Помощь студентам в учебе
Исследование сравнительных характеристик надежности буровых долот шарошечного типа
|
Введение
1 Буровые долота шарошечного типа 7
1.1 Общая информация о долотах шарошечного типа 7
1.1.1 Описание устройства 7
1.1.2 Механика разрушения горных пород 9
1.1.3 Материалы, применяемые для изготовления деталей долота 11
1.2. Специфика конструкции и входящих в неё элементов 13
1.2.1 Типовая конструкция долота 13
1.2.2 Разновидности вооружения шарошки 19
1.2.3 Подшипниковые узлы и опоры 22
1.3 Виды шарошечных долот 24
1.3.1 Одношарошечное долото 24
1.3.2 Двухшарошечное долото 25
1.3.3 Трехшарошечное долото 27
Выводы по главе 1 30
2 Анализ существующих моделей шарошечных долот 31
2.1 Отечественные и зарубежные заводы-изготовители 31
2.2 Принципы классификации, обозначение и маркировка 33
2.2.1 Классификация долот по ГОСТ 20692-75 33
2.2.2 Классификация долот по международному коду IADC 35
2.3 Патентно-информационный обзор 37
2.3.1 Патент РФ №2182640 37
2.3.2 Патент РФ №2389858 39
2.3.3 Патент РФ №2334861 42
2.3.4 Патент РФ №2170320 45
Выводы по главе 2 47
3 Анализ экспериментальных и теоретических исследований по воздействию
бурового инструмента на породу 48
3.1 Основополагающие исследования и введение в суть системного
моделирования 48
3.2 Анализ результатов исследований, посвященных тематике свойств горных
пород и их разрушению 50
3.3 Анализ исследований функционирования долота на забое 53
3.4 Краткий анализ исследований по оптимизации режимов бурения путем
моделирования его процессов 56
Выводы по главе 3 58
4 Исследование сравнительных характеристик надежности буровых долот
шарошечного типа 60
4.1 Опыт использования комплексного моделирования при создании
конструкции бурового инструмента 60
4.2 Условия работы шарошечных долот 63
4.3 Основные факторы, влияющие на показатель надежности долот 65
4.4 Создание твердотельной модели исследуемого объекта 67
4.5 Расчет распределения осевой нагрузки на элементы долота 78
4.6 Моделирование напряженно-деформированного состояния 82
4.6.1 Моделирование и анализ НДС твердосплавной вставки 82
4.6.2 Моделирование и анализ НДС шарошки 85
4.6.3 Моделирование и анализ НДС долота в сборе 88
Выводы по главе 4 90
5 Формирование комплексной системы моделирования процессов бурения на
основе метода конечных элементов 91
Анализ актуальности применения МКЭ в процессах бурения 91
Разработка многофакторной модели среды на основе метода
дифференциальных сфер 92
Выводы по главе 5 96
Заключение 97
Список использованных источников 98
1 Буровые долота шарошечного типа 7
1.1 Общая информация о долотах шарошечного типа 7
1.1.1 Описание устройства 7
1.1.2 Механика разрушения горных пород 9
1.1.3 Материалы, применяемые для изготовления деталей долота 11
1.2. Специфика конструкции и входящих в неё элементов 13
1.2.1 Типовая конструкция долота 13
1.2.2 Разновидности вооружения шарошки 19
1.2.3 Подшипниковые узлы и опоры 22
1.3 Виды шарошечных долот 24
1.3.1 Одношарошечное долото 24
1.3.2 Двухшарошечное долото 25
1.3.3 Трехшарошечное долото 27
Выводы по главе 1 30
2 Анализ существующих моделей шарошечных долот 31
2.1 Отечественные и зарубежные заводы-изготовители 31
2.2 Принципы классификации, обозначение и маркировка 33
2.2.1 Классификация долот по ГОСТ 20692-75 33
2.2.2 Классификация долот по международному коду IADC 35
2.3 Патентно-информационный обзор 37
2.3.1 Патент РФ №2182640 37
2.3.2 Патент РФ №2389858 39
2.3.3 Патент РФ №2334861 42
2.3.4 Патент РФ №2170320 45
Выводы по главе 2 47
3 Анализ экспериментальных и теоретических исследований по воздействию
бурового инструмента на породу 48
3.1 Основополагающие исследования и введение в суть системного
моделирования 48
3.2 Анализ результатов исследований, посвященных тематике свойств горных
пород и их разрушению 50
3.3 Анализ исследований функционирования долота на забое 53
3.4 Краткий анализ исследований по оптимизации режимов бурения путем
моделирования его процессов 56
Выводы по главе 3 58
4 Исследование сравнительных характеристик надежности буровых долот
шарошечного типа 60
4.1 Опыт использования комплексного моделирования при создании
конструкции бурового инструмента 60
4.2 Условия работы шарошечных долот 63
4.3 Основные факторы, влияющие на показатель надежности долот 65
4.4 Создание твердотельной модели исследуемого объекта 67
4.5 Расчет распределения осевой нагрузки на элементы долота 78
4.6 Моделирование напряженно-деформированного состояния 82
4.6.1 Моделирование и анализ НДС твердосплавной вставки 82
4.6.2 Моделирование и анализ НДС шарошки 85
4.6.3 Моделирование и анализ НДС долота в сборе 88
Выводы по главе 4 90
5 Формирование комплексной системы моделирования процессов бурения на
основе метода конечных элементов 91
Анализ актуальности применения МКЭ в процессах бурения 91
Разработка многофакторной модели среды на основе метода
дифференциальных сфер 92
Выводы по главе 5 96
Заключение 97
Список использованных источников 98
Бурение нефтяных и газовых скважин - это сложный технологический процесс разрушения горных пород, направленный на создание выработки, имеющей определенную геометрическую форму, когда диаметр этой самой выработки намного меньше её длины.
Одним из путей добычи нефти и газа является построение скважины. Данное построение включает в себя два основных процесса - бурение и крепление. Строительство скважин необходимо осуществлять должным, качественным образом, при этом стремясь снизить сроки их проводки, дабы обеспечить необходимый приток энергетических ресурсов в фонд страны при соответствующем снижение трудо- и энергоемкости данного процесса.
Повышение качества и эффективности построения скважин в различных геолого-технических условиях и, как результат, сопутствующее этому процессу снижение себестоимости скважины является важной научно-технической проблемой, имеющей существенную значимость для энергетики страны.
Актуальность проблемы постоянно растет, так как необходимость в разработке новых нефтегазовых месторождений повышается из года в год, как и сложность их разработки. Решение проблемы может осуществляться различными методами, поскольку проблема является комплексной и состоит из многих элементов. Одним из важнейших элементов данного комплекса является проблема совершенствования процесса разбуривания горной породы. По данной проблеме проведено множество исследований и написано существенное количество научных трудов, но присутствует ряд актуальных задач, к решению которых стоит подойти, используя методологические основы на базе системно-аналитического подхода (САП). При использовании данного метода существует возможность более подробно исследовать механизм функционирования и структуру исследуемого процесса или объекта.
Несмотря на значительный прогресс в области исследования процесс разрушения разбуриваемых пород, механизм разрушения является более
Улучшения экономических и технических показателей при бурении нефтегазовых скважин можно добиться путем сокращения значительных потерь времени на замену износившегося породоразрушающего инструмента, работоспособность которого напрямую зависит от долговечности отдельных его узлов. Надежность работы шарошечных долот зависит также от конструктивных особенностей долот. При разработке конструкций долот, а также их модернизации, необходим детальный и систематизированный подход к решению проблем, связанных с повышением эффективности их работ.
Эффективность проходки при бурении вращательным способом зависит от следующих факторов:
1) контактная прочность вооружения;
2) прочностная характеристика породы;
3) конструктивных особенностей элементов долота.
Детальный разбор данных характеристик процесса работы шарошечного долота позволяет добавить нужные корректировки в техническую документацию, используемую на стадии конструкторских работ, выбрать оптимальный тип долота для данной скважины и обеспечить улучшение технико-экономических показателей.
Одним из путей добычи нефти и газа является построение скважины. Данное построение включает в себя два основных процесса - бурение и крепление. Строительство скважин необходимо осуществлять должным, качественным образом, при этом стремясь снизить сроки их проводки, дабы обеспечить необходимый приток энергетических ресурсов в фонд страны при соответствующем снижение трудо- и энергоемкости данного процесса.
Повышение качества и эффективности построения скважин в различных геолого-технических условиях и, как результат, сопутствующее этому процессу снижение себестоимости скважины является важной научно-технической проблемой, имеющей существенную значимость для энергетики страны.
Актуальность проблемы постоянно растет, так как необходимость в разработке новых нефтегазовых месторождений повышается из года в год, как и сложность их разработки. Решение проблемы может осуществляться различными методами, поскольку проблема является комплексной и состоит из многих элементов. Одним из важнейших элементов данного комплекса является проблема совершенствования процесса разбуривания горной породы. По данной проблеме проведено множество исследований и написано существенное количество научных трудов, но присутствует ряд актуальных задач, к решению которых стоит подойти, используя методологические основы на базе системно-аналитического подхода (САП). При использовании данного метода существует возможность более подробно исследовать механизм функционирования и структуру исследуемого процесса или объекта.
Несмотря на значительный прогресс в области исследования процесс разрушения разбуриваемых пород, механизм разрушения является более
Улучшения экономических и технических показателей при бурении нефтегазовых скважин можно добиться путем сокращения значительных потерь времени на замену износившегося породоразрушающего инструмента, работоспособность которого напрямую зависит от долговечности отдельных его узлов. Надежность работы шарошечных долот зависит также от конструктивных особенностей долот. При разработке конструкций долот, а также их модернизации, необходим детальный и систематизированный подход к решению проблем, связанных с повышением эффективности их работ.
Эффективность проходки при бурении вращательным способом зависит от следующих факторов:
1) контактная прочность вооружения;
2) прочностная характеристика породы;
3) конструктивных особенностей элементов долота.
Детальный разбор данных характеристик процесса работы шарошечного долота позволяет добавить нужные корректировки в техническую документацию, используемую на стадии конструкторских работ, выбрать оптимальный тип долота для данной скважины и обеспечить улучшение технико-экономических показателей.
В результате выполненной работы были получены следующие результаты:
- Проведен анализ существующих конструкций шарошечных долот, общих зависимостей при разрушении забоя шарошечными долотами, а также произведен патентно-информационный обзор с указанием всех достоинств и недостатков той или иной конструкции долот;
- Подготовлена твердотельная модель трехшарошечного долота с пошаговым объяснением процесса построения;
- Осуществлен расчет распределения осевой нагрузки по элементам долота;
- Произведен выбор оптимальных материалов для шарошки и зубка долота при определенных условиях эксплуатации;
- На основании полученной модели разработан сборочный чертеж долота, а также его деталировка;
- Рассмотрены основные принципы метода конечных элементов и предложен способ применения метода в моделировании процессов бурения.
Выбор оптимальных материалов для шарошки и зубка, которые обеспечили бы достаточно высокие показатели надежности и износостойкости, производился за счет применения напряженно-деформированного состояния к данным элементам. На основе результатов НДС для трехшарошечного долота III 269,9 ТКЗ-ЦГАУ были выбраны следующие материалы: твердый сплав ВК8 для зубков; сталь 20Х3МВФ для шарошек. Использование данных материалов обеспечит высокую надежность и длительную работоспособность долота.
- Проведен анализ существующих конструкций шарошечных долот, общих зависимостей при разрушении забоя шарошечными долотами, а также произведен патентно-информационный обзор с указанием всех достоинств и недостатков той или иной конструкции долот;
- Подготовлена твердотельная модель трехшарошечного долота с пошаговым объяснением процесса построения;
- Осуществлен расчет распределения осевой нагрузки по элементам долота;
- Произведен выбор оптимальных материалов для шарошки и зубка долота при определенных условиях эксплуатации;
- На основании полученной модели разработан сборочный чертеж долота, а также его деталировка;
- Рассмотрены основные принципы метода конечных элементов и предложен способ применения метода в моделировании процессов бурения.
Выбор оптимальных материалов для шарошки и зубка, которые обеспечили бы достаточно высокие показатели надежности и износостойкости, производился за счет применения напряженно-деформированного состояния к данным элементам. На основе результатов НДС для трехшарошечного долота III 269,9 ТКЗ-ЦГАУ были выбраны следующие материалы: твердый сплав ВК8 для зубков; сталь 20Х3МВФ для шарошек. Использование данных материалов обеспечит высокую надежность и длительную работоспособность долота.