«Выпуск посвящен 90–летию ДонНТУ и 40–летию кафедры ТТГР БУРЕНИЕ материалы XI Всеукраинской научно–технической конференции студентов 28–29 апреля 2011 года Донецк – 2011 XI Всеукраинская научно-техническая конференция ...»
Министерство образования и наук
и, молодежи и спорта Украины
Государственное высшее учебное заведение
«Донецкий национальный технический университет»
Выпуск посвящен 90–летию ДонНТУ
и 40–летию кафедры ТТГР
«БУРЕНИЕ»
материалы XI Всеукраинской научно–технической
конференции студентов
28–29 апреля 2011 года
Донецк – 2011 XI Всеукраинская научно-техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 550.8.071(083); 622.24; 621.825.24; 622.248.6; 622.248; 65.015.11;
622.233:551.49; 622.242.243; 622.243; 622.243.272 Бурение: Матер. науч.-технич. конф. студ. – Донецк: ДонНТУ, 2011. – 114 с.
В сборнике представлены материалы докладов XI Всеукраинской научно–технической конференции студентов «Бурение», посвященной 90– летию Донецкого национального технического университета и 40–летию кафедры технологии и техники геологоразведочных работ ДонНТУ.
В работе конференции, прошедшей 28–29 апреля 2011 года, принимали участие студенты из Национального горного университета (г. Днепропетровск), Ивано–Франковского национального технического университета нефти и газа и Донецкого национального технического университета.
Рассмотрены вопросы проектирования бурового инструмента и оборудования для геологоразведочного и инженерно–геологического бурения скважин и технического бурения шахтных стволов. Ряд докладов затрагивает проблемы совершенствования технологии и технологических процессов в бурении. Часть докладов посвящена обобщению зарубежного и отечественного опыта бурения скважин.
Редакционная коллегия:
– декан горно–геологического факультета ДонНТУ, Каракозов А.А.
заведующий кафедры ТТГР, председатель Оргкомитета конференции, к.т.н.
Калиниченко О.И. – профессор кафедры ТТГР, д.т.н.
– доцент кафедры ТТГР, отв. секретарь Оргкомитета Юшков И.А.
конференции, к.т.н.
– ассистент кафедры ТТГР Парфенюк С.Н.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
На пленарном заседании XI Всеукраинской научно–технической конференции студентов «Бурение»
УДК 622.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИСКОВЫХ ДОЛОТ
Андрусенко С.Ю., группа РТ– ГВУЗ «Национальный горный университет» (Днепропетровск)Научный руководитель – ассистент Игнатов А.А.
Долота широко применяются при бурении скважин в любых горных породах, от мягких до очень твердых и крепких. Таким инструментом в настоящее время бурятся в основном эксплуатационные и разведочные скважины на нефть, газ и воду, а также геологоразведочные скважины на твердые полезные ископаемые [1]. При детальной разведке месторождений, когда геологический разрез уже изучен, и скважины задаются для более точного опробования полезного ископаемого, то по породам, не содержащим рудных тел, целесообразно бурить инструментом, полностью разрушающим забой скважины.
При бескерновом бурении увеличивается рейсовая проходка, и часто повышается механическая скорость бурения [2]. Породоразрушающим инструментом при бескерновом бурении, в основном, являются шарошечные долота.
К главным недостаткам шарошечных долот можно отнести ограниченный срок службы опор. По этой причине 90% всех долот преждевременно поднимаются из скважины в связи с износом опорных подшипников. Этот недостаток сведен к минимуму в конструкции дисковых долот.
Исходя из того, что конструкция дисковых долот значительно XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
увеличивает стойкость опор шарошек, целесообразным представляется поиск путей увеличения срока работы долота на забое.
В основу совершенствования конструкции бурового дискового долота были положены задачи увеличения рабочей площади и более полного перекрытия забоя скважины [3, 4, 5, 6].
Предлагается следующая конструкция. Усовершенствованное буровое долото включает в себя диски, размещенные на эксцентричной оси, которая закреплена неподвижно в нижней части лап. Кроме того, имеются две пары вспомогательных дисков разных диаметров расположенных на общей вспомогательной оси закрепленной неподвижно над дисками в верхней части лап. Отличительной особенностью долота является то, что первый и четвертый вспомогательные диски имеют больший, но одинаковый внешний диаметр в сравнении со вторым и третьим, равными по внешнему диаметру, вспомогательными дисками. Верхние и нижние диски находятся в зацеплении с зубчатыми цепями, которые являются породоразрушающими элементами.
Диски и вспомогательные диски посажены на оси с возможностью вращения.
На рис. 1. приведена общая схема бурового долота, где 1 – лапы, 2 – диски, 3, 4 – пары вспомогательных дисков разного диаметра, которые смонтированы на вспомогательной оси 5 и эксцентричной оси 6. Диски 2 и пары вспомогательных дисков 3, 4 закреплены неподвижно в лапах 1 с помощью двухрядных подшипников качения 7 и замковых втулок 8. Цепи 9, представляют собой набор шарнирно соединенных между собой пластин, оснащенных зубками 10.
На рис. 2 приведен разрез по линии А–А, где показана эксцентричная ось 6, на которой размещены диски 2.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Рисунок 2 – Разрез бурового дискового долота по линии А–А.
Устройство работает следующим образом: при внедрении долота в горную породу цепи 9, на внешней поверхности которых расположены зубки 10, осуществляющие разрушение породы. Благодаря замковой втулке 8 диски и вспомогательные диски не имеют возможности горизонтального перемещения по оси и вспомогательной оси 5, 6, и вращаются за счет реакции стенок и забоя скважины. Наличие, например, четырех дисков 2 и двух пар вспомогательных дисков 3, 4, обусловлено необходимостью создания значительно большей, в сравнении с обычным дисковым долотом, рабочей поверхности. Кроме того в процессе работы, благодаря разности диаметров пар вспомогательных дисков 3, их скорость вращения неравномерна, что положительно влияет на забойные процессы разрушения горной породы и создает условия для реализации наиболее эффективного процесса разрушения, а именно скалывания. Для реализации отмеченного способа разрушения первый и четвертый вспомогательные диски имеют одинаковый внешний диаметр, несколько больший по сравнению со вторым и третьим дисками, также равными по внешнему диаметру.
Контакт каждого зубка 10 с забоем и стенками скважины носит прерывистый характер, который улучшает условия очистки забоя скважины, самого инструмента и процесс охлаждения породоразрушающих зубков.
Конструкция этих долот позволяет значительно больше перекрывать площадь забоя скважины. Кроме того, долото может быть использовано многократно благодаря возможности смены его рабочих органов – цепей. В проектируемой конструкции достигается более равномерная нагрузка на зубки, что способствует выравниванию их износа. Очистка и охлаждение породоразрушающих элементов долота происходит за счет непосредственной подачи промывочной жидкости на цепи 9, через промывочные каналы, которые могут быть оснащены специальными насадками, что позволит значительно повысить энергию струи жидкости.
1. Сулакшин С. С. Практическое руководство по геологоразведочному бурению. – М.:
Недра, 1978. – 334 с.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
2. Пути повышения эффективности геологоразведочного бурения / П. И. Букреев, С.
И. Голиков, В. А. Кудря и др. – М.: Недра, 1989. – 158 с.
3. Пат. 46041 № u200905218 Україна, МПК Е 21 В 10/46. Бурове долото / А. О. Ігнатов, С. Ю. Андрусенко. Заявл. 25.05.09; Опубл. 10.12.09; Бюл. № 23.
4. Андрусенко С. Ю. Обґрунтування конструктивних параметрів дискових ланцюгових доліт// Матер. І міжнар. наук.–практ. конф. студ., аспірантів і молодих учених «Трансфер технологій: від ідеї до прибутку». – Дніпрпетровськ: Вид–во НГУ. – 2010. – С. 19 – 21.
5. Ігнатов А.О., Андрусенко С.Ю. Ланцюговий підхід до проектування бурових доліт // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент–технология его изготовления и применения. Сб.н.тр. – Вып. 13 – К.: ИСМ НАН Украины, 2010. – С. 137–142.
6. Игнатов А.А., Андрусенко С.Ю. Особенности конструкции цепного прородоразрушающего инструмента // Матеріали міжнародної конференції "Форум гірників – 2010". – Дніпропетровськ: РВК НГУ, 2010. – С. 148–151.
УДК 622.
FEATURES OF OPERATION OF AIRLIFT ON A LIME–
BITUMEN SOLUTION
At an electro impulse method of destruction of breeds the distance from a trunk of the destroyed breed is stipulated with the help airlift. Transportation liquid is the lime –bitumen solution of density equal after motionless period within several hours has very high viscosity. After shuffling the solution has viscosity, that corresponds to viscosity of a clay chisel solution.It’s developed the plant for realization of a trunk by depth up to 250 м by an electro impulse method. Thus the internal diameter of an elevating pipe of airlift makes 402 mm, minimal geometrical immersing of the mixer 13м, height of rise of a liquid of 8 m.
In the initial period of drilling of a trunk immersing of the mixer h=13 m., height of rise H=8 m., length of the making pipeline of 8 m. At a final stage the depth of immersing of the amalgamator makes h = 100 m., height of rise H = 8 m., length of the making pipeline of 150 m. Density of a firm material At drilling a shaft by a diameter of 2,25 m. with speed 7 м/hour expected meanings of a volumetric consistence of a firm material in pulp for airlift with a diameter of an elevating pipe of 0,402 m. can make 0,025 … 0,047.
In case of a vertical arrangement of a giving pipe the speed necessary for transportation of a piece of a firm material is determined under the formula:
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Where g– acceleration of free fall, m = average diameter of a piece transportation of The accounts show that м / hour for transportation of a piece of a firm material of density with For maintenance of such speed the productivity airlift with an internal diameter of the making pipeline 0,402 м should make not less than 880 м / min. Thus the charge of compressed air will make up to 33 м / min.
For maintenance of steady work airlift his regime point should be more to the right of an optimum mode. Otherwise fluctuations of pressure in the amalgamator and productivity of airlift will have significant amplitudes and periods, that can result to заштыбовке airlift. For given airlift modes with small meanings of amplitudes of fluctuations will be observed at the charge of compressed air not less than Proceeding from these reasons and prospective increase of the specific charge of compressed air in 1,5 times follows, that the necessary charge of compressed air of airlift of a trial sample of electro–pulse installation makes 50 … 70.
Experimental installation.
For check of the basic prospective airlift parameters is skilled – industrial sample of electropulse installation above mentioned, the experimental researches of model of airlift. Airlift the experimental installation has an elevating pipe (1) with an internal diameter 191mm, soaking up pipeline (2) with an internal diameter of mm having airline (3) with an internal diameter of 62 mm. As a source of pneumoenergy the compressor (4) such as 270 ERL of firm "BAUER" with nominal productivity 23 and superfluous pressure of a forcing 1,3 МПА was used. The dump of a mix transportation of a liquid and air was made from an elevating pipe (1) in capacity (5), executed from a pipe by a diameter 1000mm. In general length 9м and supplied in the top part by a rectangular cut for air. The elevating pipe together with airline is shipped in the step tank of the cylindrical form, the top part (6) which has a diameter 2000мм, and bottom part (7) –480мм. The dump of a liquid from capacity (5) was made through placed in her of the bottom part a branch pipe with a flexible sleeve (8) diameter 250mm in capacity (9) and further in the tank.
So, it is possible to make the following conclusions:
1. Owing to specific properties of a solution the volumetric submission of airlift makes 54 … 64 %.
2. The opportunity of transportation by airlift of a mix of a firm material with the maximal sizes of pieces of 100 mm with a lime–bitumen solution is experimentally confirmed. Thus the submission of airlift has made 125 … XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
142 м / hour, and charge of air – 8,3 … 9,5 м / min.
3. For work of a sample with expected submission 800 … 960 м / hour it is necessary to supply submission in the amalgamator of airlift 53 … 77 м / min of compressed air.
УДК 622.
DRAINAGE CONSTRUCTIONS OF MINE VENTILATING
SHAFTS
Terms of commissioning constructions mine ventilating shafts essentially depend on time of their drainage, there fore the problem of definition of optimum technological their circuits drainages is actual.Until recently the significant part of drilling ventilating shafts was drained with the help tub (the capacities made of a steel pipe in diameter of 0,9 m and length 5 … 7 м), fixed on ropes chisel lift (fig. 1, а).
Time of one cycle pump out at use tub is defined by dependence Where VС – speed of release of a tub, km/s; VП – speed of rise, km/s; H В – a water level in a trunk, m; t ВС – time necessary for filling and devastation of a tub.
Volumetric speed pump out thus is equal Where q – capacity tub м.
Having based on the equation (1) and (2), it is possible to receive dependence for definition of time of drainage of a shafts. The decision of such mathematical model has allowed to determine time pump out a shaft depending on its depth and water–inflow.
So, at pump out from the average shaft in diameter of 2,6 m (S=5,3 m2) of tub XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
in capacity 4,0 m3 which goes on a trunk downwards with speed VC = 6,8 of km/s and upwards VП = 1,76 km/s, and also are filled and devastation for t ВС =60 with at water–inflow Q ПР of =30 m3/ effective work on drainage up to depth Н=570 m is possible, and at increase in water–inflow up to 50 m3/ depth pump out is reduced up to 300м. There fore practical use tub for drainage of shafts with water–inflow more than 50 m3/ is irrational.
Except for tubs, for pump out shafts probably application of pumps, airlifts and pump – airlift installations.
Figure 1 – Circuits of drainage of ventilating shafts: а) – with use tub;
However application of pumps not always probably. So, frequently used for these purposes ship pump ЭЦВ 14–210–300К can provide pump out waters from a trunk with depth no more than 420 m.
Airlift installations with diameters of elevating pipes 0,10,2 m, submission not less than 20 m3 / and efficiency over 10 % allow to transport water from shafts depth up to 400 m (fig. 1, b).
It is necessary to apply to shafts of the greater depth pump–airlift installations (fig. 1, c).
Application pump–airlift installations for pump out the ventilating shafts spent by drilling, provides reduction in time of drainage of a shaft in comparison with other technological circuits.
At the same time in the further researches at the analysis of technological circuits of drainage of shafts it is necessary to take into account also capital expenses and power inputs.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
ЗАСТОСУВАННЯ ЕРЛІФТІВ ДЛЯ ВОДОПОНИЖЕННЯ
НА ВУГІЛЬНИХ ШАХТАХ
ДВНЗ «Донецький національний технічний університет»Розвиток сучасного паливно–енергетичного комплексу України вимагає подальшого удосконалення процесів водовідливу і очищення шахтних технологічних ємкостей від твердого матеріалу, а також використання ефективних засобів водопониження в законсервованих вугільних шахтах.
Одним найбільш простих засобів відкачки води і пульпи з водовідливних ємкостей є ерліфт. Ерліфт використовується також при осушенні шахтних стволів що будуються бурінням. При цьому, як указано, ерліфт, як правило, працює при постійній витраті стиснутого повітря.
При відкачуванні рідини або пульпи з шахтних технологічних ємкостей або пробурених стволів при незмінній довжині піднімальної труби змінюється рівень рідини в них і, відповідно, занурення змішувача, як h, так і відносне.
При зменшені продуктивність ерліфта при інших рівних умовах і постійній витраті стиснутого повітря зменшується. При досягненні відповідного значення рівня рідини в ємкості або водовідливній виробці продуктивність ерліфта стає рівній притоку рідини в неї і подальше пониження рівня рідини припиняється.
В даний час відсутні дослідження по визначенню часу досягнення граничного рівня рідини в водозбірній ємкості при відкачці ерліфтом з постійною витратою стиснутого повітря.
Таким чином задача визначення часу t осушення виробки ерліфтом при змінному зануренні змішувача та постійній витраті стиснутого повітря є актуальною.
В даний час в літературі відсутні дослідження присвячені визначенню параметрів роботи ерліфта, що працює при постійній витраті стиснутого повітря.
Схема відкачування води з водозбірної ємкості ерліфтною установкою приведена на рис.1.
Встановлено, що при фіксованій витраті стиснутого повітря ерліфтом його продуктивність визначається з залежності де b0 и b1 – сталі при заданих значеннях витрат стиснутого повітря Qв;
діаметрах піднімальної труби dп и геометричного занурення змішувача h.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
де H – висота підйому рідини над її рівнем в ємкості, м; Lп – довжина підйомної труби ерліфта, м.
На пленарном заседании XI Всеукраинской научно–технической XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
СТАН РОЗВИТКУ БУРІННЯ ТЕХНІЧНИХ СВЕРДЛОВИН ЗА
КОРДОНОМ
ДВНЗ «Національний гірничий університет» (Дніпропетровськ) Кар’єрне виймання – це один з самих розповсюджених методів видобутку корисних копалин відкритим способом. Будівництво кар’єрів передбачає розкриття і нарізування уступів (частина насипу порожніх порід або корисної копалини). Відділяють породу від масиву буровибуховим способом. Машинне буріння шпурів і вибухових свердловин замість ручного, яке застосовувалось до початку 19 ст. для відбивання міцних порід вибухом, почало впроваджуватись в кінці 17 ст., коли було сконструйовано перші бурові машини для буріння горизонтальних шпурів. У 1849 р. Кауч (США) отримав один з перших патентів на парову бурову машину. В подальшому були створені високочастотні обертально-ударні бурильні машини, які застосовувались до 50х років минулого сторіччя. З середини 20 ст. почався розвиток установок обертального та пневмоударного буріння свердловин, котрі в теперішній час стали найпоширенішими в виробництві буровибухових робіт на кар’єрах.Бурові та вибухові роботи – особливо важливі пункти собівартості видобутку корисних копалин – складають 10–15% і 13–16% загальних витрат відповідно. Оптимальні параметри буріння та їх зв’язок з показниками фізикомеханічних властивостей гірських порід складають технологічну основу ряду інженерних задач: визначення раціональних режимів буріння і параметрів виконавчих органів бурових верстатів; розробки принципів і створення засобів оптимального керування процесом буріння; оцінки доцільної галузі використання різних способів буріння; прогнозування параметрів і технікоекономічних показників нової бурової техніки та технології. Крім цього, досвід розробки скельних порід на відкритих гірничих роботах свідчить, що навіть застосування прогресивних способів ведення буровибухових робіт не дозволяє повністю виключити вихід великих фракцій (негабаритів). Негабарити руйнуються майже виключно вибуховим способом, при цьому вторинне дрібнення породи значно збільшує витрати на буровибухові роботи.
Для вирішення зазначених проблем фірма Sandvik Tamrock розробила пакет прикладних програм моделювання процесу буріння (SSP). Ці програми дозволяють отримувати вірогідні дані для складання плану процесу видобутку корисної копалини у відповідності з гірничо-геологічними умовами. Дані містять: відомості про необхідне бурове обладнання та ефективний породоруйнівний інструмент; розрахунки схеми розташування свердловин та необхідної кількості вибухової речовини; граничні глибини буріння; інформацію про відсотковий вміст фракцій, потребуючих вторинного дрібнення; розрахунки собівартості бурових та вибухових робіт. Зазначений підхід надав можливість XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
суттєво знизити витрати на видобуток корисних копалин.
1. http://www.worldoil.com.
Доклад в подсекции XI Всеукраинской научно–технической УДК 622.
РАЗРАБОТКА КОЛОНКОВОГО ОТКЛОНИТЕЛЯ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ НА БАЗЕ СНАРЯДА ТЗ-
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – доцент, к.т.н. Юшков И.А.
Наиболее эффективным техническим средством для ориентированного набора кривизны в геологоразведочных скважинах являются отклонители непрерывного действия. Из всех применяемых на сегодняшний день отклонителей наибольшее распространение получили снаряды ТЗ–3, ОБС, «Кедр». Существенным недостатком всех указанных типов отклонителей является бескерновый режим бурения скважины, что не всегда приемлемо для геологоразведочных целей.
Для устранения этого недостатка проводились исследования, позволившие разработать снаряд ОКГ–76 конструкции ВИТР и систему для управления траекторией скважины при колонковом бурении СиНУС–76, у XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
которых в свою очередь выявились такие изъяны как сложность конструкции и недостаточная гарантированность стабильности набора кривизны и азимутального направления. Кроме того гидромеханический привод системы распора снаряда ОКГ, по сравнению со снарядом ТЗ–3 не обеспечивает требуемого усилия распора снаряда.
Целью проводимого исследования является разработка усовершенствованного отклонителя непрерывного действия на базе ТЗ–3 с механической системой раскрепления невращающегося корпуса, регулируемой системой отклонения и отбором керна на всем интервале искусственного искривления.
Предусмотрено оснащать буровой снаряд алмазными коронками, что позволить расширить область применения снаряда. На рисунке 1 представлена нижняя часть проектируемого отклонителя. В отличие от базовой снаряда ТЗ–3 нижний вал ротора 5 (рис. 1) отклонителя изготавливается полым и выполняет функцию колонковой трубы. Диаметр этой трубы составляет 35–40 мм.
Рисунок 1 – Нижняя часть разрабатываемого отклонителя:
1 – нижний полуклин; 2 – клиновой ползун; 3 – верхний полуклин;
Рисунок 2 – Схема работы отклонителя 1) возможность отбора керна а – транспортное положение снаряда; б – скважины;
постановка отклонителя на забой XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
DIFFERENTIAL EQUATIONS OF MOVEMENT OF A LIQUID IN
PNEUMATIC HYDRAULIC PATHS PUMP HOUSE–AIR–LIFT
INSTALLATIONS DURING START–UP
Ignatov A.V., candidate of technical sciences, Mesherskiy has established that if the weight of a point changes during movement the basic differential equation of movement of Newton is replaced with the following equation of movement of a point of variable weight:Let's consider transients in pneumatic hydraulic paths pump house–air–lift installations which circuit is resulted in figure where the 1–delivery pipeline of the pump and the having pipeline air–lift ; 2–elevating pipe; a 3– air pipe.
Transients during start–up are considered in the assumption, that the pump already works and submission of compressed air in an air pipe air–lift starts to be carried out. The period of replacement of a liquid from an air pipe by the compressed air down to his break through the amalgamator in an elevating pipe air–lift is investigated. For drawing up of the differential equation of movement of a liquid in an air pipe we use the equation of dynamics of a body of the variable weight, written down in projections to an axis Z 3 :
Where m–weight of a liquid in an air pipe, kg; Z 3 – coordinate of a free surface of a liquid in an air pipe; Fkz – the sum of projections to an axis Z 3 of the external forces working on a liquid moving in an air pipe, Н; U z3 – a projection to an axis Z 3 of a vector of speed of weight of water moving in an air pipe during its branch, m/s.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Where Pвз – force of pressure of compressed air, Н; Gв – a gravity of volume of air, Н; G ж – a gravity of volume of a liquid, Н; Pж – force, pressure working on weight of a liquid in an air pipe on the part of the bringing pipeline; Rж – force of resistance to movement of a liquid in an air pipe, Н.
Thus, in view of the equation of indissolubility of a stream of movement of a liquid in pneumatic hydraulic paths pump house–air–lift to installation it is described by the following system of the nonlinear differential equations of the second order:
Where P2 – hydrostatic pressure in section 2–2, Fхв – the area of section of the XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
bringing pipeline, м 2, V0 –productivity of the compressor at atmospheric pressure Pa = 9,8 10 4 Pа, м 3 /с, 0 – density of air under normal conditions, кг/ м 3. 3 – Coefficient of hydraulic resistance at movement of a liquid in an air pipe; d вз – diameter of an air pipe, m.
Доклад на пленарном заседании конференции «Бурение»
УДК 622.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОУДАРНОГО
ПРОБООТБОРНИКА
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., доцент Каракозов А.А.
В состав гидроударных пробоотборников, применяющихся при бурении скважин на шельфе, входят гидроударники дифференциального действия, обеспечивающие двухударный способ погружения в грунт. При этом удары вверх не используются для разрушения породы на забое скважины, поэтому они не являются производительным. В связи с этим задача по реализации XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
энергии ударов вверх для разрушения забоя скважины имеет важное практическое значение.
Предложена усовершенствованная конструкция забивного пробоотборника (рис. 1), в котором за счёт перекрытия выхлопа жидкости из надбойковой полости при ходе бойка вверх генерируются импульсы высокого давления, действующие на поршень штока колонкового набора. При ходе бойка вниз наносятся удары по нижней наковальне, забивающие колонковый набор в грунт.
Отличительной особенностью этого пробоотборника является колонковая труба, подвижная относительно корпуса ударного узла, что позволяет предотвратить её отрыв от забоя в процессе бурения.
Подвижность колонкового набора позволяет также выполнить ликвидацию прихвата пробоотборника при подъёме снаряда. При этом гидроударник работает в режиме нанесения ударов вверх. За счёт особенностей конструкции при этом изменяются регулировочные размеры, поэтому не происходит замыкания надбойковой полости, что позволяет бойку наносить удары по верхней наковальне, а удары вниз гасятся из-за увеличенного свободного хода бойка устройства.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
РАЗРАБОТКА ГИДРОДВИГАТЕЛЯ ПОГРУЖНОГО НАСОСА
ДЛЯ ОТКАЧКИ ЗАШЛАМЛЕННОЙ ЖИДКОСТИ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., профессор Пилипец В.И.
В настоящее время в связи с сокращением ресурсов поверхностных вод, использование подземных вод для различных целей значительно увеличивается, поэтому создание высоконапорной и высокопроизводительной техники для откачки жидкости из скважин имеет большое народнохозяйственное значение. Необходимость в такой технике для водоотлива шахт испытывает горнодобывающая промышленность.
Немаловажное значение имеет также оснащение погружными насосами водопонизительных скважин, пробуренных с целью осушения месторождений подземных ископаемых и заболоченных территорий.
В настоящее время у нас в стране и за рубежом используется много разнообразных технических средств для искусственного подъема жидкости, разработанных для различных условий эксплуатации, отличающихся конструктивно и по принципу действия. Их анализ показывает, что одним из наиболее интересных и перспективных подъемников жидкости являются погружные гидропоршневые насосы. Однако известные гидропоршневые насосы с золотниковым распределением разработаны для работы в смачиваемых жидкостях, например нефти и не предназначены для откачки зашламованых жидкостей.
Для работы в зашламованых средах разработаны гидропоршневые насосные агрегаты с клапанным гидродвигателем. Однако при заклинивании клапанной группы шламом приходится такой насосный агрегат извлекать на поверхность для разборки и очистки клапанной группы гидродвигателя.
Для работы в сильно зашламованых средах предлагается гидродвигатель с клапанами, способными к самоуплотнению по мере износа рабочих поверхностей. Система мягких резиновых уплотнений у сальников и поршней, способных работать в абразивной среде. Поэтому в качестве рабочей жидкости может применяться не очищенная откачиваемая жидкость, вода или глинистый раствор. Особенностью предлагаемой конструкции является возможность запуска гидродвигателя при заклинивании клапанов шламом без извлечения погружного агрегата на поверхность.
Выполненные расчеты подтверждают работоспособность конструкции насосного агрегата при откачке зашламованой жидкости с глубины до 1000 м при использовании обычных наземных приводных насосов типа НБ, входящих в комплект буровой установки для бурения на твердые полезные ископаемые.
Разработаны рабочие чертежи и рекомендации по эксплуатации.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ
ФИЗИЧЕСКИХ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ
ГВУЗ «Национальный горный университет» (Днепропетровск) Научный руководитель – ассистент Игнатов А.А.Разрушение горных пород при бурении осуществляется двумя методами:
механическим, который получил наибольшее распространение, и физическими способами, которые находятся в стадии изучения или применяются в ограниченных объемах.
Среди физических способов разрушения горных пород при бурении скважин можно выделить два – термический и гидромеханический.
Наибольшее применение в промышленности получил второй: при разработке угольных пластов, строительстве туннелей, распиливании блоков породы в карьерах, разрушении бетона, перфорировании обсадных колонн.
Гидромеханический способ может быть условно разделен на два – эрозионный (использование высоконапорных струй) и абразивный (использование высоконапорных струй содержащих абразивные частицы, такие как кварцевый песок, стальные шарики).
При гидромеханическом (абразивном) бурении для разрушения горных пород используется энергия большого количества стальных или твердосплавных шаров, многократно соударяющихся с забоем скважины с большой скоростью. Шары приводятся в движение специальным жидкостным или воздушным инжекторным (струйным) аппаратом [1].
Забой скважины шароструйного бурения имеет вогнутую криволинейную форму. Получение такой формы забоя объясняется тем, что шары, вылетая из аппарата в различных направлениях, встречаются с поверхностью забоя скважины под различными углами, что приводит к неравномерному разрушению, кроме того, шары, сталкиваясь друг с другом, рикошетируют. Все это является следствием хаотичности движения шаров в интервале скважины между аппаратом и забоем.
Ряд авторов, проводивших сравнительный анализ различных способов бурения, считают, что именно гидромеханический метод пока единственно технически осуществимый, который может повысить в кратное число раз механическую скорость бурения и продолжительность рейса проходки.
гидромеханического способа сооружения скважин следует отметить, что среди публикаций посвященных разработке и исследованию новых методов бурения гидромеханическому принадлежит лишь малое количество.
Значительное число работ носит конструкторский характер, в них разработанная ранее принципиальная схема аппарата гидромеханического бурения подвергалась дальнейшему совершенствованию.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
В частности в работе [2] представлено описание схемы снаряда, отличительной особенностью которой является возможность смены износившегося струйного аппарата без подъема бурильной колонны. Для этого аппарат в верхней своей части имеет головку для захвата овершотом и дальнейшей транспортировки внутри бурильных труб. Кроме того, конструкцией предусмотрен вариант его извлечения путем включения обратной промывки.
Рассмотренная схема снаряда впоследствии была несколько изменена с целью обеспечения надежной работы аппарата при бурении мерзлых пород [3].
Такой аппарат в верхней части выполнен с рабочей камерой, имеющей капиллярные отверстия на боковых стенках и оборудованной нагревателем.
Внутренние стенки рабочей камеры и корпуса также имеют капиллярно– пористые слои. Это обеспечивает непрерывную транспортировку конденсата в зоне нагрева и интенсивное парообразование. При этом система в целом действует подобно открытой тепловой трубе и обладает свойством сверхтеплопроводности, что обеспечивает наряду с механическим действием породоразрушающих шаров, также и тепловое воздействие на забой.
Дополнительная транспортировка конденсата может осуществляться шарами при их выполнении из капиллярно-пористого материала, например пенокерамики.
Позднее была предложена схема снаряда позволяющая бурить геологоразведочные скважины с отбором керна [4], основой которой послужила конструкция, ранее заявленная в США. Аппарат сочетает в себе два механизма, один из которых позволяет разрушать периферийную часть забоя и является по принципу действия собственно гидромеханическим, другой – обрабатывает центральную часть забоя и представлен буровой коронкой и керноприемной трубой. Коронка, в случае необходимости, может быть заменена на долото и снаряд позволит бурить без отбора керна. Следует, однако, заметить, что реализация в данном аппарате комбинированного метода разрушения горных пород требует значительно большего диаметра скважины, а это в свою очередь увеличивает необходимые площадь и объем разрушаемой породы, вследствие чего существенно снижается скорость проходки. Как отмечалось ранее, одним из главных преимуществ гидромеханического способа является большая продолжительность рейса, наличие породоразрушающего инструмента в составе снаряда почти исключает это достоинство.
Проведенный теоретический анализ исследований посвященных гидромеханическому способу разрушения позволяет сделать вывод о том, что практически все разработки не решили один из главных вопросов, тормозящих развитие способа – это наличие криволинейной формы забоя, которая, как указывалось выше, уменьшает механическую скорость бурения, а в некоторых случаях приводит к полной остановке процесса углубки скважины.
В работе [2] предлагается способ формирования забоя за счет обработки его периферийной части специальным опорным породоразрушающим башмаком. Причем, реализация механизма обрушения криволинейных стенок XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
призабойной зоны осуществляется за счет башмака, нагруженного весом бурильной колонны. Конструкция снаряда, рассмотренная в работе [5], позволяет поочередно проводить обработку различных участков забоя путем поворота камеры смещения аппарата, где происходит разгон породоразрушающих шаров. Значительное сопротивление породы сжимающим усилиям в первом случае и сложность конструкции и регулировки механизма отклонения камеры смешения струйного аппарата во втором, ведут к тому, что предлагаемые снаряды можно считать малоэффективными в отношении формирования плоской формы забоя.
Совершенно очевидным является вывод о том, что снаряд для осуществления гидромеханического способа бурения с одной стороны должна характеризовать простота конструкции, а с другой – эффективность механизма формообразования забоя. Этого можно достигнуть за счет реализации наименее энергоемких механизмов разрушения без существенного усложнения как механической так и гидравлической части снаряда гидромеханического бурения.
1. Уваков А. Б. Шароструйное бурение. – М.: Недра, 1969. – 207 с.
2. А.с. 417599 СССР, МПК Е 21 В 7/18. Шароструйный снаряд для бурения скважин / Уваков А. Б., Штрассер В. В. № 1451266; Заявлено 15.06.70; Опубл. 28.11.74; Бюл. № 8. – 2 с.
3. А.с. 939710 СССР, МПК Е 21 В 7/18. Шароструйный снаряд для бурения скважин / Коротков В. П. № 3009898; Заявлено 02.12.80; Опубл. 30.06.82; Бюл. № 24. – 2 с.
4. А.с. 1002498 СССР, МПК Е 21 В 7/18. Шароструйный снаряд/ Майлибаев М. М.,. № 3278854; Заявлено 24.04.81; Опубл. 07.03.83; Бюл. № 9. – 2 с.
5. А.с. 1120733 СССР, МПК Е 21 В 7/18. Устройство для шароструйного бурения скважин / Дугарцыренов А. В., Ларин О. Р., Потехин Е. А. и др. № 3597561; Заявлено 31.05.83;
Опубл. 15.08.86; Бюл. № 30. – 3 с.
Доклад на пленарном заседании конференции «Бурение»
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
ШЛАМА БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИН
ГВУЗ «Национальный горный университет» (Днепропетровск) Научный руководитель – ассистент Игнатов А.А.При любом способе бурения большой интерес для теории и практики разрушения горных пород представляет вопрос о гранулометрическом составе шлама. В значительной мере последний является показателем скорости бурения и величины затрат энергии на 1 м проходки. По гранулометрическому составу продуктов разрушения можно судить о совершенстве конструкций породоразрушающих инструментов и рациональности режимов его работы. Без учета гранулометрического состава буровых шламов практически невозможна разработка эффективных (в отношении скорости и энергоемкости) способов очистки скважин, а также точных и удобных в практическом отношении методов их расчета. Кроме того, гранулометрический состав продуктов разрушения, выходящих из устья скважины, определяет эффективность работы шламоотделяющих средств, а возможность его оценки имеет большое значение при решении задачи очистки воздуха в подземных выработках. По общим вопросам гранулометрии имеется достаточно обширная литература, например [1]. Применительно к бурению скважин гранулометрией продуктов разрушения занимались вскользь, и в литературных источниках содержатся об этом только отрывочные сведения.
В работах [2,3] показано, что при вращательном бурении наибольшая вероятность встречи частиц с размером от 1 до 15 мкм, а при ударно– вращательном – от 5 до 40 мкм, в зависимости от типа коронки. Выполненные экспериментальные исследования позволили проанализировать влияние ряда факторов на дисперсионный состав бурового шлама.
Исследование влияния зернистости алмазов на гранулометрический состав продуктов разрушения производилось при вращательном и ударно– вращательном способах бурения коронками, армированными естественными и искусственными алмазами. Сравнивая параметры шлама, полученного при бурении естественными и искусственными алмазами, легко заметить, что при бурении искусственными алмазами вероятные размеры частиц шлама в 2...5 раз больше, чем при бурении коронками, армированными естественными алмазами.
Диапазон же варьирования размеров частиц бурового шлама увеличился незначительно. При бурении вращательным способом размер частиц доходил до 2 мм, а при ударно-вращательном – до 3 мм. В том и другом случае бурение велось с гидроударником ГВ – 5 и почти на одних и тех же режимах.
Различие в размерах бурового шлама в первую очередь можно объяснить конструкцией коронок и величиной алмазных зерен.
Влияние интенсивности промывки на размеры частиц бурового шлама XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
изучалось при бурении полимиктового и степановского песчаников вращательным способом. Обе породы бурились при постоянных режимах, варьировалась только интенсивность промывки забоя. Песчаники довольно сильно отличались друг от друга по свойствам. Твердость полимиктового песчаника в 1,5 раза была выше, чем у степановского. В то же время коэффициент пластичности у степановского песчаника в 2 раза выше, чем у полимиктового. Абразивность и динамическая прочность у обоих песчаников была примерно одинакова.
Несмотря на ощутимые различия в механических свойствах песчаников и значительные варьирования интенсивности промывки забоя, результат дисперсионного разделения бурового шлама в качественном отношении оказался одним и тем же. Различие носит лишь качественный характер. При бурении с более интенсивной промывкой выход мелких фракций уменьшился, а крупных – увеличился. Расхождение особенно значительно для крупных фракций и менее значительно – для мелких. Это указывает на вторичное измельчение продуктов разрушения при слабой промывке.
Влияние частоты вращения на дисперсионный состав продуктов разрушения можно проследить на диорите, кремнисто-полевошпатовом роговике, степановском песчанике и сульфидизированном мраморе. Из экспериментальных данных следует, что с увеличением частоты вращения (при постоянной интенсивности промывки забоя) выход мелких фракций возрастает, а крупных – уменьшается. Однако эта тенденция не очень значительная.
Влияние усилия подачи породоразрушающего инструмента на дисперсионный состав продуктов разрушения прослеживается на граувакковом песчанике, кремнисто–полевошпатовом роговике, степановском песчанике и сульфидизированном мраморе, – т. е. на породах самого различного вещественного состава и строения. По экспериментальным данным следует, что увеличение усилия подачи приводит к сокращению мелких и увеличению крупных фракций. Причем усилие подачи на размеры шламовых частиц оказывает большее влияние, чем частота вращения. Эта тенденция четче выражена при бурении твердых пород и слабее – более слабых.
Таким образом, увеличение частоты вращения породоразрушающего инструмента при незначительном увеличении усилия подачи не только положительно сказывается на механической скорости бурения, но и приводит к увеличению физического к. п. д. процесса разрушения горных пород.
Исследованиями, проведенными в Иркутском политехническом институте [4], установлен следующий гранулометрический состав шлама при бурении твердосплавными коронками (табл. 1).
Таблица 1 – Гранулометрический состав шлама по ИПИ Содержание, XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Бурение осуществлялось на специальном лабораторном стенде, станком с гидравлической подачей. В качестве породоразрушающего инструмента использовалась твердосплавная коронка диаметром 46 мм. Бурение производилось при следующих режимных параметрах: частота вращения – 250 мин–1, осевая нагрузка 300 даН на коронку, количество промывочной жидкости – л/мин. В работе [5] представлены данные по гранулометрическому составу шлама полученные непосредственно на бурящихся скважинах при различных сочетаниях параметров режима бурения.
Наиболее обширные данные имеются о гранулометрическом составе продуктов разрушения при шарошечном бурении. Установлено [6,7], что при разбуривании горных пород разные венцы шарошек долота образуют различный по крупности шлам. В случае применения зубчатых долот наиболее крупные частицы шлама формируются под ведущими венцами, образующими рейку.
1. Андреев С.Е., Зверев В.В., Петров В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. – М.: Недра, 1966.–240 с.
2. 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.
3. Рожков В.П., Сулакшин С.С., Храмников Р.Г., Марьин М.Д. Исследование гранулометрического состава продуктов разрушения при бурении геологоразведочных скважин // Известия ВУЗов Геология и разведка. – 1972.–№ 4. с. 135–142.
4. Шашилов В.П., Кузнецов В.Н. Оценка гранулометрического состава бурового шлама // Методика и техника разведки. – 1980. вып. 134. с. 72– 5. Кулиев А.Э., Ахундов У.Х. К вопросу дробления пород на забое при бурении скважин малого диаметра // Азербайджанское нефтяное хозяйство. – 1964.–№ 10. с. 19–20.
6. Лопатин Ю.С., Филатов Б.С. Некоторые основные характеристики бурового шлама // Нефтяное хозяйство. – 1970.–№ 10. с. 14–18.
7. Лопатин Ю.С., Филатов Б.С. Об образовании шлама при бурении шарошечными долотами // Нефтяное хозяйство. – 1968.–№ 7. с. 15–17.
УДК 622.
РАЗРАБОТКА МЕХАНИЧЕСКОГО ШАРИКОВОГО
ВИБРАТОРА
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., доцент Русанов В.А.
Прихваты – весьма распространенный вид аварий, характеризующийся частичным или полным прекращением движения бурового инструмента даже при воздействии на него максимально допустимых осевых усилий. Извлечь XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
снаряд на поверхность обычными методами при этом невозможно. Поэтому необходимы специальные средства для ликвидации данной аварии. Одним из таких средств являются механические вибраторы.
Данная работа заключается в разработке механического вибратора для ликвидации прихватов шламом и кусками породы, с возможностью как включения его в состав снаряда, так и с возможностью использования его с аварийным инструментом. За основу разработки был принят шариковый вибратор, предложенный А. С. Карачевым.
В качестве усовершенствования было решено заменить способ крепления заклепок, являющихся одной из основных рабочих частей механизма, со сварного на резьбовой, что облегчило эксплуатацию и ремонт механизма.
УДК 622.
РАЗРАБОТКА ШНЕКОКОЛОНКОВОГО СНАРЯДА
ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПРИ ИНЖЕНЕРНО–ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИЗЫСКАНИЯХ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – доцент, к.т.н. Юшков И.А.
В процессе сооружения скважин в условиях сложного разреза, представленного породами разных классов и категорий, целесообразно применение различных способов бурения в комплексе. Основной задачей при отборе образцов горных пород, является сохранение их естественной структуры и влажности. Для обеспечения этого рационально использовать шнековое, колонковое бурение, применяя при этом грунтоносы различных конструкций.
Обуривающие грунтоносы наибольшим образом удовлетворяют все необходимые условия для сохранения естественной структуры и влажности при отборе пород глинистого комплекса твердой и полутвердой консистенции, песчаных грунтов плотных и средней плотности, а также заторфованых грунтов.
Методика бурения с применением такого типа оборудования имеет ряд недостатков, таких, к примеру, как искривление ствола скважины, что в свою очередь отрицательно сказывается на структуре и свойствах отобранных монолитов, а так же затрудняет определение глубины залегания, почвы и кровли отбираемых пород, и уровней грунтовых вод. Применение магазинных шнеков позволяет ликвидировать некоторые проблемы грунтоносов, однако они в свою очередь также имеют недостатки.
В настоящее время в условиях плотной застройки городов с развитой сетью коммуникаций существенно увеличивается необходимость в применении малогабаритного оборудования. Поэтому не занижая как достоинств так в принципе и недостатков вращательного способа бурения, особенно в период возрастания его потребности следует обратиться к активному его внедрению с XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
обязательными условиями как механизации самого процесса, так и модернизации применяемого оборудования.
На основе проведенного анализа, и предложенной принципиальной схемы, была разработана конструкция шнекоколонкового бурового снаряда для отбора ненарушенных образцов керна обуривающим способом, включающая такие основные узлы: корпус; керноприемник; специальная коронка (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема размещения керноприемника в бурильной трубе снаряда узлом фиксации и узлом подвески. Керноприемник овершоте по мере наполнения колонковой трубы керном. Керноприемник в свою очередь имеет три основных узла: узел фиксации; узел подвески;
колонковый набор.
В узле фиксации керноприемника находятся корпус, хвостовик, фиксаторы, и вал для соединения с узлом подвески. Хвостовик используется XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
для захвата овершотом. Фиксаторы перемещаются по конической расточке внутри корпуса; в крайнем нижнем положении они сжаты, а в крайнем верхнем, за счет пружины разомкнуты. При подъеме керноприемника, после захвата овершотом, он поднимается вверх, стопоры при этом сжимаются, и как следствие освобождают керноприемник от корпуса. При спуске стопоры возвращаются в крайнее верхнее положение, и фиксируются в расточке корпуса, фиксируя при этом керноприёмник.
Узел подвески состоит из двух одинарных упорных шарикоподшипника, позволяющих не передавать вращение колонны бурильных труб на керноприемную гильзу, и тем самым повысить качество отбираемого кернового материала. Узел подвески сборный. Вал, являющийся переходящим звеном на колонковый набор, неподвижен относительно вращающегося снаряда. На нем устанавливается манжета, позволяющая удерживать этот узел маслонаполненным. Заливка масла осуществляется через специальное боковое отверстие, закрытое болтом.
Колонковый набор состоит из переходника с узла подвески, кернорвателя и колонковой трубы. Колонковая труба диаметром 108мм (внутренний диаметр 98мм), соединяется с неподвижной частью подшипникового узла резьбовым соединением. Длина керноприемной части колонковой трубы зависит от требуемой длины рейса, соответствующего качественному отбору пробы грунта. Срыв керна происходит с помощью лепесткового кернорвателя.
Технология предполагает извлечение керноприемника на поверхность, без проведения спускоподъемных операций с колонной бурильных труб.
Помимо значительного сокращения затрат времени на бурение, это позволяет уменьшать длину колонковой трубы, и тем самым увеличить качество проб.
Конструкция устройств позволяет, при необходимости, встроить датчик фиксирования местонахождения забоя.
Буровой снаряд рассчитан на применение шнеко–пневматического способа очистки забоя, причем конструкция узла подвески исключает попадание рабочего потока воздуха внутрь керноприемной трубы, также повышая сохранность керна. Использование в качестве очистного агента именно сжатого воздуха позволит применять разрабатываемый снаряд для бурения с самоходных буровых установок, оснащенных компрессорной станцией.
В ходе проведенных работ было разработано программное обеспечение, позволяющее определить затраты мощности, прочностные характеристики снаряда, конкретизировать режимы бурения предлагаемым снарядом и прочее.
Вид окна программы представлен на рисунке 2.
В процессе исследования были определены рациональное число оборотов буровой коронки, и рациональное число оборотов шнека, что позволило установить диапазон частоты вращения для данного снаряда, составляющий 149359 об/мин.
Также были рассчитаны номинальные значения режима осевой нагрузки лежащие, и необходимая подача воздуха для полной очистки забоя.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Рисунок 2 – Фрагмент программы, для определения прочностных характеристик снаряда Используя рассчитанные с помощью программы значения режима бурения, были установлены максимальные затраты мощности при условно наиболее неблагоприятном геологическом разрезе для конечной глубины скважины 30 м, составляющие 39 кВт.
Ожидаемый эффект от представленной разработки:
– уменьшение затрат времени на бурение, и соответственно увеличение производительности;
– увеличение качества отбираемых проб;
– снижение вероятности возникновения осложнений и аварий в процессе бурения.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.248.
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СПЕЦИАЛЬНОГО
ОСВОБОЖДАЮЩЕГОСЯ МЕТЧИКА ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ
АВАРИЙ С БУРИЛЬНЫМИ ТРУБАМИ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н, доцент Петтик Ю.В.
Во время бурения шахтных стволов и вентиляционных скважин реактивно–турбинным способом возникают аварии, связанные с оставлением на забое бурильных труб с агрегатами РТБ. Трудности ликвидации аварий возникают при попытке захвата бурильной колонны заканчивающейся муфтовым соединением с конической замковой резьбой З-171.
Для ликвидации подобных аварий можно использовать метчики-калибры освобождающиеся типа МКО1-114-168. Они предназначены для ловли за резьбу муфты и для извлечения из скважины колонны аварийных насосно– компрессорных труб диаметром 168 мм целиком либо по частям [1]. Этим освобождающимся метчиком можно произвести только одну попытку захвата оборванного агрегата. При неудачном захвате метчик нужно поднимать на поверхность, осматривать, разбирать и снова собирать для повторения спуска, и попытки захвата и подъема оборванных элементов.
Конструкция метчика-калибра состоит из корпуса – стального цельнометаллического тела, на котором имеются три наклонных, симметрично расположенных паза, с выступами посередине, в форме ласточкиного хвоста.
В корпусе установлены подпружиненные фиксаторы и установочные винты. При неудачной попытке захвата под действием осевой нагрузки винты срезаются, резьбовые плашки перемещаются вверх наклонных пазов и снизу стопорятся фиксаторами. Ловушка поднимается на поверхность, заменяют разрушенные элементы, снова готовят ее к спуску и попытке повторного захвата и т. д. Это является главным недостатком существующей конструкции освобождающегося метчика.
Для обеспечения возможности повторных захватов метчиком без подъема на поверхность предлагается изменить его конструкцию. При этом в корпусе ловушки устанавливают подпружиненные гидравлические фиксаторы одностороннего действия. При подаче промывочной жидкости в сквозной канал метчика, фиксаторы, под действием возникающего усилия сжимают пружину и утапливаются. Плашки освобождаются и перемещаются в крайнее нижнее (под действием силы тяжести) или верхнее (при движении корпуса вниз и упоре плашек в торец отверстия с резьбой) положение. В зависимости от фазы работы метчика происходит уменьшение или увеличение его наружного диаметра конической резьбы при перемещении колонны бурильных труб. Одновременно происходит фиксация плашек с помощью подвижных фиксаторов.
На рис. 1 показана последовательность работы освобождающегося XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
метчика. В начале работы, подвижные резьбовые плашки находятся в нижней части наклонных пазов корпуса (рис. а). Метчик совмещают с отверстием муфты и закрепляют его в ней завинчиванием (рис. б). При неудачном захвате в осевой канал метчика подают промывочную жидкость, гидрофиксаторы утапливаются и плашки освобождаются (рис. в). Следующая фаза работы метчика (рис. г) – перемещение корпуса ловушки вниз, при этом резьбовые плашки перемещаются в верхнюю часть пазов корпуса, наружный диаметр резьбы метчика уменьшается и он освобождается. Затем отключают промывку, при этом фиксаторы закрепляют плашки верхнем положении. Последняя фаза (рис. д) – ловушку поднимают над муфтой, включают промывку, фиксаторы утапливаются, плашки передвигаются вниз, отключают промывку, фиксаторы закрепляют плашки в нижнем положении. Ловушка готова к новому захвату оборванной трубы или бура.
Рисунок 1 – Последовательность работы освобождающегося метчика а – центрирование ловушки и ее ввод в муфту; б – завинчивание ловушки в муфту;
в – подача промывочной жидкости в канал метчика и освобождение плашек; г – перемещение корпуса ловушки вниз, а плашек вверх и их фиксация; д – подъем ловушки над муфтой, спуск плашек вниз для повторного захвата 1. Подгорнов М.И., Пустовойтенко И.П. Ловильный инструмент. М.: Недра, 1984. –148 с.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
ИССЛЕДОВАНИЕ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
КОНСТРУКЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ
ОСВОБОЖДЕНИЯ ПРИХВАЧЕННОГО БУРОВОГО СНАРЯДА
Рисунок 1 – Схема гидравличесиз стенок скважины.кого устройства для освобожБолее перспективным является дения прихваченного бурового снаряда: 1 – переходник, 2 – корпус, 3 – клапан с перепускными каналами, 4 – пружина, 5 – перепускные каналы, 6 – осевой канал, 7 – наковальня, 8 – шарик, 9 – боковые каналы, 10 – боёк, 11 – пружина, 12 – боковые каналы, 13 работе и возможностью регулирования – пусковой клапан, 14 – втулка частоты и энергии генерируемых ударов пускового клапана, 15 – пружина, 16 – срезной штифт, 17 – упор хвостовика бойка. XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
колонне труб для соединения с прихваченной частью бурового снаряда.
Однако, потеря времени на разворачивание колонны бурильных труб, подъем освобожденной части на поверхность, спуск аварийного инструмента к оставшейся части существенно осложняет ситуацию в скважине и затрудняет работы по ликвидации прихвата.
В связи с этим актуальным является разработка гидравлического устройства ударного типа, которое включалось бы в состав бурового снаряда, не мешая процессу бурения, а в случае аварийной ситуации использовалось незамедлительно по целевому назначению.
Как перспективная для разработки принята схема гидроударника одинарного действия с обратным активным ходом бойка. Преимуществом подобных механизмов является возможность получения больших скоростей соударения. Скорость соударения в свою очередь определяет усилие в прихваченной части бурового снаряда.
Устройство (рис. 1) состоит из корпуса, в верхней части которого располагается клапанный узел гидроударника, ударной системы с бойком наковальнями и бойковой пружиной, пускового узла, срабатывающего при возникновении в скважине прихвата.
Для разработки рабочей конструкции необходимо выполнить:
– Математическое описание и разработку клапанного узла гидроударника.
– Расчет конструктивных и энергетических параметров устройства применительно к конкретным условиям эксплуатации.
На пленарном заседании конференции «Бурение»
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.248.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЯ
КОМБИНИРОВАННОГО СБОРНОГО ЛОВИЛЬНОГО
ИНСТРУМЕНТА ФРЕЗЕР–МЕТЧИКА
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н, доцент: Петтик Ю.В.
При бурении скважин нередки сложные обрывы бурильных труб, которые сопровождаются клиновидной или фигурной формой обрыва. Секции оборванных труб могу располагаться рядами, а их верхние концы могут быть на одном уровне. Ликвидация аварий при этом сопровождается определенными трудностями, связанными с последовательными спусками и подъемами ловильного инструмента различной конструкции.
По классической схеме ликвидация аварии происходит в следующей последовательности: спускают в скважину печать и определяют положение «оборванных» секций; затем спускают в скважину бурильные трубы с навинченным на них кольцевым фрезером–коронкой, разбуривают один из концов бурильной трубы на длину до 20 см; развертывают «правый» снаряд «левым», и с помощью новой ловушки извлекают на поверхность оборванные части бурильных труб [1]. Для уменьшения количества СПО предлагается использовать усовершенствованную конструкцию ловильного инструмента фрезер–метчика предложенного в работе [2]. Особенностью усовершенствованной конструкции комбинированного инструмента является то, что он состоит из двух частей: нижняя – фрезер с зубьями, наплавленными твердым сплавом («релит») и верхней – специального конического метчика.
Нижняя часть инструмента съемная и соединяется с верхней с помощью крепежной резьбы и фиксаторов. Верхняя имеет длинную коническую поверхность обеспечивающую возможность нарезания резьбы как минимум в двух смежных типоразмерах диаметров бурильных труб. Таким образом, фрезер–метчик позволяет после фрезерования трубы, без его подъема на поверхность для смены ловильного инструмента, выполнить захват оборванной бурильной трубы за счет нарезания в ней внутренней резьбы.
Работает инструмент следующим образом. Фрезер–метчик спускают в скважину на бурильной колонне с соответствующим центрирующим приспособлением. Последние 30 – 40 см до оборванной бурильной колонны его спускают с вращением 60 – 80 об/мин и включают промывку с подачей насоса не менее 10 л/с. Для нормальной работы осевая нагрузка не должна превышать 15 кН. Особенностью конструкции является то, что диаметр фрезерной части меньше диаметра нижней заборной части метчика. Это обеспечивает беспрепятственное его вхождение в отверстие трубы после ее торцевания.
Фрезер можно изготавливать праворежущим, соответственно резьба на метчике тоже должна быть правая [3].
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
После фрезерования торца бурильной трубы или прорезания отверстия в работу вступает метчик. При этом снова уточняют вес колонны, восстанавливают циркуляцию жидкости, давление и ее температуру. При попадании нижней части фрезер–метчика внутрь колонны в работу вступает его верхняя, резьбовая коническая часть. Это сопровождается увеличением давления жидкости, т.к. на небольшой момент времени задерживается ее циркуляция и снижается вес колонны.
Затем медленно делают 2 – 3 оборота ротора и при нагрузке 12 – 30 кН закрепляют метчик. Метчик докрепляют при нагрузке 15 – 35 кН при неполных оборотах стола ротора (0,3 – 0,5 оборота) до «отдачи» (на 0,5 – 1 оборот).
Уменьшение нагрузки на крюке свидетельствует о том, что метчик нарезал резьбу и соединился с долотом. Повышение температуры циркулирующей промывочной жидкости при значительной длине извлекаемой части бурильной колонны свидетельствует также о циркуляции жидкости через забой. После этого пытаются освободить колонны, используя расхаживание с промывкой.
1. Гончаров А.Е., Винниченко В.М. Пособие бурильщику и мастеру по предупреждению и ликвидации аварий и осложнений при разведочном бурений. – М.: Недра, 1987. – 128 с.
2. Дубовая К.И. Конструкция комбинированного ловильного инструмента фрезер– метчика //Бурение: Сб. научн. трудов студ. – Донецк: ДонНТУ, 2010. – С. 23–24.
3. Подгорнов М.И., Пустовойтенко И.П. Ловильный инструмент. Учеб. пособие для рабочих.
М.: Недра, 1984. – 148 с.
УДК 622.
РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ АЭРИРОВАНИЯ
ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., профессор Пилипец В.И.
При бурении в зонах поглощения промывочной жидкости необходимо снижать вес столба промывочной жидкости на водоносный пласт за счет уменьшения удельного веса бурового раствора добавкой дорогостоящих реагентов или использования аэрированных растворов.
Особенно это актуально для бурения скважин в Донбассе, где в геологическом разрезе встречаются многочисленные водопоглощающие горизонты, часто с небольшим пластовым давлением. У нас в стране и за рубежом используется много разнообразных технических средств для аэрации буровых растворов: компрессорных, бескомпрессорных, комбинированных, отличающихся конструктивно и по принципу действия.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Проведенный анализ показывает, что применение компрессорного способа аэрации ограничивается глубиной скважин, на которой потери напора при циркуляции промывочной жидкости не превышают давления, развиваемого компрессором. При бескомпрессорном способе невозможно получить высокую степень аэрации, ухудшение работы насосов может быть фактором, ограничивающим степень аэрации.
Поэтому одним из наиболее интересных и перспективных является комбинированный способ аэрации, позволяющий аэрировать не только техническую воду, используемую для бурения, но и глинистый раствор после предварительной его аэрации в перемешивающих устройствах горизонтального типа. Однако применение их осложняется несовершенством смесителей эжекторного типа.
На основании проведенного анализа предложена схема устройства для аэрирования жидкости при бурении в неустойчивых породах и условиях поглощения бурового раствора. Особенность конструкции является то, что бурение может вестись только промывкой или только продувкой или комбинированно с промывкой и продувкой (аэрированной жидкостью).
Устройство оснащено обратными клапанами, которые предотвращают попадания воды в компрессор, либо воздуха в насос при поломке одного или другого или при разности давлений в них. Компактность, легкость, удобство при транспортировании устройства позволяет изготовить его в мехмастерских ГРЭ. Выполнены расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции.
Даны рекомендации по эксплуатации.
УДК 65.015.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОВШЕБУРА
ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН ДИАМЕТРАМИ 800–1500 ММПОД СВАИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н, доцент Петтик Ю.В.
Спад производства в последние годы коснулся и буровых предприятий ГХК «Спецшахтобурение». Это привело к тому, что кроме основной своей продукции – шахтных стволов и скважин большого диаметра буровые управления начали заниматься и нетрадиционным видом работ – бурением неглубоких скважин под сваи различного назначения.
Особенностью бурения является то, что в одном районе бурения необходимо сооружать скважины различного диаметра в диапазоне от 800 до 1500 мм. Это приводит к тому, что одна буровая установка, например М–1500, должна иметь целый перечень бурового инструмента для бурения различных XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
диаметров.
Конструкторами ГХК СШБ был сконструирован комбинированный Бур (рис. 1) состоит из двух цилиндров – наружного 9 и внутреннего 10, бура имеет вид конуса, вогнутого наружный цилиндры. В конусе под углом 90° сделаны четыре паза, в которых перемещаются ножи с резцами помощью которых они перемещаются на закрепленных в корпусе бура максимальный диаметр бурения в однозаходный шнек 4 с резцами 2 и через окна 11 попадает в аккумулятор 13. Вал шнека вращается во втулке 15. Рисунок 1 – Бур На валу шнека закреплена кулачковая КАШБ – полумуфта 16, вторая полумуфта закреплена на корпусе бура. Внутренний цилиндр крепится к наружному ребрами жесткости 14. Разгрузка аккумулятора осуществляется через пробки и окна 8. Монтажные окна 12 в наружном цилиндре служат для монтажа шнека и контроля уровня загрузки аккумулятора [ 1 ].
Бурение осуществляется на глинистом или полимер–глинистом растворе с частотой вращения 4 – 6 оборотов в минуту при усилии на забой 20 – 30 кН (достаточном для удержания ножей бура в раскрытом положении и разрушения массива глинистых пород).
За счет того, что в буре имеются подвижные ножи с резцами, крепление можно осуществлять вслед за бурением или по достижении проектной глубины устья.
Для расширения технологических возможностей в буре предлагается уменьшить диаметр внутреннего цилиндра с 820 мм до 300 мм, а наружного с 2150 мм до 750 мм. Особенностью новой конструкции является то, что в XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
корпусе конуса выполнены пазы, в которых по два противоположных ножа при их выдвижении могут иметь разный вылет, что обеспечивает перекрытие забоя на величину от 800 мм до 1500 мм. При этом, в нижней части бура предусмотрено крепление, которое обеспечивает не только перемещение, но и надежное крепление ножей 3 в радиальном направлении. Для сохранения внутреннего объема аккумулятора породы предлагается увеличить высоту бура до 5,8 м. Так при изменении диаметра проходки скважины необходимо на поверхности раскрепить ножи 3, отрегулировать их вылет относительно оси бура и снова закрепить их. При этом, противоположные ножи для равномерного распределения усилий относительно забоя и равномерности его перекрытия выдвигаются на одну и ту же величину.
Использование предложенной модификации позволит уменьшить стоимость режущего инструмента, повысить его универсальность и даст возможность бурить практически весь спектр диаметров скважин в диапазоне от 800 мм до 1500 мм.
1. Жиленко Н.П., Краснощек А.А. Справочное пособие по реактивно–турбинному бурению.
– М.: Недра, 1987. – 309 с.
УДК 622.
HYDROMECHANICS IN PROCEEDINGS OF LEONARD EULER
The big practical interest to learning mechanic of fluid was called by many object facts. At first, the presence in nature important store of fluids, which are so accessible for people. Secondly, shanties substances possess of many good attributes.This attributes make them comfortable work agents in practical activity of people.
Leonard the Euler– one of the produced scientist, who have rendered clout on progressing of physical and mathematical sciences in ХVIII century. In his creativity the great power of exploratory thought, universality of talent and huge bulk of the abandoned scientific heritage strikes.
Euler– is a founder of hydromechanics. He gave a essential equation of dynamic of ideal fluid; Euler made a foundation of theory of account the turbines.
During 1751–1760 the Euler has prepared some large operation on hydromechanics.
Maiden of them–“Beginnings of move of fluids”–was printed out in transaction of the Petersburg academy of sciences for 1756–1757. In it the general principles hydrostatics and aerostatics were sated, the equation of continuity for fluid with XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
constant gravity was output. Other three monographs of the Euler–“The general Principles of balanced state of fluids”, “General principles of move of fluids” and “A Prolongation of studies under the theory of move of fluids”, published in the notes of the Berlin academy of sciences (1755–1757), have compounded the establishing treatise on hydrodynamics. In second of them the differential partial equation of moves of incompressible fluid are maneuvered, and in third some problems of move of fluids and gases in narrow handsets of the arbitrary shape are reviewed. To all it connected mining by the Euler of receptions of a solution of partial equations meets now in problems about flow of gas transonic and hypersonic speeds.
During 1740–1750 Euler had more than once to interfere with problems hydromechanics and aeromechanics. Such problems rise, in particular, in field of ballistics. Then Euler has esteemed in “Mechanics” a problem on move of a body in environment, the resistance which one is proportional of this or that extent of speed.
Euler has put a beginning of the theory and computational methods of hydraulic turbines.
On behalf of the Petersburg academy of sciences the Euler borrows by studies on a ship theory. In 1749 there was his monograph “Marine science” in two volumes.
In the maiden volume the general theory of equal balance and stability of floating bodies is stated, in second– the theory applies to analysis of problems, bound with a construction and offloading of the vessels. This composition occupies an outstanding place as in progressing a theory of buckling and theory of small oscillating and in naval architecture.
In hydro mechanical– the equation of movement of ideal fluid in Euler variable. If the pressure p ,density r, projection of part speed of fluid u ,u ,w and projection of bulk vigour X, Y, Z to inspect as a function of coordinate x, y, z points in space and in time, so the Euler equation will have a new view in decart system:
The solution of Euler equation is knowing X, Y, Z and also starting and final condition, to defit u,u,w,p,r as function x,y,z and t. In the end I want to say that Euler made a lot of for learning the movement of fluids. And gave us very useful equation of movement of ideal fluids.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТРУБОЛОВКИ С
ОТВОДНЫМ КРЮКОМ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – доцент, к.т.н. Юшков И.А.
Разрабатываемое устройство – отводной крюк гидравлического действия с ловильным колоколом относится к инструменту для аварийного извлечения из скважины оборванных бурильных труб. Особенностью данной разработки является извлечение оборванного бурового снаряда, конец которого находится в каверне.
Для поднятия оборванных бурильных труб обычно используют ловильный резьбонарезной инструмент с конической наружной (метчик) или внутренней (колокол) резьбой.
колоколом предназначен для совмещения части колонны, отклонившейся к стенке скважины или каверны с осью скважины. Устройство представляет собой (рис. 1) корпус 3, в верхней части которого размещен переходник 1 на колонну бурильных труб. В нижней части корпуса закреплен резьбонарезной колокол 5 и отводной крюк 4, закрепленный сквозной осью. Внутри корпуса над крюком размещается находится в габаритах корпуса и не препятствует транспортировке устройства по стволу скважины. После достижения глубины предполагаемого обрыва колонны бурильных труб в корпус отводного крюка нагнетается промывочная жидкость, которая воздействует на поршень и перемещает его вниз по корпусу. В свою очередь поршень давит на плечо крюка, в результате чего крюк поворачивается в оси и выходит за пределы корпуса, увеличивая радиус захвата устройства. Вращение колонны бурильных труб обеспечивает захват оторванного конца бурильной трубы и вывод ее из каверны. Устройство позволяет направить оторванный конец в Рисунок 1 – прекращается подача жидкости, давление в полости корпуса Отводной снижается и крюк возвращается в транспортное положение.
гидравличесСнаряд вместе с аварийной бурильной трубой извлекается на кий крюк с поверхность.
колоколом XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.24.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ
ГИПСОЦЕМЕНТНЫХ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – доцент, к.т.н. Юшков И.А.
Осложнения, возникающие при бурении, часто являются причиной аварий в скважине, на ликвидацию которых обычно приходиться тратить значительные средства. Наиболее распространенным видом осложнений в скважинах является поглощение промывочной жидкости [1].
К настоящему время разработано и применяется значительное количество устройств и рецептур тампонажных смесей, в достаточной мере решающих проблему тампонирования зон осложнений. Одним из эффективных способов борьбы с осложнениями является метод «сухого» тампонирования, при котором в проницаемую зону в контейнере доставляется пакетированная сухая быстросхватывающаяся смесь. После выдавливания пакетов в ствол скважины смесь с помощью специальной разбурочно–затирочной компоновки снаряда затворяется буровым раствором и задавливается в трещины зоны осложнения [2].
С целью определения технологических параметров тампонажной смеси и технологии тампонирования зон осложнений выполнялись экспериментальные исследования, одним из задач которых являлось определение коэффициента липкости по методу проф. А.А. Линевского [3].
Для исследований использовался тампонажный шлакопортландцемент марки ШПЦ–400 ГОСТ 10178–85 плотностью 3200 кг/м3 и алебастр (гипс) ГОСТ 4013–82 плотностью 2600 кг/м3. В качестве жидкости затворения использовалась питьевая вода (плотность 1000 кг/м3, условная вязкость 15 с). В исходную смесь добавлялся наполнитель – полиэтиленовая пленка марки HDPE ГОСТ 25951–83 (плотность 960 кг/м3) толщиной 0,05 мм ± 20% в измельченном виде. Выбор наполнителя был обусловлен типом упаковочного материала, в которые предусматривается пакетировать сухие смеси, так как по принятой технологической схеме пакеты в процессе выдавливания их из тампонажного снаряда измельчаются и перемешиваются с затворяемой смесью.
Коэффициент липкости во всех сериях опытов определялся через минут после затворения смеси жидкостью. На рис. 1 приведен график зависимости коэффициента липкости от водо-твердого отношения.
Измерения коэффициента липкости гипсоцементного раствора, измеренное через 12 минут после затворения смеси, показали, что его значение возрастает до водо-твердого отношения 0,8, после чего резко снижается. У раствора с полиэтиленовым наполнителем снижение коэффициента липкости происходит со значения водо-твердого отношения равного 0,6. По мере твердения тампонажного раствора с любым водо-твердым отношением значение коэффициента липкости снижается.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Рисунок 1 – График зависимости коэффициента липкости гипсоцементной тампонажной смеси от водо-твердого отношения.
На рис. 2 приведен график зависимости коэффициента липкости от времени стабилизации, построенный по результатам измерений тампонажного раствора без наполнителя с водо-твердым отношением 0,4; 0,6; 0,8; 1,0. Данная графическая зависимость показывает одинаковый характер изменения коэффициента липкости с течением времени для смесей с водо-твердым отношением от 0,4 до 0,8. Для смеси с водо-твердым отношением 1,0 процесс увеличения коэффициента липкости смещен по времени от момента затворения смеси водой.
Рисунок 2 – График зависимости коэффициента липкости гипсоцементной тампонажной смеси от времени стабилизации XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Результаты проведенных экспериментальных исследований позволяют отметить, что в качестве соотношения компонентов для тампонирования зон осложнений методом «сухого» тампонирования может быть рекомендована гипсоцементная смесь с отношением 1:4 и с водо-твердым отношением 0,6–0,8, поскольку при этих отношениях коэффициент липкости не препятствует процессу затворения и затирки смеси в стенки скважины.
1. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении /И.П. Пустовойтенко. М.: «Недра», 1973 г. – 312 с.
2. Новиков, Г.П.Справочник по бурению скважин на уголь. /Г.П. Новиков, О.К. Белкин, Л.К. Клюев и др. – М.: «Недра», 1988. –256 с.
3. Загибайло, Г.Т. Промивка свердловин /Г.Т.Загибайло, С.М.Башлик. – Київ: «Знання України», 2006. – 200 с.
УДК 622.
РАЗРАБОТКА ГИДРОУДАРНОГО МЕХАНИЗМА ДВОЙНОГО
ДЕЙСТВИЯ С ПОВЫШЕННЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ
ПОКАЗАТЕЛЯМИ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., доцент Русанов В.А.
Одним из самых распространенных, многообразных, сложных и трудоёмких типов аварии в разведочном бурении являются прихваты, характеризующаяся полным или частичным прекращением движения бурового инструмента даже при повышении осевых усилий.
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.
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.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
1 – корпус; 2 – переходник; 3, 4 – верхняя и соединяется с прихваченным нижняя наковальня; 5 – клапанная коробка; инструментом. В исходном 6 – цилиндр; 7 – поршень; 8 – хвостовик; состоянии поршень и боек находятся 9 – камера; 10 – боек; 11, 12 – впускной и в крайнем нижнем положении, при выпускной клапан; 13 – втулка; 14 – пружина; этом фиксаторы размещаются в 15 – фиксаторы; 16, 17 – проточки; 18 – канал.
относительно бойка. Впускной клапан закрыт, а выпускной открыт.
При подаче рабочей жидкости в гидравлический вибратор она поступает под поршень, перемещая последний вверх. При этом клапанная группа остается в исходном положении за счет давления жидкости на впускной клапан.
Поэтому при подъеме поршня происходит сжатие клапанной пружины. 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 по наковальне, а поршень продолжал движение, фиксаторы выходят из проточки и хвостовик занимает крайнее верхнее положение в камере.
XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
УДК 622.
РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ТРУБОРЕЗА
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – доцент, к.т.н. Юшков И.А.
Для извлечения обсадных труб существует много устройств, отличающихся как конструктивными параметрами, так и принципом действия.
Наибольшее распространение получили труборезы гидравлического действия, но применяются также механические и гидромеханические конструкции.
Режущие элементы большинства существующих конструкций в процессе работы выдвигаются из корпуса трубореза по мере отрезания трубы.
При этом они перемещаются по дугообразной кривой, контактируя с нижним краем отрезанной трубы. Это является недостатком, поскольку трение резцов усложняет работу снаряда и приводит к их интенсивному износу.
Предлагаемая конструкция позволяет резать обсадные колонны с уменьшенным контактом корпуса резцов с поверхностью резания. Особенностью разработки является специальный цанговый узел, регулирующий вертикальное перемещение центрального штока. Перемещение корпуса трубореза вниз при резании обсадной колонны сопровождается одновременным смещением штока вниз. По достижении определенной регулируемой величины шток выходит из контакта с цангой. Это позволяет сместиться вниз всему режущему блоку. Резцы занимают положение близкое к перпендикуляру по отношению к корпусу отрезаемой трубы, что облегчает процесс резания и уменьшению контакта резцов с трубой. Для обеспечения эффективности работы проведен расчет рациональной частоты вращения колонны и осевой подачи снаряда.
УДК 622.
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТАМПОНАЖНОГО СНАРЯДА ДЛЯ
ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ В ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ
СКВАЖИНАХ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., доцент Русанов В.А.
Для изоляции частичных и полных поглощений промывочной жидкости быстросхватывающимися смесями (БСС) в геологоразведочных скважинах используются тампонажные снаряды с контейнерами, содержащими ускоритель схватывания и смесителя. При этом основной компонент БСС (как правило, XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
цементный раствор) подается с поверхности по колонне бурильных труб, а ускоритель схватывания поступает в смеситель из контейнера через дозатор.
В серийных комплексах технических средств, содержащих тампонажный снаряд и пакерующее устройство в качестве дозаторов применяется переходник с фиксированным диаметром проходного отверстия. Это не позволяет регулировать рецептуру тампонажной смеси в широком диапазоне.
Предлагается усовершенствование стандартного тампонажного снаряда путем включения в конструкцию дозатора сменных втулок с различными диметрами проходных отверстий.
Диаметр проходных отверстий сменных втулок подбирается заранее на поверхности в зависимости от вязкости жидкого ускорителя путем замера скорости истечения его из контейнера. Зная производительно насоса, которым будет осуществляться закачка цементного раствора, скорость истечения ускорителя подбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить рекомендуемые рецептурой соотношения количества цементного раствора и ускорителя.
УДК 622.24.
РАЗРАБОТКА ЛЕГКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ
ПОДВОДНЫХ СКВАЖИН ГЛУБИНОЙ ДО 20 М
Копытков–Баскаков Д. В., группа БС– ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – д.т.н., профессор Калиниченко О.И.
Проблема повышения технико–экономических показателей бурения не глубоких инженерно–геологических и разведочных скважин на шельфе отмечена как весьма актуальная еще в средине 70–х годов ХХ века. При этом в группе требований к такому виду морских работ выделено направление, связанное с обеспечением технической возможности бурения скважин глубиной 6– м при изобате моря до 75 м, с использованием, как буровых, так и неспециализированных судов.
Для отмеченных условий морского бурового производства разработана мобильная установка УМБ–2М (рис.1), относящаяся к легким техническим средствам для эксплуатации с борта судна. Принятые при создании установки инженерные решения позволяют применять ее, как для пробоотбора донных осадков при однорейсовой проходке до 6 м, так и при многорейсовом бесколонном бурении скважин глубиной до 20 м.
Учитывая ограниченные размеры рабочей палубы судов, стабилизирующая опора выполнена в виде двух модулей: направляющего узла, состоящего из подвижной каретки 5 и направляющих стоек 8; и донного основания, включающего жесткую донную коробку 6 и шесть съемных опорных лап 7.
Основным исполнительным узлом УМБ–2М является гидроударный буровой снаряд. Функционально, гидроударный снаряд может быть XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
использован как при однорейсовой проходке, так при многорейсовом бурении скважин. Сущность последнего заключается в интервальной проходке ствола с 2М: 1 – грузовой трос; 2 – нагнетательный шланг; 3 – грузовой переходник; 4 – гидроударник; 5 – колонковый набор; 6 – «клюющего» способа.
донная коробка; 7 – опорные лапы; 8 – направляющая стойка; 9 – ограничитель УДК 622.
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ВОДОСТРУЙНОГО НАСОСА С
ДВУМЯ СТРУЙНЫМИ АППАРАТАМИ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., доцент Рязанов А.Н.
Для подъема жидкости из артезианских скважин, водоотлива, при водопонижении могут применяться водоструйные насосы.
Водоструйный насос (рис.1) приводится в действие за счет энергии рабочей жидкости, которая буровым насосом 8 нагнетается в напорный трубопровод 7 и далее поступает в струйный аппарат. Истечение из сопла жидкости с большой скоростью обусловливает разрежение в смесительной XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
камере 4. В результате часть жидкости из скважины, открывая клапан 1, поступает в смесительную камеру 4 и через канал 2 смешивается с первичной водой и подается через диффузор 5 по водоподъемным трубам 6 на поверхность. Поднятая из скважины вода идет на слив, а первичная вода вновь нагнетается насосом в напорный трубопровод.
Водоструйные насосы просты по конструкции, надежны, не имеют трущихся частей и клапанов, могут откачивать загрязненную воду.
Главным недостатков применения водоструйного насоса является ограничение по глубине подъема жидкости (как правило, до 80 м), особенно при динамическом уровне, близком к глубине скважины. Для таких условий эффективнее применять водоструйный насос с двумя струйными аппаратами (рис.2).
Водоструйный насос такой конструкции состоит из всасывающего патрубка 1, корпуса насоса с наружной трубой 9 и внутренней 8, струйных аппаратов – нижнего и верхнего – с насадками 2 и 5, камерами смешения 3 и 6, диффузорами 4 и 7. Нижний обеспечивает подсос жидкости из скважины с подачей на верхний, а верхнийй – подъем ее на поверхность. Рабочая жидкость подается к насадкам 2 и 5 одновременно. Вследствие того, что соотношение диаметра камеры смешения 3 к диаметру насадки 2 нижнего аппарата велико, он XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
даже при малом подпоре, захватывает достаточное количество жидкости по отношению к объему подаваемой рабочей жидкости. Это создает благоприятные условия на всасывающем входе второй ступени.
По приведенной схеме разработана конструкция насоса (рис.3).
Рисунок 3 – Конструкция водоструйного насоса с двумя струйными аппаратами Водоструйный насос опускается в скважину на двойной колонне труб.
Возможно расположение на одинарной колоне труб с использованием герметизирующего пакера.
УДК 622.
РАЗРАБОТКА ГИДРОУДАРНИКА С ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ
ПЕРЕСТАНОВКОЙ КЛАПАННОЙ ГРУППЫ
ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»Научный руководитель – к.т.н., доцент Каракозов А.А.
В настоящее время проблема ликвидации аварий стоит довольно остро, поскольку условия бурения геологоразведочных скважин всё более усложняются.
Для ликвидации прихватов инструмента используют различные гидроударные механизмы, которые при помощи ударов или вибрации освобождают XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
Рисунок 1 – Гидроударник для достаточная для сжатия пружины. Боек наносит ликвидации прихватов.
1 – корпус, 2 – верхняя наковальня, 3 – нижняя наковальня, 4 – вверх, жидкость поступает как под поршень, цилиндр, 5 – поршень, 6 – боёк, 7 – так и в надпоршневую полость цилиндра. За шток, 8 – выпускной клапан, 9 – впускной клапан, 10 – пружина, 11 счет того, что рабочая площадь поршня сверху – уплотнение, 12 – полость высокого давления, 13 – полость низкого давления, 14 – выхлопной канал, 15 – седло. жидкости. После того как боек захватит хвостовик выпускного клапана и оторвет его от впускного клапана, открывается выхлопной канал и давление в системе падает. Боек проходит оставшееся расстояние до нижней наковальни по инерции и наносит по ней удар. Выпускной клапан возвращается в нижнее положение, а впускной клапан перемещается пружиной вниз до взаимодействия с верхней частью цилиндра.
Поступление жидкости в полость над поршнем прекращается, и рабочий цикл XI Всеукраинская научно–техническая конференция студентов «Бурение»
повторяется.
Преимущества разрабатываемого устройства:
– снижение потерь скорости бойка на свободном ходе при перестановке клапанов, как за счет уменьшения величины свободного хода, так и за счёт снижения гидравлического сопротивления клапанной группы, так как площадь впускного клапана не зависит от соотношения площадей поршня и штока и может быть равна площади цилиндра.
– повышение надежности работы гидрокударника за счет облегчения его запуска, так как гидравлическая перестановка клапанов не требует совместного перемещения бойка и клапанов.
УДК 622.
«