Интенсификация разрушения горных пород при использовании кавитационных колебаний жидкости в буровых долотах

• Автор: Минаков, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 25.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 91 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ БЕСКЕРНОВОГО ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
1Л. Анализ технологических разработок в области бурения скважин
с использованием гидромеханического разрушения горных пород напорными струями жидкости
1.2. Анализ технологических разработок в области бурения скважин
с использованием гидромеханического эрозионного разрушения горных пород струями жидкости с наполнителями
1.3. Анализ технологических разработок в области бурения скважин
с использованием гидромеханического разрушения горных пород кавитационными струями жидкости
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. КАВИТАЦИОННОЕ РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
2.1. Сущность явления кавитации жидкости и кавитационного
разрушения горных пород
2.2. Экспериментальные исследования интенсивности
кавитационного разрушения
2.3. Выводы и рекомендации
ГЛАВА 3. БУРЕНИЕ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД КАВИТАЦИОННЫМИ СТРУЯМИ ЖИДКОСТИ

Гидромонпторное разрушение горных пород в процессе бурения
3.2. Энергетический критерий оценки эффективности разрушения
горных пород при бурении скважин с использованием мощности струи жидкости
3.3. Экспериментальные исследования разрушения горных пород с
использованием кавитационных струй жидкости
3.4. Выводы и рекомендации
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕНИИ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН ДОЛОТАМИ С ГЕНЕРАТОРАМИ КАВИТАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ
4.1. Гидравлическая программа процесса промывки при
вращательном бурении неглубоких скважйн долотами, оснащёнными генераторами кавитационных колебаний жидкости
4.2. Стратегия управления ростом скорости кавитационной сгруи
жидкости
4.3. Выводы и рекомендации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Скважины, проходимые в верхнем осадочном чехле земной коры и имеющие длину ствола, не превышающую ста или несколько сотен метров, обычно относят к неглубоким (условное название) скважинам. Большинство неглубоких скважин сооружают вращательным способом, без отбора кернового материала - лопастными и шарошечными долотами. К числу таких скважин относятся скважины как эксплуатационного (водозаборные, геотехнологические) так и технического назначения (строительные, водопонизительные и др.). В настоящее время в связи с постоянным ростом объемов строительных работ и нужд в источниках водоснабжения увеличивается доля сооружаемых вращательным способом с промывкой неглубоких скважин. Разбуриваемые толщи при проходке неглубоких скважин, как правило, относятся к горным породам, имеющим сравнительно невысокие категории по буримости. Такие породы успешно разрушаются не только вооружением долот, но и потоками жидкости, имеющими высокие скорости - гидромониторными струями, а особенно эффективно - при совместном механическом воздействии долота и гидромеханическом давлении гидромониторной струи. Долота, позволяющие реализовать наряду с механическим разрушением пород
резцами (лопастями) гидравлическое - струями жидкости, оснащаются

гидромониторными насадками (соплами) и называются гидромониторными долотами. Такие долота широко используются как в отечественной, так и зарубежной практике буровых работ. Однако полагать вполне достаточными и исчерпывающими существующие технико-технологические разработки в области бурения гидромониторными долотами вряд ли было бы верным. По этой причине как в нашей стране, так и в зарубежье специалисты по бурению скважин разрабатывают, испытывают и внедряют в производство новые, более эффективные конструкции породоразрушающих инструментов и способы бурения. Новым конструкциям инструментов и новым способам бурения требуются соответствующие технологические разработки. К числу перспективных нетрадиционных решений в области бурения неглубоких скважин можно отнести гидромеханическое разрушение пород высоконапорными гидромониторными струями жидкости непрерывного и импульсного действия, эрозионное разрушение абразивными струями (гидромониторными струями, несущими абразивный твердый, а также жидкий или газообразный материал), эрозионное разрушение забоя кавитационными струями жидкости (гидромониторными струями, в которых происходит фазовый переход жидкости в пар, а затем снова в жидкость - кавитация).
Л - абсолютное давление внутри кавитатора. при уменьшении которого в струе могут появиться кавитационные пузырьки.
Тогда с учетом (3.14):
'* я • р • и • б/,~’ • (Л0 + р • # ■ 7/ - /])'5 + 8 • УУ,, • (0.095 • р)’5 • Рр
2-п-рз -р,„ -П; -V,, -(0.095-р)"
Примем в соответствии с [13]:
П„ =5-Ю',А-и„/1-Д0< • С °, (3.16)
где к- коэффициент крепости горной породы, к = 1,85 - 2.6; п - частота вращения долота, об/мин;
Д. - диаметр долота, мм;
- осевая нагрузка на долото, к11.
Рассмотрим численное решение выражения (3.15).
♦ Пусть к = 2; = 200 ой/мчи; Ос. = /5/ = 0.151м; С1Н. = 30 кИ; р = 1000 кг/м3: Л,
= 105 Па: # = 9.<8/ Я/кг,- рш = 3000 кг/м3; V,, = /0 .«/■» = 2.7,8 • /0'3; п = 1.
В соответствии с примером, рассмотренным ниже, в главе IV. примем Рс = 0.2 ■ 10' Па. ро — 0.82, для поддержания кавитации по мере углубления скважины необходимо уменьшать диаметр кавитатора (табл. 3.1).
Таблица 3
Изменение внутреннего диаметра кавитатора с ростом глубины скважины

Н. м 0 10 50 100 150
с10. м 12.8-10° 10.5-10° 7.8510° 6.72-10‘3 6.11-10° 5.71-10°
Результаты расчетов приведены в таблицах 3.2 и 3.3 и показаны на рисунке 3.10.
Таблица 3
Изменение удельной работы разрушении горной породы с ростом глубины скважины при использовании механической энергии долота и энергии кавитационных
струй жидкости
П. м 0 10 50 100 150
1р. кДж/кг 23.95 43.29 120.43 216.72 312.97 410