Динамические процессы в резьбовых соединениях штанг при вращательно-ударном способе бурения

• Автор: Саруев, Алексей Львович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований
1.1. Методика детальной разведки на рудниках цветной металлургии и экспериментальные работы по изысканию рациональных способов бурения подземных разведочных скважин
1.2. Конструкции резьбовых соединений штанг для вращательноударного бурения веера скважин малого диаметра
1.3. Анализ результатов исследований соединений буровых штанг с резьбой «веревочного» профиля
ГЛАВА 2. Методика экспериментальных исследований процесса
прохождения импульса через резьбовое соединение штанг
2.1. Анализ экспериментальных методов измерения напряжений в ставах штанг и соединениях
2.2. Выбор измерительной аппаратуры для регистрации волн деформации в элементах става штанг
2.3. Определение доверительного интервала для математического ожидания и необходимого количества опытов
2.4. Методика и определение потерь энергии на трение в резьбовых соединениях штанг
ГЛАВА 3. Динамические процессы и напряжения в резьбовых
соединениях штанг при вращательно-ударном способе бурения
скважин малого диаметра
3.1. Аналитические исследования уравнения распространения силовых импульсов через резьбовые соединения буровых штанг
3.2. Результаты экспериментальных исследований динамических процессов и напряжений при вращательно-ударном нагружении резьбовых соединений штанг

3.3. Анализ амплитудных значений волн нормальных напряжений в элементах муфтовых и ниппельных соединений штанг при вращательно-ударном бурении скважин
3.4. Экспериментальные исследования напряжений изгиба в элементах резьбовых соединений буровых штанг
3.5. Результаты экспериментальных исследований касательных напряжений в соединительных элементах штанг при одновременном действии крутящего момента, усилия подачи и ударных нагрузок
ГЛАВА 4. Методика расчета максимальных напряжений в элементах
соединений штанг при вращательно-ударном способе бурения
4.1. Определение нормальных напряжений в буровых штангах при продольных ударах поршнями-бойками ступенчатой формы с использованием номограмм

4.2. Анализ повышения статических напряжений растяжения-сжатия в элементах соединений штанг в процессе довинчивания при одновременном воздействии силовых импульсов, крутящего
момента и осевого усилия подачи
4.3. Последовательность расчета максимальных напряжений в
элементах резьбовых соединений буровых штанг
4.4. Пример расчета максимальных напряжений в элементах ниппельного соединения буровых штанг
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Приложение

Актуальность работы
Повышение производительности труда при бурении скважин достигается многими факторами, одним из которых является коммерческая скорость бурения, которая зависит от прочности и надежности работы бурильной колонны и конструкции соединительных узлов буровых штанг.
В настоящее время в России добывают подземным способом более 40% руд цветных и редких металлов. При этом на отдельных рудниках цветной металлургии проводят десятки тысяч метров подземных горных выработок [68, 115]. Причем, из общего объема проходки 60% и более составляет промышленная доразведка. Внушительные объемы эксплуатационной доразведки необходимы в тех случаях, когда месторождение имеет сложное геологическое строение. К таким, например, относится Хайдарканское ртутное месторождение, где кроме проведения многочисленных разведочных выработок ежегодно приходится бурить 60-70 тыс. м. подземных
разведочных скважин. Ранее на рудниках Хайдаркана были проведены экспериментальные работы по изысканию рациональных способов бурения веера подземных геологоразведочных скважин малого диаметра (40-60 мм.) [35]. Сравнительный анализ различных способов бурения таких скважин в породах средней крепости и выше при исключительно сложном геологическом строении месторождения показал, что одним из
перспективных является вращательно-ударный способ бурения.
При вращательно-ударном бурении скважин малого диаметра
используются буровые установки с ударным узлом вне скважины. В этом случае энергия удара в виде волны деформации сжатия передается от машины по составным буровым штангам к породоразрушающему инструменту.

Рис. 2.11. Гистерезисная диаграмма
Экспериментами установлено, что при повышении крутящего момента интенсивность роста средней силы неупругого сопротивления для соединений типа В и Г значительно выше, чем для соединений А и Б. Причем для ниппельного соединения наблюдается максимум этой силы при крутящем моменте около 150 Нм (рис. 2.13). Это объясняется особенностью силового нагружения контактов резьбы данного соединения, а также направлением поперечных деформаций резьбовых участков штанг при прохождении импульса или приложении внешней силы сжатия. В ниппельном соединении поперечная деформация резьбовых участков штанг направлена от соединительного элемента, а в муфтовых - к соединительному элементу, в результате чего контактное давление и Рн с. в резьбе ниппельного соединения после определенного значения крутящего момента снижаются, а в муфтовом соединении с увеличением приложенного к нему крутящего момента контактное давление и Рнс. постоянно возрастают.
Кроме того анализ гистерезисных диаграмм позволил установить взаимосвязь, согласно которой с повышением крутящего момента