Обоснование параметров породоразрушающего инструмента и гидравлической ударной машины для бурения скважин в горных породах

• Автор: Тимонин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Тенденции развития погружных ударных машин, предназначенных

для бурения скважин в горных породах

1.2 Современные требования к породоразрушающему инструменту

для бурения скважин погружными пневмо- и гидроударниками

1.3 Анализ исследований, направленных на совершенствование породоразрушающего инструмента

1.4 Основные выводы и задачи исследований

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

2.1 Стенд для проведения экспериментальных исследований

2.2 Методика проведения экспериментов

2.3 Оценка результатов экспериментов с точки зрения нелинейной

геомеханики
2.4 Выводы
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЖНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ МАШИНЫ
3.1 Выбор принципиальной схемы погружной гидравлической ударной
машины
3.2 Определение конструктивных параметров погружной гидравлической ударной машины
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРУЖНОЙ
ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ МАШИНЫ
4.1 Конструкция опытного образца погружной гидравлической ударной машины
4.2 Конструкция экспериментального стенда

4.3 Методика экспериментальных исследований и применяемое оборудование
4.4 Результаты экспериментального исследования параметров погружной гидравлической ударной машины
4.5 Выводы
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВОГО СНАРЯДА
5.1 Расчет параметров системы «погружная гидравлическая ударная
машина - породоразрушающий инструмент»
5.2 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы. Применение погружных гидроударных машин при бурении скважин существенно улучшает показатели эффективности бурения: повышается процент выхода керна, возрастает скорость бурения, снижаются энергозатраты и стоимость, уменьшается влияние структурных особенностей геологического разреза на эффективность бурения. Гидроударники обеспечивают хорошее сохранение заданного направления скважины, что обусловлено ударным методом разрушения породы на> забое, большой жесткостью снаряда, небольшой величиной разработки ствола скважины по диаметру и высокой механической скоростью бурения. Однако, распространенные во всем мире погружные гидроударники используют кинетическую энергию жидкости для преобразования ее в удар и являются машинами динамического типа. Они имеют высокий непроизводительный расход рабочей жидкости, приводящий к размыву стенок скважины в неустойчивых зонах слабых пород, а также низкие значения к.п.д. и энергии удара, недостаточные для реализации эффективного бурения крепких горных пород. Улучшение этих показателей возможно путем создания принципиально новых гидроударни-ков;. основанных на использовании потенциальной энергии рабочего тела, т.е.: гидрообъемных машин. Они обладают потенциально более высокими энергетическими параметрами и технологическими возможностями.
Самым распространенным и наиболее перспективным породоразрушающим буровым инструментом на сегодня является штыревой. Известно, что при использовании штыревого инструмента происходит значительное снижение энергоемкости процесса бурения, но при этом требуется приложение определенной энергии к штырю. Поэтому при создании высокоэффективной гидрообъемной погружной ударной машины актуальной задачей является согласование энергии удара с конструктивными параметрами бурового инструмента. Это предполагает проведение экспериментальных исследований, направленных на определение достаточной . энергии удара, обеспечивающей объемное разрушение породы при минимальных

Таблица 2.15 - Результаты экспериментального исследования динамического внедрения инструмента, оснащенного тремя твердосплавными инденторами расположенными в углах равностороннего треугольника со сторонами 20 мм, в мрамор
№ опыта (давление в магистрали) ЕоьДж Еотск, Дж Ерю, Дж V, м3‘10'7 Дж/мЧ08 гЮ'9 1р1Ск, С 1уд, с
1 (1 атм) 41,15 11,92 29,22 1,0 4,11 5,2 0,0185 0,0015
2 (1 атм) 48,14 13,64 34,50 1,3 3,70 4,7 0,0186 0,0013
3 (1,5 атм) 57,48 10,99 46,48 2,5 2,29 3,3 0,0119 0,0015
4 (1,5 атм) 54,74 16,50 38,23 1,8 3,04 3,8 0,0151 0,0011
5 (1,5 атм) 58,09 20,90 37,18 2,8 2,07 2,4 0,0157 0,0011
6 (2 атм) 72,83 16,90 55,93 3,8 1,91 2,6 0,0111 0,0012
7 (2 атм) 68,94 29,74 39,20 3,6 1,91 1,9 0,0149 0,0010
8 (2 атм) 70,51 31,04 39,47 3,7 1,90 1,9 0,0158 0,0013
9 (2,5 атм) 76,90 24,07 52,82 7,0 1,09 1,3 0,0114 0,0013
10 (2,5 атм) 74,03 24,66 49,36 4,8 1,54 1,8 0,0115 0,0012
11 (2,5 атм) 54,88 17,07 37,80 2,0 2,74 3,3 0,0115 0,0009
12 (3 атм) 88,28 24,78 63,50 10,0 0,88 1,1 0,0097 0,0010
13 (3 атм) 93,69 27,66 66,03 9,1 1,02 1,3 0,0101 0,0009
14 (3 атм) 95,61 38,03 57,58 9,5 1,00 1,1 0,0118 0,0010
15 (3,5 атм) 112,07 24,79 87,27 13,5 0,83 1,1 0,0081 0,0010
16 (3,5 атм) 112,72 23,03 89,69 12,5 0,90 1,3 0,0080 0,0012