Экспериментально-теоретические основы создания исполнительных органов для бурения мерзлых сложноструктурных породных массивов

• Автор: Беляев, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 390 с. : ил. + Прил. (152 с.: ил.)

['лава I. Состояние изученности проблемы. Методические основы, цели и задачи исследований
1.1.1 [риродно-климатические особенности региона Сибири и Севера страны. Специфика строения и особенности разрушения массива мерзлых пород
1.2. Обзор исследований по оценке состояния температурного режима скважины при бурении мерзлых пород

1.3. Обзор и анализ исследований по динамике работы шарошечных органов долот

1.4. Анализ разработок и исследований по созданию специальных исполнительных органов для бурения скважин в условиях многолетнемерзлых перемежающихся по крепости пород

1.4.1. Исследования по транспортированию буровой мелочи из скважины воздухом

1.4.2. Исследования по созданию спе11иальпых охлаждающих устройств

Г.4.3: Исследования по созданию режущих долот для бурения с продувкой

/. 4.4. Исследования по созданию комбинированных долот

1.5. Цели и задачи исследований;

Глава 2. Методика проведения исследований и выполнения экспериментов

2.1. Методика и техника проведения лабораторных исследований;
2.2. Планирование эксперимента. Обработка данных и оценка их достоверности
2.3. Техника и методика проведения производственных испытаний и» исследований
ВЫВОДЫ
Глава 3. Исследование характера взаимодействия режущего бурового инструмента с породой и обоснование его параметров
3.1. Факторы, влияющие на эффективность работы режущего долота
3.2. Г ранулометрический состав буровой мелочи при работе режущих долот:
3.3. Оценка энергоемкости процесса разрушения породы по гранулометрическому составу буровой мелочи
3.4. Принципы выбора параметров режущего бурового инструмента
3.4.1. Геометрические параметры режущих долот со сменными резцами
3.4.2. Выбор типа и параметров резцов для режущих буровых долот
3.4.3. Принципы выбора параметров сетки резания бурового долота
3.4.4. Принципы выбора параметров режущего бурового долота
3:5. Обоснование параметров и разработка конструкций режущих долот
ВЫВОДЫ
Глава 4. Теоретические основы разработки комбинированного режущешарошечного инструмента для эффективного разрушения перемежающегося
по крепости массива пород
4.1. Предпосылки к созданию комбинированного инструмента для бурения взрывных скважин в изменяющихся по крепости породах
4.2. Принципы комбинированного воздействия на забой режуще-шарошечного долота
4.3. Лабораторные исследования работы комбинированного бурового инструмента
4.4. Математическая модель динамической системы комбинированного долота
с принудительной разгрузкой режущего органа
4.5. Разработка конструкций комбинированного инструмента режуще-шарошечного типа
ВЫВОДЫ
5; Повышение работоспособности и стойкости бурового инструмента
5.1. Анализ о тработки шарошечных долот и пути повышения их стойкости
5.2. Требования к конструкции бурового инструмента и возможности повышения его стойкости
5.3. Анализ систем смазки шарошечных опор долот
5.4. Повышение работоспособности шарошечного и комбинированного бурового инструмента
ВЫВОДЫ
Глава 6. Теплообменные условия в призабойной зоне скважины и методы нормализации процесса бурения мерзлых пород
6.1. Модель теплообменных процессов в призабойной зоне скважины
6.2. Температурный режим бурового инструмента и условия его нормализации
6.3. Температурный режим буровой мелочи и условия его нормализации
6.4. Лабораторные исследования теплообменных процессов в призабойной
зоне
6.5. Разработка конструкций и выбор параметров охлаждающих устройств
для нормализации процесса бурения мерзлых пород
ВЫВОДЫ
Глава 7. Испытания и промышленная реализация результатов выполненных Исследований
7.1. Опыт работы режущих долот на угольных разрезах
7.2. Результаты испытаний режущих долот на россыпных месторождениях Якугии и Северо-Востока страны
7.3. Промышленная эксплуатация режущих долот на карьерах АК «АЛРОСА»
7.4. Исследование работы комбинированных долот в условиях россыпных месторождений Севера и Северо-Востока страны

7.5. Исследования работы комбинированных долот в условиях алмазорудных
карьеров Якутии
7.6. Опытная эксплуатация устройств, повышающих стойкость опор шарошечного инструмента
7.7. Промышленные испытания устройств, обеспечивающих нормализацию температурного режима в забое скважины
ВЫВОДЫ
Заключение
Литература

Буримые породы были представлены гравийно-галечными отложениями на песчано-глинистом цементе с включением валунов до 20 см в поперечнике. Температура пород составляла минус 2 - 4 °С, а влажность - 6 - 20 %. Бурение осуществлялось твердосплавными буровыми коронками диаметром 132 мм при осевой нагрузке 8 - 10 кН и частоте вращения бурового става 1,1 и 1,9 с'1. Данные по температуре охлажденного сжатого воздуха приведены в табл. 1.3.
Таблица 1
Температура воздуха в различных точках циркуляционной системы (°С)
Атмосферный На выходе из реси- На входе в На выходе из
воздух вера компрессора скважину скважины
- 22 + 10 -21
-24 + 9 - 22
-27 + 5 -23
Отмечается, что благодаря низкой температуре сжатого воздуха не замечено признаков растепления керна и стенок скважины.
Оценка эффективности применения охлажденного сжатого воздуха при бурении геологоразведочных скважин проведена также при использовании бурового агрегата СБА-500. Стандартная схема одноступенчатой системы охлаждения в зимний период приведена на рис. 1.5 [108]. Температура охлажденного воздуха достигала — 15 °С. Бескерновое бурение осуществлялось штыревыми трехшарошечными долотами диаметром 93 и 76 мм. Производительность на станко-смену составила 6,5 и 4,0 м, а в условиях с промывкой водой —1,41 и 0,98 м. Повышенная эффективность бурения с продувкой охлажденным воздухом объясняется качественной очисткой забоя от шлама и отсутствием каких-либо осложнений из-за протаивания мерзлых пород.
Данный опыт свидетельствует о возможности создания одноступенчатой системы охлаждения в зимний период для станков шарошечного бурения, поскольку такая система отличается компактностью, простотой устройства и требует небольших дополнительных капитальных затрат. Однако в литературе нет сведений по выбору и расчету параметров теплообменников и их конструктивному исполнению.
Двухступенчатая система охлаждения сжатого воздуха рекомендуется для условий бурения скважин с продувкой воздухом в многолетнемерзлых породах в летний период. Первая ступень охлаждения осуществляется за счет теплообмена с атмосферным воздухом, пршгудительно циркулирующим через ребристо-трубчатый теплообменник. Вторая ступень охлаждения предусматривается в виде фреоновой парокомпрессионной холодильной машины. Прин-