Помощь студентам в учебе
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
СПОСОБОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН 11
1.1. Классификация и анализ гидродинамических способов бурения скважин 11
1.2. Выбор и обоснование перспективных направлений исследований по
повышению эффективности шароструйного бурения скважин 17
1.2.1.Обзор и анализ результатов исследований шароструйного способа бурения скважин 17
1.2.2. Выбор и обоснование конструкции шароструйно-эжекторного бурового
снаряда для эффективного разрушения твердых горных пород 25
1.2.3. Анализ факторов, определяющих эффективность шароструйного
бурения 34
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 54
ГЛАВА 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 57
2.1. Лабораторный стенд для исследования технологических процессов
шароструйного бурения 57
2.2. Методика экспериментальных исследований при забурке скважины с
образованием криволинейного забоя 63
2.3. Методика проведения высокоскоростной съемки 64
2.4. Методика проведения экспериментов при бурении с расхаживанием
бурового снаряда 65
2.5. Методика определения параметров струйных аппаратов 67
2.6. Методика статистической обработки результатов исследований 67
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 68
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЫХ СНАРЯДОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ 70
3.1. Экспериментальные исследования влияния технологических параметров
режима на эффективность шароструйного бурения 71
3.2. Исследование влияния геометрических параметров бурового снаряда на
эффективность шароструйного бурения 87
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 99
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА
ШАРОСТРУЙНО-ЭЖЕКТОРНЫХ БУРОВЫХ СНАРЯДОВ 103
4.1. Разработка физической модели шароструйного способа бурения скважин
103
4.2. Расчет процессов шароструйного бурения в оптимальном режиме разрушения горных пород 109
4.3. Расчет процессов шароструйного бурения в усталостном режиме разрушения горных пород 116
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 117
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ 119
5.1. Шароструйно-эжекторный буровой снаряд 119
5.2. Технологическая схема шароструйного бурения с расхаживанием
бурового снаряда 120
5.3. Технологическая схема шароструйного бурения с улавливюще-
подпитывающим устройством 122
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130
Приложение 1. Акт внедрения в Томский филиал ООО «Аверс-1» 142
Приложение 2. Акт передачи в ООО «Томская комплексная геологоразведочная экспедиция»
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
СПОСОБОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН 11
1.1. Классификация и анализ гидродинамических способов бурения скважин 11
1.2. Выбор и обоснование перспективных направлений исследований по
повышению эффективности шароструйного бурения скважин 17
1.2.1.Обзор и анализ результатов исследований шароструйного способа бурения скважин 17
1.2.2. Выбор и обоснование конструкции шароструйно-эжекторного бурового
снаряда для эффективного разрушения твердых горных пород 25
1.2.3. Анализ факторов, определяющих эффективность шароструйного
бурения 34
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 54
ГЛАВА 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 57
2.1. Лабораторный стенд для исследования технологических процессов
шароструйного бурения 57
2.2. Методика экспериментальных исследований при забурке скважины с
образованием криволинейного забоя 63
2.3. Методика проведения высокоскоростной съемки 64
2.4. Методика проведения экспериментов при бурении с расхаживанием
бурового снаряда 65
2.5. Методика определения параметров струйных аппаратов 67
2.6. Методика статистической обработки результатов исследований 67
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 68
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЫХ СНАРЯДОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ 70
3.1. Экспериментальные исследования влияния технологических параметров
режима на эффективность шароструйного бурения 71
3.2. Исследование влияния геометрических параметров бурового снаряда на
эффективность шароструйного бурения 87
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 99
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА
ШАРОСТРУЙНО-ЭЖЕКТОРНЫХ БУРОВЫХ СНАРЯДОВ 103
4.1. Разработка физической модели шароструйного способа бурения скважин
103
4.2. Расчет процессов шароструйного бурения в оптимальном режиме разрушения горных пород 109
4.3. Расчет процессов шароструйного бурения в усталостном режиме разрушения горных пород 116
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 117
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ 119
5.1. Шароструйно-эжекторный буровой снаряд 119
5.2. Технологическая схема шароструйного бурения с расхаживанием
бурового снаряда 120
5.3. Технологическая схема шароструйного бурения с улавливюще-
подпитывающим устройством 122
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130
Приложение 1. Акт внедрения в Томский филиал ООО «Аверс-1» 142
Приложение 2. Акт передачи в ООО «Томская комплексная геологоразведочная экспедиция»
Актуальность. В мировой практике бурения скважин прослеживается тенденция к возрастанию объема бурения геологоразведочных, водозаборных, сейсмических, геотермальных и др. скважин в твердых и крепких горных породах. Бурение в таких породах характеризуется низкой механической скоростью бурения и проходкой на долото. Повышение эффективности бурения в крепких горных породах может быть реализовано за счет разработки новых материалов и новых конструктивных решений для породоразрушающего инструмента (ПРИ), разрушающего горную породу механическим способом. Несмотря на постоянное совершенствование ПРИ, бурение механическими способами в крепких горных породах остается не достаточно эффективным.
Необходимо отметить, что при проведении геологической разведки как на твердые, так и на жидкие полезные ископаемые , по условиям методики разведки необходимо бурить достаточно большие объемы скважин диаметром породоразрушающего инструмента 130-150 мм и более в горных породах X-XII категории по буримости. Однако традиционно применяемый алмазный породоразрушающий инструмент серийно выпускается до диаметра 76-93 мм. ПРИ большего диаметра имеет высокую стоимость и выполняется штучно.
Поэтому актуальность приобретают разработки альтернативных способов разрушения крепких горных пород. По мнению ряда авторов одним из наиболее перспективных является гидродинамический способ разрушения горных пород, осуществляемый высокоскоростной струей жидкости. Данным способом на забой скважины можно передавать значительные мощности , при этом скорость бурения и проходка на долото могут возрастать в кратное число раз. Кроме того, этот способ легко вписывается в существующую технологию бурения механическими способами, при которой для очистки скважины от шлама на забой подается промывочная жидкость. Однако гидродинамический способ в неизменном виде мало перспективен для бурения скважин в крепких горных породах.
Шароструйный способ бурения скважин, заключающийся в разрушении горных пород ударами высокоскоростных шаров, непрерывно циркулирующих в призабойной зоне скважины, позволит решить ряд технических и технологических проблем, возникающих при реализации гидродинамического способа разрушения горных пород.
Исследованием шароструйного способа бурения занимались А.В. Васильев, А.Н. Давиденко, Л.С. Дербенев, О.Л. Дербенева, А.В. Дугарцыренов, С.А. Заурбеков, Т.Н. Зубкова, А.А. Игнатов, В.П. Коротков, М.М. Майлибаев, М.Н. Нурлыбаев, Н.Т. Туякбаев, А.Б. Уваков, А.В. Штрассер, J.M. Camp, F.W. Cole, F.H. Бейу, 1.Е. Eckel, A.B. Hildebrandt, L.W. Ledgerwood, A.W. McCray, E.M. McNatt, J.E. Ortloff, G.H. Ramsey, M. Roth, P.S. Williams и др.
Несмотря на то, что первые работы по исследованию шароструйного способа бурения были выполнены в середине XX века, до настоящего времени данный способ не получил широкого внедрения из-за недостаточного уровня его теоретической и экспериментальной проработки.
Разработанные методики расчета оптимальных геометрических параметров шароструйно-эжекторных буровых снарядов и рациональных технологических параметров режима бурения являются разрозненными и часто противоречивыми. Также следует отметить высокую трудоемкость, низкую надежность и значительные потери времени на спуско-подъемные операции при проведении полевых работ.
Учитывая вышеизложенное, разработка новых технических средств, методик расчета оптимальных геометрических параметров буровых снарядов и рациональных технологических параметров режима шароструйного бурения является на сегодняшний день актуальной и требующей решения задачей.
Цель работы.
Основной целью работы является систематизация, расширение и углубление знаний в области повышения эффективности шароструйного бурения в твердых и крепких горных породах за счет разработки новых технических средств, методик расчета оптимальных геометрических параметров буровых снарядов и рациональных технологических параметров режима бурения.
Идея работы состоит в научном обосновании рациональных конструкций буровых снарядов и разработке методики инженерного расчета технологических параметров шароструйного бурения, обеспечивающих высокую эффективность разрушения горных пород.
Предметом данного исследования являются призабойные процессы шароструйного бурения, определяющие эффективность сооружения скважин в крепких горных породах.
Задачи исследования.
Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• анализ гидродинамических способов разрушения горных пород с целью выявления наиболее перспективного для бурения скважин в твердых и крепких горных породах;
• обзор и анализ результатов исследований шароструйного способа бурения скважин;
• обоснование принципиальной конструкции шароструйноэжекторного бурового снаряда, обеспечивающего высокую эффективность бурения в твердых и крепких горных породах;
• выбор и обоснование методов исследований технологических процессов шароструйного бурения;
• экспериментальные исследования влияния геометрических параметров бурового снаряда и технологических параметров режима бурения на эффективность шароструйного бурения;
• разработка методики инженерного расчета геометрических параметров буровых снарядов и технологических параметров режима бурения;
• разработка технических средств и технологических схем для повышения эффективности шароструйного бурения.
Методика исследований. Для решения поставленных задач приняты следующие методы исследований:
• обобщение, систематизация и анализ литературных источников;
• комплекс теоретических и экспериментальных исследований;
• статистическая обработка результатов исследований.
Статистическая обработка и анализ полученных результатов проводились в программах MS Excell, Statistika, Measure Dynamics. Основное содержание работы изложено в программе MS Word.
Личный вклад автора состоит в обзоре и анализе литературных источников по тематике шароструйного бурения; в обосновании конструкции шароструйно-эжекторных долот для бурения в крепких горных породах; в участии при разработке лабораторного стенда и проведении экспериментальных исследований; в разработке методики исследований; в планировании и обработке экспериментальных данных; в участии при разработке конструкций забойных шаропитателей.
В работе защищаются следующие научные положения:
1. В основе конструкции шароструйно-эжекторного бурового снаряда должен лежать струйный аппарат с соплом, камерой смешения цилиндрической формы, коническим диффузором с их последовательным осевым расположением. Высокая эффективность шароструйного бурения, определяемая механической скоростью, достигается рациональной и научно обоснованной координацией технологических параметров и основных геометрических размеров бурового снаряда.
2. Поддержание требуемого диаметра скважины при бурении шароструйно-эжекторным снарядом обеспечивается при минимальных расстоянии между долотом и забоем и периодичности расхаживания, а также сохранении следующих соотношений геометрических параметров бурового снаряда: «рД = 10°,dKc = 2,2 • dm, DCKB - d^A = (1,1 + 1,2) • dm.
3. Разработанная физическая модель шароструйного способа бурения создает научно-методическую основу для методики инженерного расчета технологических процессов в различных геолого-технических условиях, которая позволяет на этапе проектирования определять оптимальные режимные параметры, а также производить выбор необходимого технологического оборудования.
Научная новизна. В процессе исследований получены следующие результаты, имеющие научную новизну:
1. впервые доказана принципиальная возможность повышения эффективности шароструйного бурения в крепких горных породах за счет точной координации оптимальных технологических процессов и рациональной конструкции элементов бурового снаряда;
2. впервые выполнена высокоскоростная съемка для исследования быстропротекающих процессов шароструйного бурения, позволившая разработать физическую модель шароструйного способа бурения скважин;
3. выявлена зависимость эффективности шароструйного бурения от высоты технологических окон, расстояния между выходным сечением сопла и верхним срезом технологических окон, угла конусности задерживающего устройства;
4. установлена взаимосвязь геометрических параметров скважины с периодичностью расхаживания бурового снаряда;
5. выявлены и диагностированы причины заклинивания шаров в затрубном пространстве бурового снаряда под задерживающим устройством;
6. впервые установлена необходимость включения в состав компоновки низа бурильной колонны улавливающе-подпитывающего устройства, позволяющего заменять изношенные шары новыми, доставлять шары на забой и поднимать их из скважины вместе с буровым снарядом.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена значительным объемом экспериментальных исследований, высокой степенью сходимости их результатов и воспроизводимостью полученных данных; использованием для исследования призабойных процессов шароструйного бурения современных методик и технических средств, в том числе высокоскоростной съемки, а также компьютерных программ при обработке результатов экспериментов при бурении различных образцов горных пород.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований получена необходимая информация для разработки технологии и техники шароструйного бурения скважин:
1. разработан лабораторный стенд для исследования технологических процессов шароструйного бурения;
2. разработана и предложена для практического использования методика инженерного расчета шароструйно-эжекторных буровых снарядов;
3. разработаны технические средства для шароструйного бурения скважин в твердых и крепких горных породах.
Реализация результатов исследований:
1. результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к внедрению в Томский филиал ООО «Аверс-1» и ООО «Томская комплексная геологоразведочная экспедиция», что подтверждено соответствующими актами (прил. 1 и 2);
2. теоретические и практические результаты выполненных исследований реализованы в полученном патенте на полезную модель РФ [70];
3. полученные результаты используются при проведении учебных занятий в Национальном исследовательском Томском политехническом университете по дисциплинам: «Буровые станки. Бурение скважин», «Бурение скважин», «Буровые машины и механизмы».
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры бурения скважин НИ ТПУ; в докладах на XIIXVIII Международных научных симпозиумах имени академика М.А. Усова студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоении недр» (Томск, ТПУ, 2008-2014); на Всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин» (Томск, ТПУ, 2009, 2014), на Международной конференции
«Севергеотех-2015» (Ухта, 2015); на совместном научном семинаре кафедры бурения скважин НИ ТПУ и кафедры технологии и техники разведки СФУ (Красноярск, 2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 3 в журналах из списка ВАК; основные технические и технологические решения защищены 1 патентом на полезную модель.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 115 наименования; содержит 143 страницы машинописного текста, 61 рисунок, 19 таблиц и 1 приложение.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. Рябчикову С.Я. за постоянную методическую помощь и консультации. Особую признательность автор выражает д.т.н. Крауиньш П.Я., к.т.н. Горбенко М.В., к.т.н. Веревкину А.В., доценту Самохвалову М.А., инженеру Алиеву Р.К., ведущему инженеру Нефтеюганского филиала ООО "РН- Бурение" Столярову Р.В., а также студентам Алиеву Ф.Р., Якушеву Д.А., Яцкив А.М., Горбенко В.М., Исаеву Е.Д. за постоянную помощь при выполнении работы и обсуждении ее результатов.
Необходимо отметить, что при проведении геологической разведки как на твердые, так и на жидкие полезные ископаемые , по условиям методики разведки необходимо бурить достаточно большие объемы скважин диаметром породоразрушающего инструмента 130-150 мм и более в горных породах X-XII категории по буримости. Однако традиционно применяемый алмазный породоразрушающий инструмент серийно выпускается до диаметра 76-93 мм. ПРИ большего диаметра имеет высокую стоимость и выполняется штучно.
Поэтому актуальность приобретают разработки альтернативных способов разрушения крепких горных пород. По мнению ряда авторов одним из наиболее перспективных является гидродинамический способ разрушения горных пород, осуществляемый высокоскоростной струей жидкости. Данным способом на забой скважины можно передавать значительные мощности , при этом скорость бурения и проходка на долото могут возрастать в кратное число раз. Кроме того, этот способ легко вписывается в существующую технологию бурения механическими способами, при которой для очистки скважины от шлама на забой подается промывочная жидкость. Однако гидродинамический способ в неизменном виде мало перспективен для бурения скважин в крепких горных породах.
Шароструйный способ бурения скважин, заключающийся в разрушении горных пород ударами высокоскоростных шаров, непрерывно циркулирующих в призабойной зоне скважины, позволит решить ряд технических и технологических проблем, возникающих при реализации гидродинамического способа разрушения горных пород.
Исследованием шароструйного способа бурения занимались А.В. Васильев, А.Н. Давиденко, Л.С. Дербенев, О.Л. Дербенева, А.В. Дугарцыренов, С.А. Заурбеков, Т.Н. Зубкова, А.А. Игнатов, В.П. Коротков, М.М. Майлибаев, М.Н. Нурлыбаев, Н.Т. Туякбаев, А.Б. Уваков, А.В. Штрассер, J.M. Camp, F.W. Cole, F.H. Бейу, 1.Е. Eckel, A.B. Hildebrandt, L.W. Ledgerwood, A.W. McCray, E.M. McNatt, J.E. Ortloff, G.H. Ramsey, M. Roth, P.S. Williams и др.
Несмотря на то, что первые работы по исследованию шароструйного способа бурения были выполнены в середине XX века, до настоящего времени данный способ не получил широкого внедрения из-за недостаточного уровня его теоретической и экспериментальной проработки.
Разработанные методики расчета оптимальных геометрических параметров шароструйно-эжекторных буровых снарядов и рациональных технологических параметров режима бурения являются разрозненными и часто противоречивыми. Также следует отметить высокую трудоемкость, низкую надежность и значительные потери времени на спуско-подъемные операции при проведении полевых работ.
Учитывая вышеизложенное, разработка новых технических средств, методик расчета оптимальных геометрических параметров буровых снарядов и рациональных технологических параметров режима шароструйного бурения является на сегодняшний день актуальной и требующей решения задачей.
Цель работы.
Основной целью работы является систематизация, расширение и углубление знаний в области повышения эффективности шароструйного бурения в твердых и крепких горных породах за счет разработки новых технических средств, методик расчета оптимальных геометрических параметров буровых снарядов и рациональных технологических параметров режима бурения.
Идея работы состоит в научном обосновании рациональных конструкций буровых снарядов и разработке методики инженерного расчета технологических параметров шароструйного бурения, обеспечивающих высокую эффективность разрушения горных пород.
Предметом данного исследования являются призабойные процессы шароструйного бурения, определяющие эффективность сооружения скважин в крепких горных породах.
Задачи исследования.
Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• анализ гидродинамических способов разрушения горных пород с целью выявления наиболее перспективного для бурения скважин в твердых и крепких горных породах;
• обзор и анализ результатов исследований шароструйного способа бурения скважин;
• обоснование принципиальной конструкции шароструйноэжекторного бурового снаряда, обеспечивающего высокую эффективность бурения в твердых и крепких горных породах;
• выбор и обоснование методов исследований технологических процессов шароструйного бурения;
• экспериментальные исследования влияния геометрических параметров бурового снаряда и технологических параметров режима бурения на эффективность шароструйного бурения;
• разработка методики инженерного расчета геометрических параметров буровых снарядов и технологических параметров режима бурения;
• разработка технических средств и технологических схем для повышения эффективности шароструйного бурения.
Методика исследований. Для решения поставленных задач приняты следующие методы исследований:
• обобщение, систематизация и анализ литературных источников;
• комплекс теоретических и экспериментальных исследований;
• статистическая обработка результатов исследований.
Статистическая обработка и анализ полученных результатов проводились в программах MS Excell, Statistika, Measure Dynamics. Основное содержание работы изложено в программе MS Word.
Личный вклад автора состоит в обзоре и анализе литературных источников по тематике шароструйного бурения; в обосновании конструкции шароструйно-эжекторных долот для бурения в крепких горных породах; в участии при разработке лабораторного стенда и проведении экспериментальных исследований; в разработке методики исследований; в планировании и обработке экспериментальных данных; в участии при разработке конструкций забойных шаропитателей.
В работе защищаются следующие научные положения:
1. В основе конструкции шароструйно-эжекторного бурового снаряда должен лежать струйный аппарат с соплом, камерой смешения цилиндрической формы, коническим диффузором с их последовательным осевым расположением. Высокая эффективность шароструйного бурения, определяемая механической скоростью, достигается рациональной и научно обоснованной координацией технологических параметров и основных геометрических размеров бурового снаряда.
2. Поддержание требуемого диаметра скважины при бурении шароструйно-эжекторным снарядом обеспечивается при минимальных расстоянии между долотом и забоем и периодичности расхаживания, а также сохранении следующих соотношений геометрических параметров бурового снаряда: «рД = 10°,dKc = 2,2 • dm, DCKB - d^A = (1,1 + 1,2) • dm.
3. Разработанная физическая модель шароструйного способа бурения создает научно-методическую основу для методики инженерного расчета технологических процессов в различных геолого-технических условиях, которая позволяет на этапе проектирования определять оптимальные режимные параметры, а также производить выбор необходимого технологического оборудования.
Научная новизна. В процессе исследований получены следующие результаты, имеющие научную новизну:
1. впервые доказана принципиальная возможность повышения эффективности шароструйного бурения в крепких горных породах за счет точной координации оптимальных технологических процессов и рациональной конструкции элементов бурового снаряда;
2. впервые выполнена высокоскоростная съемка для исследования быстропротекающих процессов шароструйного бурения, позволившая разработать физическую модель шароструйного способа бурения скважин;
3. выявлена зависимость эффективности шароструйного бурения от высоты технологических окон, расстояния между выходным сечением сопла и верхним срезом технологических окон, угла конусности задерживающего устройства;
4. установлена взаимосвязь геометрических параметров скважины с периодичностью расхаживания бурового снаряда;
5. выявлены и диагностированы причины заклинивания шаров в затрубном пространстве бурового снаряда под задерживающим устройством;
6. впервые установлена необходимость включения в состав компоновки низа бурильной колонны улавливающе-подпитывающего устройства, позволяющего заменять изношенные шары новыми, доставлять шары на забой и поднимать их из скважины вместе с буровым снарядом.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена значительным объемом экспериментальных исследований, высокой степенью сходимости их результатов и воспроизводимостью полученных данных; использованием для исследования призабойных процессов шароструйного бурения современных методик и технических средств, в том числе высокоскоростной съемки, а также компьютерных программ при обработке результатов экспериментов при бурении различных образцов горных пород.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований получена необходимая информация для разработки технологии и техники шароструйного бурения скважин:
1. разработан лабораторный стенд для исследования технологических процессов шароструйного бурения;
2. разработана и предложена для практического использования методика инженерного расчета шароструйно-эжекторных буровых снарядов;
3. разработаны технические средства для шароструйного бурения скважин в твердых и крепких горных породах.
Реализация результатов исследований:
1. результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к внедрению в Томский филиал ООО «Аверс-1» и ООО «Томская комплексная геологоразведочная экспедиция», что подтверждено соответствующими актами (прил. 1 и 2);
2. теоретические и практические результаты выполненных исследований реализованы в полученном патенте на полезную модель РФ [70];
3. полученные результаты используются при проведении учебных занятий в Национальном исследовательском Томском политехническом университете по дисциплинам: «Буровые станки. Бурение скважин», «Бурение скважин», «Буровые машины и механизмы».
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры бурения скважин НИ ТПУ; в докладах на XIIXVIII Международных научных симпозиумах имени академика М.А. Усова студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоении недр» (Томск, ТПУ, 2008-2014); на Всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин» (Томск, ТПУ, 2009, 2014), на Международной конференции
«Севергеотех-2015» (Ухта, 2015); на совместном научном семинаре кафедры бурения скважин НИ ТПУ и кафедры технологии и техники разведки СФУ (Красноярск, 2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 3 в журналах из списка ВАК; основные технические и технологические решения защищены 1 патентом на полезную модель.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 115 наименования; содержит 143 страницы машинописного текста, 61 рисунок, 19 таблиц и 1 приложение.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. Рябчикову С.Я. за постоянную методическую помощь и консультации. Особую признательность автор выражает д.т.н. Крауиньш П.Я., к.т.н. Горбенко М.В., к.т.н. Веревкину А.В., доценту Самохвалову М.А., инженеру Алиеву Р.К., ведущему инженеру Нефтеюганского филиала ООО "РН- Бурение" Столярову Р.В., а также студентам Алиеву Ф.Р., Якушеву Д.А., Яцкив А.М., Горбенко В.М., Исаеву Е.Д. за постоянную помощь при выполнении работы и обсуждении ее результатов.
В работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических процессов шароструйного бурения с использованием современных методических средств и программного компьютерного сопровождения. На основании большого объема выполненных экспериментальных исследований разработаны технические средства, методика инженерного расчета процессов шароструйного бурения, что является существенным вкладом в решение задачи повышения его эффективности. Основные выводы, научные и практические результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:
• при бурении скважин в твердых и крепких горных породах наиболее перспективным является гидромониторно-ударный способ, реализуемый с помощью шароструйно-эжекторных буровых снарядов;
• обоснована конструкция ШЭБС для эффективного бурения в твердых и крепких горных породах;
• разработан оригинальный лабораторный стенд для исследования технологических процессов шароструйного бурения;
• на основании проведенных экспериментальных исследований разработаны рекомендации к проектированию оптимальных геометрических параметров шароструйно-эжекторных буровых снарядов, обеспечивающие разработку скважины до требуемого диаметра при минимальном расстоянии между долотом и забоем, высокие значения расхода и скорости движения шаров в буровом снаряде;
• впервые проведенная для исследований шароструйного способа бурения скважин высокоскоростная съемка позволила разработать физическую модель шароструйного способа бурения скважин;
• разработаны мероприятия для обеспечения эффективного выноса шлама из призабойной зоны скважины;
• исследована причина заклинивания шаров под задерживающим устройством, предложены способы для его предупреждения и ликвидации;
• разработана формула расчета оптимальной массы технологической порции шаров для бурения снарядами исследуемой конструкции;
• предложены для практического применения методики инженерного расчета шароструйного бурения в оптимальном и усталостном режимах разрушения горных пород, которые позволяют выбирать необходимое насосное оборудование и оптимальные режимы его работы;
• разработана конструкция шароструйно-эжекторного бурового снаряда для бурения в производственных условиях с возможностью оперативной смены наиболее изнашиваемых элементов;
• разработана технологическая схема шароструйного бурения с расхаживанием бурового снаряда;
• показана перспективность разработки датчика расхода шаров, установленного в корпусе камеры смешения бурового снаряда, для контроля процесса шароструйного бурения;
• доказана необходимость включения улавливающе-
подпитывающего устройства для повышения рейсовой скорости бурения;
• разработана конструкция забойного шаропитателя.
Данная работа, как и всякая из числа подобных исследований, не лишена недостатков и упущений, и безусловно не претендует на исчерпывающее освещение вопросов, связанных с шароструйным способом бурения скважин. В целях дальнейшего повышения эффективности шароструйного бурения и внедрения его в практику буровых работ необходимо продолжить исследовательские и опытно-конструкторские работы в следующих направлениях:
1. продолжить исследования механизма и энергоемкости разрушения горных пород ударами шаров, максимально приближая условия проведения экспериментов к реальным;
2. детально изучить энергетический вопрос с целью установления коэффициента полезного действия шароструйного бурения;
3. исследовать влияние различных типов промывочных жидкостей, в том числе добавок понизителей твердости, на эффективность шароструйного бурения;
4. разработать математическую модель процессов шароструйного бурения скважин, позволяющую рассчитывать ожидаемую механическую скорость бурения в различных геолого-технических условиях;
5. разработать мероприятия по повышению износостойкости ШЭБС;
6. разработать и испытать способы контроля над процессами шароструйного бурения скважин (в частности, счетчика расхода шаров);
7. разработать конструкцию улавливающе-подпитывающего устройства для снижения затрат времени на спуско-подъемные операции по замене изношенных шаров новыми;
8. выполнить исследования и опытно-конструкторские работы по решению проблемы наклонно-направленного бурения скважин с помощью ШЭБС.
• при бурении скважин в твердых и крепких горных породах наиболее перспективным является гидромониторно-ударный способ, реализуемый с помощью шароструйно-эжекторных буровых снарядов;
• обоснована конструкция ШЭБС для эффективного бурения в твердых и крепких горных породах;
• разработан оригинальный лабораторный стенд для исследования технологических процессов шароструйного бурения;
• на основании проведенных экспериментальных исследований разработаны рекомендации к проектированию оптимальных геометрических параметров шароструйно-эжекторных буровых снарядов, обеспечивающие разработку скважины до требуемого диаметра при минимальном расстоянии между долотом и забоем, высокие значения расхода и скорости движения шаров в буровом снаряде;
• впервые проведенная для исследований шароструйного способа бурения скважин высокоскоростная съемка позволила разработать физическую модель шароструйного способа бурения скважин;
• разработаны мероприятия для обеспечения эффективного выноса шлама из призабойной зоны скважины;
• исследована причина заклинивания шаров под задерживающим устройством, предложены способы для его предупреждения и ликвидации;
• разработана формула расчета оптимальной массы технологической порции шаров для бурения снарядами исследуемой конструкции;
• предложены для практического применения методики инженерного расчета шароструйного бурения в оптимальном и усталостном режимах разрушения горных пород, которые позволяют выбирать необходимое насосное оборудование и оптимальные режимы его работы;
• разработана конструкция шароструйно-эжекторного бурового снаряда для бурения в производственных условиях с возможностью оперативной смены наиболее изнашиваемых элементов;
• разработана технологическая схема шароструйного бурения с расхаживанием бурового снаряда;
• показана перспективность разработки датчика расхода шаров, установленного в корпусе камеры смешения бурового снаряда, для контроля процесса шароструйного бурения;
• доказана необходимость включения улавливающе-
подпитывающего устройства для повышения рейсовой скорости бурения;
• разработана конструкция забойного шаропитателя.
Данная работа, как и всякая из числа подобных исследований, не лишена недостатков и упущений, и безусловно не претендует на исчерпывающее освещение вопросов, связанных с шароструйным способом бурения скважин. В целях дальнейшего повышения эффективности шароструйного бурения и внедрения его в практику буровых работ необходимо продолжить исследовательские и опытно-конструкторские работы в следующих направлениях:
1. продолжить исследования механизма и энергоемкости разрушения горных пород ударами шаров, максимально приближая условия проведения экспериментов к реальным;
2. детально изучить энергетический вопрос с целью установления коэффициента полезного действия шароструйного бурения;
3. исследовать влияние различных типов промывочных жидкостей, в том числе добавок понизителей твердости, на эффективность шароструйного бурения;
4. разработать математическую модель процессов шароструйного бурения скважин, позволяющую рассчитывать ожидаемую механическую скорость бурения в различных геолого-технических условиях;
5. разработать мероприятия по повышению износостойкости ШЭБС;
6. разработать и испытать способы контроля над процессами шароструйного бурения скважин (в частности, счетчика расхода шаров);
7. разработать конструкцию улавливающе-подпитывающего устройства для снижения затрат времени на спуско-подъемные операции по замене изношенных шаров новыми;
8. выполнить исследования и опытно-конструкторские работы по решению проблемы наклонно-направленного бурения скважин с помощью ШЭБС.
Подобные работы
- Разработка и апробация математической модели шароструйного бурения скважин
Главы к дипломным работам, математика. Язык работы: Русский. Цена: 1200 р. Год сдачи: 2017 - Исследование технологических процессов шароструйного бурения наклоннонаправленных скважин
Главы к дипломным работам, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 1200 р. Год сдачи: 2017 - РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД УДАРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ СФЕРИЧЕСКИХ ТЕЛ
Бакалаврская работа, технология машиностроения. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016