, 1989. – С. 29-38.

Техника и технология разведки месторождений полезных ископаемых 7. Шиманский А.А., Рязанов А.А. Гранулометрия буровых шламов // Труды Иркутского политехнического института. выпуск 42. –Иркутск, 1968. – С. 297Технология отбора шлама при бурении скважин / А.А. Волокитенков, А.С.

Волков, И.И. Толокнов, М.М. Розин. – М.: Недра, 1973.-200 с.

УДК 622.

ДЕЯКІ ПИТАННЯ ПРОЕКТУВАННЯ БУРОВИХ ДОЛІТ

При безкерновому бурінні значно підвищується рейсова швидкість (інструмент підіймають лише для зміни зношеного долота), а також, в деяких випадках, збільшується і механічна швидкість буріння. Тому, при детальній розвідці родовищ корисних копалин, коли геологічний розріз району досліджено вивчено, і свердловини споруджуються лише для вивчення шару корисної копалини. Доцільно використовувати безкернове буріння долотами (в переважній більшості лопатеві та шарошкові).

Шарошкові долота складаються з лап, на цапфах яких розташовані шарошки з озброєнням (зубцями). Усередині шарошок розташовані підшипники.

Цапфа і підшипник утворять опору долота. Озброєння – сталеві зубці, твердосплавні вставки або їх комбінація.

Опора шарошок – найбільш відповідальний вузол шарошкових доліт, стійкість якого найчастіше визначає термін роботи доліт в цілому. Опора сприймає радіальні і осьові навантаження (по відношенню до цапфи). За абсолютним значенням радіальні навантаження перевершують осьові. Останні сприймаються опорою шарошок і діють як від центру долота до периферії, так і від периферії до центру.

Опора шарошок залежно від типорозміру доліт, конструюється з різних поєднань кулькових (К) і роликових (Р) підшипників кочення і підшипників ковзання (ПК). При будь-якому поєднанні кульковий замковий підшипник, який фіксує положення шарошки на цапфі, сприймає двосторонні осьові і радіальні навантаження. У кулькового підшипника невелика контактна поверхня, унаслідок чого питомі навантаження великі. Це сприяє зношуванню підшипника.