Повышение эффективности бурового одношарошечного долота

• Автор: Хлус, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И КОНСТРУКТИВНЫЙ АНАЛИЗ ОД

1.1. Постановка задачи

1.2. Обзор конструкций шарошечных долот

1.2.1. Шарошечные долота

1.2.2. Общие сведения о первых ОД

1.2.3. Вооружение шарошки

1.2.4. Системы промывки ОД

1.2.5. Особенности процесса бурения ОД

2. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ОД

2.1. Анализ результатов отработки ОД
2.2. Анализ взаимодействия промывочной жидкости в системе долото -забой скважины
2.3. Гидравлические сопротивления при спуско-подъемных операциях одношарошечных долот
3. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ РАБОТЫ ОД
3.1. Общие сведения о работе ОД
3.2. Определение кинематических характеристик ОД
3.3. Определение траектории движения зубка ОД
3.4. Определение положения режущей поверхности зубка во время его перемещения по своей траектории
3.5. Определение динамических характеристик ОД
4. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРОВОГО ОД
4.1. Обоснование изменения угла наклона цапфы
4.2. Обоснование рациональной схема размещения вооружения ОД
4.3. Совершенствование системы промывки ОД ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы ПРИЛОЖЕНИЕ

65 68

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Буровые шарошечные долота - основной инструмент, с помощью которого осуществляется разрушение породы и ведется строительство скважин в горной промышленности, в геологоразведке, а также при бурение скважин в нефтяной и газовой промышленности.
Процесс углубления скважин в горных породах связан с необходимостью применения эффективных породоразрушающих долот. Усложнение условий бурения определяется повышением глубины залегания природных энергоресурсов (руда, уголь, нефть, газ) и усложнением горногеологических условий (высокая прочность, неоднородность, слоистость и т.д. горных пород).
Бурение горизонтов, сложенных твердыми породами, является наиболее трудоемким процессом, требующим большого расхода долот и определяющим общий ресурс времени для бурения скважин в целом.
Кроме того, все больше стали применять скважины сложных профилей, в том числе с проводкой* наклонно-направленных и горизонтальных участков стволов, поэтому к эффективным конструкциям породоразрушающих элементов в настоящее время интерес существенно возрос.
При бурении в породах от средней прочности до очень крепких абразивных до 70% отказов долот происходит из-за выхода из строя части породоразрушающих зубков и разрушения корпусов шарошек.
Повышение долговечности вооружения буровых долот зависит от целого комплекса конструктивных и технологических факторов, влияющих на стойкость и надежность работы: зубков и шарошек в целом. Улучшение какого-то одного фактора способно лишь частично повысить ресурс работы долота, поэтому повышение эффективности его работы возможно только с одновременным проведением комплекса взаимосвязанных исследований.
Среди опорных долот наиболее часто применяют трехшарошечные долота. Причем чем больше глубина скважины, тем в большей степени применяются долота опорного типа - чаще всего трехшарошечные. Однако с уменьшением
диаметров долот - трехшарошечные долота все больше становятся проблемными, так как они имеют слабую опору шарошки и поэтому их ресурс снижается.
Более мощные по опоре одношарошечные долота (ОД) применяются совсем в небольших объемах. Это связано с тем, что механизм бурения этими долотами не достаточно изучен — с одной стороны, а с другой — существует очень сильный консерватизм в производстве строительства скважин и в производстве самих долот, связанный с необходимостью осуществления перемен как в технологии производства долот, так и в технологиях проводки скважин. Многолетние работы в области конструирования, шарошечных долот не привели к созданию принципиально новых моделей, которые вошли бы в серийное производство.

Таким образом, проблема повышения эффективности бурового одношарошечного долота является актуальной для горной, нефтяной и газовой промышленности и геологоразведки.
Цель работы. Повышение эффективности бурового одношарошечного долота за счет выбора рациональных параметров и совершенствования конструкции на основе математической модели рабочего процесса.
Идея работы заключается в обосновании рациональных параметров элементов конструкции одношарошечного долота на основе исследования кинематических и динамических характеристик долота с учетом практического опыта производственной отработки7 долот для повышения эффективности одношарошечных долот.
Объект исследований: буровое одношарошечное долото.
Задачи исследования:
- аналитическая оценка и обобщение результатов теоретических, экспериментальных исследований и технических разработок в области модернизации конструкторских решений при разработке шарошечных долот;
- анализ износа элементов конструкции опорных поверхностей и вооружения ОД'и проблем разрушения ими горных пород;
-исследование кинематики работы долота, расчет движения зубков шарошки долота, определение оптимального размещения зубков на шарошке;
Вывод по главе.
Таким образом, как следует из приведенной информации, в мировой практике неоднократно предлагалось множество различных решений по конструкции одношарошечного долота. Эти решения касались всех элементов долота: корпуса, шарошки, опоры долота, вооружения, гидравлики и т.д. и направленных на учет горногеологических и технологических условий их эксплуатации в горной промышленности.
Выявлены недостатки долот и определены направления их совершенствования. Основными из которых являются:
- изучение и определение оптимального угла наклона цапфы;
- типы и распределение зубков на поверхности шарошки;
- гидравлическая система промывки долота.