📄Работа №200861
Тема: ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ АССИМЕТРИЧНЫХ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ПРОЦЕСС РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Геология и минералогия
Объем:
104 листов
Год:
2018
Просмотров:
80
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ АЛМАЗНОМ БУРЕНИИ И АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ 11
1.1 Анализ показателей эффективности алмазного бурения 11
1.2 Обзор исследований механики процесса разрушения горных пород при
приложении динамической нагрузки на забой 16
1.3 Обзор технических решений по совершенствованию процесса разрушения горных пород при приложении статической либо динамической нагрузки на забой
25
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 31
ПОСТАНОВКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ 32
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ПРИЛОЖЕНИИ ОСЕВЫХ И АССИМЕТРИЧНЫХ СТАТИЧЕСКИХ ЛИБО ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ЗАБОЙ 33
2.1 Исследование механики процесса разрушения твердых горных пород при
алмазном бурении 33
2.2 Исследование влияния ассиметричных динамических нагрузок на процесс
разрушения горной породы 42
2.3 Анализ влияния ассиметричной статической либо динамической нагрузки на
показатели эффективности алмазного бурения 47
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 51
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОЙ
ГОРНОЙ ПОРОДЫ 52
3.1 Описание этапов экспериментальных исследований 52
3.2 Методика экспериментальных исследований по опытному бурению блоков
горных пород 53
3.3 Методика экспериментальных исследований совокупного влияния величины
эксцентриситета и расстояния между точкой нанесения удара и забоем 57
3.4 Методика исследования моделей напряжения в буровом инструменте и горной
породе путем конечно-элементного анализа 59
РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 62
4.1 Анализ результатов экспериментальных исследований влияния величины эксцентриситета на механическую скорость бурения 62
4.2 Анализ результатов исследования совокупного влияния величины эксцентриситета и расстояния от точки нанесения удара до забоя на процесс
разрушения горных пород 68
4.3 Анализ распределения напряжений в буровом инструменте и на контакте с
горной породой методом конечных элементов 71
4.4 Статистическая оценка достоверности результатов экспериментальных
исследований 79
4.5 Возможные варианты реализации предложенной технологии 83
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 88
ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ АЛМАЗНОМ БУРЕНИИ И АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ 11
1.1 Анализ показателей эффективности алмазного бурения 11
1.2 Обзор исследований механики процесса разрушения горных пород при
приложении динамической нагрузки на забой 16
1.3 Обзор технических решений по совершенствованию процесса разрушения горных пород при приложении статической либо динамической нагрузки на забой
25
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 31
ПОСТАНОВКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ 32
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ПРИЛОЖЕНИИ ОСЕВЫХ И АССИМЕТРИЧНЫХ СТАТИЧЕСКИХ ЛИБО ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ЗАБОЙ 33
2.1 Исследование механики процесса разрушения твердых горных пород при
алмазном бурении 33
2.2 Исследование влияния ассиметричных динамических нагрузок на процесс
разрушения горной породы 42
2.3 Анализ влияния ассиметричной статической либо динамической нагрузки на
показатели эффективности алмазного бурения 47
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 51
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОЙ
ГОРНОЙ ПОРОДЫ 52
3.1 Описание этапов экспериментальных исследований 52
3.2 Методика экспериментальных исследований по опытному бурению блоков
горных пород 53
3.3 Методика экспериментальных исследований совокупного влияния величины
эксцентриситета и расстояния между точкой нанесения удара и забоем 57
3.4 Методика исследования моделей напряжения в буровом инструменте и горной
породе путем конечно-элементного анализа 59
РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 62
4.1 Анализ результатов экспериментальных исследований влияния величины эксцентриситета на механическую скорость бурения 62
4.2 Анализ результатов исследования совокупного влияния величины эксцентриситета и расстояния от точки нанесения удара до забоя на процесс
разрушения горных пород 68
4.3 Анализ распределения напряжений в буровом инструменте и на контакте с
горной породой методом конечных элементов 71
4.4 Статистическая оценка достоверности результатов экспериментальных
исследований 79
4.5 Возможные варианты реализации предложенной технологии 83
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 88
📖 Аннотация
В данной диссертационной работе исследуется проблема повышения эффективности алмазного бурения геологоразведочных скважин на основе комплексного анализа влияния асимметричных статических и динамических нагрузок на процесс разрушения горных пород. Актуальность исследования обусловлена необходимостью преодоления существующих технологических ограничений, таких как нерациональные энергозатраты, повышенный износ инструмента и неконтролируемое искривление ствола, которые препятствуют полной реализации потенциала данного высокопроизводительного способа проходки. Основные выводы работы заключаются в том, что ключевым резервом повышения скорости углубки является неодинаковая эффективность резцов, расположенных на разном расстоянии от оси вращения, а приложение асимметричной нагрузки позволяет выровнять и увеличить глубину их поражения по кольцевой площади забоя. Установлено, что данный подход также снижает интенсивность естественного искривления скважин за счет регулярного смещения центра вращения инструмента, что исключает возникновение ориентированного изгиба бурильной колонны. Научная значимость работы заключается в развитии механики разрушения горных пород при сложнонапряженном воздействии, а практическая – в предложении базовой модели породоразрушающего инструмента, позволяющей оптимизировать параметры эксцентриситета и точки приложения нагрузки, и в рекомендации по увеличению зернистости периферийных алмазных резцов для роста количества режущих кромок. Теоретической основой исследования послужили работы Г.В. Арцимовича по механофизическим основам создания бурового инструмента, Е.В. Александрова по теории ударных систем, О.Д. Алимова по закономерностям вращательно-ударного бурения, а также Ю.П. Адлера по методологии планирования эксперимента.
📖 Введение
Актуальность. Алмазное бурение считается одним из наиболее перспективных и производительных способов проходки геологоразведочных скважин на сегодняшний день. Вместе с тем, существуют особенности конструктивного исполнения алмазного породоразрушающего инструмента, не позволяющие максимально реализовать потенциал скорости углубки забоя данным способом.
Механика процесса разрушения горной породы зависит от её физикомеханических свойств и характера взаимодействия резцов породоразрушающего инструмента с забоем. По этой причине процесс бурения может осложняться такими явлениями, как увеличение нерациональных затрат энергии, повышенный износ породоразрушающего инструмента, а также отклонение оси ствола скважины от заданного направления. Таким образом, эффективность алмазного бурения определяется не только скоростью углубки забоя, но и ресурсом бурового инструмента, оптимальными энергозатратами, а также интенсивностью естественного искривления стволов скважин.
Снижение ресурса породоразрушающего инструмента обусловлено механизмом его взаимодействия с горной породой, результатом которого является постоянный контакт породоразрушающих элементов с частицами разрушенной горной породы, нагрев матрицы инструмента, естественные колебания нижней части снаряда.
Интенсивность искривления ствола скважины вызвана отклоняющим усилием, возникающим в результате ориентированного изгиба компоновки нижней части колонны бурильных труб. Повышенное энергопотребление объясняется высоким коэффициентом трения между колонной бурильных труб и стенкой скважины, нерациональным сочетанием параметров режима бурения, неправильно выбранным буровым инструментом.
Таким образом, рост эффективности алмазного бурения, достигаемый без повышенных затрат энергии и ресурса, связан со снижением интенсивности износа бурового инструмента и искривления ствола скважины, а также уменьшением
5 энергоемкости процесса разрушения горной породы за счет оптимального распределения удельной нагрузки на забое, например, за счет приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
Изучение механики забойных процессов, в том числе и при бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой, позволит разработать эффективную технологию для комплексной реализации потенциала алмазного бурения. Повышение эффективности алмазного бурения, разработка новых и усовершенствование существующих технологий разрушения горных пород является актуальной задачей в современных условиях проведения буровых работ.
Поиск новых способов повышения производительности и качества буровых работ без увеличения затрачиваемой энергии и ресурса породоразрушающего инструмента путем модернизации технологии алмазного бурения имеет важное научное и практическое значение.
Цель работы. Повышение эффективности алмазного бурения.
Идея работы. Совершенствование технологии алмазного бурения на основе реализации метода приложения ассиметричной статической и динамической нагрузки на забой.
Объект исследования. Эффективность работы алмазных резцов в зависимости от их радиального расположения.
Предмет исследования. Влияние ассиметричной статической либо динамической нагрузки на процесс разрушения горных пород алмазным породоразрушающим инструментом.
Основные задачи исследования:
1. Анализ показателей эффективности алмазного бурения.
2. Обзор исследований процесса разрушения горных пород при приложении динамической нагрузки на забой.
3. Обзор технических решений по совершенствованию процесса разрушения горных пород при приложении динамической нагрузки на забой.
4. Исследование механики работы резцов при алмазном бурении, в том числе и с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
5. Проведение экспериментальных исследований процесса разрушения горных пород при приложении ассиметричной динамической нагрузки на забой.
6. Исследование влияния приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой на показатели эффективности алмазного бурения.
7. Разработка технологии алмазного бурения с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой, в том числе и за счет создания технических средств, реализующих предложенную технологию.
Методика исследования. Для решения поставленных задач выбраны следующие методы исследований:
• сбор, анализ и обобщение литературных источников;
• аналитическое исследование механики разрушения твердых горных пород при алмазном бурения с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой;
• комплекс экспериментальных исследований;
• инженерно-компьютерное моделирование с использованием конечноэлементного анализа;
• обработка, оценка достоверности и анализ результатов исследований.
Личный вклад автора состоит: в постановке и реализации цели и задач диссертационного исследования; в составлении обзора и анализе основных положений механики разрушения твердых горных пород; обзоре и анализе близких по тематике технических решений; в исследовании особенностей механики разрушения горных пород при приложении осевой и ассиметричной нагрузки на забой; в уточнении зависимостей, определяющих теоретическую модель формирования забоя при приложении динамической нагрузки на забой; в планировании и реализации экспериментальных исследований, анализе и статистической оценке достоверности их результатов; в участии при разработке
7
технологии и технических средств, реализующих приложение ассиметричной
статической либо динамической нагрузки на забой.
В работе защищаются следующие научные положения.
1. Резерв повышения скорости углубки забоя при бурении алмазным породоразрушающим инструментом обусловлен неодинаковой эффективностью процесса разрушения горной породы разноудаленными от оси вращения резцами. Эффективность алмазного бурения обеспечивается интенсификацией работы резцов, расположенных на внешних радиальных окружностях торца породоразрушающего инструмента за счет повышения либо оптимального распределения удельной нагрузки.
2. Интенсификация работы резцов, расположенных на внешних радиальных окружностях торца алмазного породоразрушающего инструмента, может быть достигнута за счет приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки. Повышение скорости углубки забоя достигается путем увеличения глубины внедрения резцов в породу на периферии торца инструмента за счет оптимизации сочетания усилий резания-скалывания и осевого.
3. Приложение ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой способствует улучшению показателей эффективности алмазного бурения за счет оптимизации движения нижней части бурильной колонны. Разрушающие напряжения в горной породе обусловлены величиной прилагаемой нагрузки и расстоянием от точки ее приложения до забоя.
Научная новизна работы.
1. Выявлены основные закономерности повышения эффективности процесса разрушения горных пород при изменении характера приложения статической либо динамической нагрузки на забое на ассиметричную.
2. Аналитически и экспериментально обосновано явление уменьшения
энергоемкости процесса разрушения твердых горных пород, снижения интенсивности искривления ствола скважины и износа
породоразрушающего инструмента при бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
3. Исследована зависимость, характеризующая влияние параметра удельной нагрузки на механику процесса разрушения и позволяющая выявить наиболее перспективные направления совершенствования алмазного бурения.
4. Аналитически и экспериментально исследованы зависимости величин напряжений, возникающих в буровом инструменте при различных значениях смещения точки приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем теоретических и достаточным объемом экспериментальных исследований, близкой сходимостью их результатов и воспроизводимостью данных при повторных исследованиях. Статистическая оценка результатов экспериментальных исследований показала, что погрешность составляет не более 5 %.
Практическая ценность и реализация работы заключается в разработке эффективной технологии алмазного бурения, способствующей повышению производительности процесса разрушения горных пород, а также в создании технических средств, позволяющих реализовать предложенную технологию. Результаты работы могут найти применение при производстве буровых работ, а также в учебном процессе при подготовке студентов горно-геологических специальностей.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей, из которых 6 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ, одна статья - в зарубежном журнале. Подготовлена заявка на изобретение.
Апробация исследований. Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на научно-технических конференциях института недропользования ИРНИТУ (г. Иркутск, ИРНИТУ, 2012, 2013, 2014, 2015 гг.); XIX Международном симпозиуме студентов, молодых ученых имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, ТПУ, 2014 г.); научном докладе на
расширенном заседании кафедры современных технологий бурения скважин МГРИ РГГРУ имени Серго Орджоникидзе (г. Москва, 2015 г.); научном семинаре кафедры бурения скважин Института природных ресурсов ФГАОУ ВО НИ ТПУ (г. Томск, 2015 г.); научных семинарах кафедры нефтегазового дела Института недропользования ФГБОУ ВО ИРНИТУ (г. Иркутск, 2016, 2018 гг.).
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка литературы из 98 наименований. Работа изложена на 97 страницах машинописного текста, включает 33 рисунка и 11 таблиц.
Во введении изложена общая характеристика работы, раскрыта основная цель, обоснована актуальность и практическая значимость диссертационного исследования, изложены защищаемые положения и научная новизна.
В первой главе проанализированы показатели эффективности алмазного бурения; представлены обзор исследований механики разрушения горных пород при приложении динамической нагрузки на забой; обзор технических решений по совершенствованию буровых работы при приложении динамической нагрузки на забой; определены задачи диссертационного исследования.
Во второй главе проведено аналитическое исследование механики разрушения твердых пород при алмазном бурении; проанализирован механизм углубки породоразрушающего инструмента в горную породу при осевом и ассиметричном приложении статической либо динамической нагрузки на забой; теоретически обоснован механизм повышения показателей эффективности алмазного бурения.
В третьей главе изложены методики экспериментальных исследований процесса разрушения горной породы при приложении ассиметричной динамической нагрузки на забой.
В четвертой главе представлен анализ результатов экспериментальных исследований, произведена статистическая оценка достоверности их результатов, описаны возможные варианты реализации предложенной технологии.
В заключении обобщены результаты исследований, выполненных в соответствии с поставленными задачами, решение которых обеспечило
10
достижение цели диссертационной работы. Поставлены задачи дальнейших
исследований.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Павлу Сергеевичу Пушмину за постоянную методическую помощь и консультации; особую благодарность доктору технических наук, профессору Вячеславу Васильевичу Нескоромных за оказанную поддержку, рекомендации и замечания; искреннюю признательность кандидату технических наук, заведующему кафедрой нефтегазового дела ИРНИТУ Буглову Николаю Александровичу за оказанную помощь и содействие в подготовке защиты диссертации.
Механика процесса разрушения горной породы зависит от её физикомеханических свойств и характера взаимодействия резцов породоразрушающего инструмента с забоем. По этой причине процесс бурения может осложняться такими явлениями, как увеличение нерациональных затрат энергии, повышенный износ породоразрушающего инструмента, а также отклонение оси ствола скважины от заданного направления. Таким образом, эффективность алмазного бурения определяется не только скоростью углубки забоя, но и ресурсом бурового инструмента, оптимальными энергозатратами, а также интенсивностью естественного искривления стволов скважин.
Снижение ресурса породоразрушающего инструмента обусловлено механизмом его взаимодействия с горной породой, результатом которого является постоянный контакт породоразрушающих элементов с частицами разрушенной горной породы, нагрев матрицы инструмента, естественные колебания нижней части снаряда.
Интенсивность искривления ствола скважины вызвана отклоняющим усилием, возникающим в результате ориентированного изгиба компоновки нижней части колонны бурильных труб. Повышенное энергопотребление объясняется высоким коэффициентом трения между колонной бурильных труб и стенкой скважины, нерациональным сочетанием параметров режима бурения, неправильно выбранным буровым инструментом.
Таким образом, рост эффективности алмазного бурения, достигаемый без повышенных затрат энергии и ресурса, связан со снижением интенсивности износа бурового инструмента и искривления ствола скважины, а также уменьшением
5 энергоемкости процесса разрушения горной породы за счет оптимального распределения удельной нагрузки на забое, например, за счет приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
Изучение механики забойных процессов, в том числе и при бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой, позволит разработать эффективную технологию для комплексной реализации потенциала алмазного бурения. Повышение эффективности алмазного бурения, разработка новых и усовершенствование существующих технологий разрушения горных пород является актуальной задачей в современных условиях проведения буровых работ.
Поиск новых способов повышения производительности и качества буровых работ без увеличения затрачиваемой энергии и ресурса породоразрушающего инструмента путем модернизации технологии алмазного бурения имеет важное научное и практическое значение.
Цель работы. Повышение эффективности алмазного бурения.
Идея работы. Совершенствование технологии алмазного бурения на основе реализации метода приложения ассиметричной статической и динамической нагрузки на забой.
Объект исследования. Эффективность работы алмазных резцов в зависимости от их радиального расположения.
Предмет исследования. Влияние ассиметричной статической либо динамической нагрузки на процесс разрушения горных пород алмазным породоразрушающим инструментом.
Основные задачи исследования:
1. Анализ показателей эффективности алмазного бурения.
2. Обзор исследований процесса разрушения горных пород при приложении динамической нагрузки на забой.
3. Обзор технических решений по совершенствованию процесса разрушения горных пород при приложении динамической нагрузки на забой.
4. Исследование механики работы резцов при алмазном бурении, в том числе и с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
5. Проведение экспериментальных исследований процесса разрушения горных пород при приложении ассиметричной динамической нагрузки на забой.
6. Исследование влияния приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой на показатели эффективности алмазного бурения.
7. Разработка технологии алмазного бурения с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой, в том числе и за счет создания технических средств, реализующих предложенную технологию.
Методика исследования. Для решения поставленных задач выбраны следующие методы исследований:
• сбор, анализ и обобщение литературных источников;
• аналитическое исследование механики разрушения твердых горных пород при алмазном бурения с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой;
• комплекс экспериментальных исследований;
• инженерно-компьютерное моделирование с использованием конечноэлементного анализа;
• обработка, оценка достоверности и анализ результатов исследований.
Личный вклад автора состоит: в постановке и реализации цели и задач диссертационного исследования; в составлении обзора и анализе основных положений механики разрушения твердых горных пород; обзоре и анализе близких по тематике технических решений; в исследовании особенностей механики разрушения горных пород при приложении осевой и ассиметричной нагрузки на забой; в уточнении зависимостей, определяющих теоретическую модель формирования забоя при приложении динамической нагрузки на забой; в планировании и реализации экспериментальных исследований, анализе и статистической оценке достоверности их результатов; в участии при разработке
7
технологии и технических средств, реализующих приложение ассиметричной
статической либо динамической нагрузки на забой.
В работе защищаются следующие научные положения.
1. Резерв повышения скорости углубки забоя при бурении алмазным породоразрушающим инструментом обусловлен неодинаковой эффективностью процесса разрушения горной породы разноудаленными от оси вращения резцами. Эффективность алмазного бурения обеспечивается интенсификацией работы резцов, расположенных на внешних радиальных окружностях торца породоразрушающего инструмента за счет повышения либо оптимального распределения удельной нагрузки.
2. Интенсификация работы резцов, расположенных на внешних радиальных окружностях торца алмазного породоразрушающего инструмента, может быть достигнута за счет приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки. Повышение скорости углубки забоя достигается путем увеличения глубины внедрения резцов в породу на периферии торца инструмента за счет оптимизации сочетания усилий резания-скалывания и осевого.
3. Приложение ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой способствует улучшению показателей эффективности алмазного бурения за счет оптимизации движения нижней части бурильной колонны. Разрушающие напряжения в горной породе обусловлены величиной прилагаемой нагрузки и расстоянием от точки ее приложения до забоя.
Научная новизна работы.
1. Выявлены основные закономерности повышения эффективности процесса разрушения горных пород при изменении характера приложения статической либо динамической нагрузки на забое на ассиметричную.
2. Аналитически и экспериментально обосновано явление уменьшения
энергоемкости процесса разрушения твердых горных пород, снижения интенсивности искривления ствола скважины и износа
породоразрушающего инструмента при бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
3. Исследована зависимость, характеризующая влияние параметра удельной нагрузки на механику процесса разрушения и позволяющая выявить наиболее перспективные направления совершенствования алмазного бурения.
4. Аналитически и экспериментально исследованы зависимости величин напряжений, возникающих в буровом инструменте при различных значениях смещения точки приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем теоретических и достаточным объемом экспериментальных исследований, близкой сходимостью их результатов и воспроизводимостью данных при повторных исследованиях. Статистическая оценка результатов экспериментальных исследований показала, что погрешность составляет не более 5 %.
Практическая ценность и реализация работы заключается в разработке эффективной технологии алмазного бурения, способствующей повышению производительности процесса разрушения горных пород, а также в создании технических средств, позволяющих реализовать предложенную технологию. Результаты работы могут найти применение при производстве буровых работ, а также в учебном процессе при подготовке студентов горно-геологических специальностей.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей, из которых 6 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ, одна статья - в зарубежном журнале. Подготовлена заявка на изобретение.
Апробация исследований. Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на научно-технических конференциях института недропользования ИРНИТУ (г. Иркутск, ИРНИТУ, 2012, 2013, 2014, 2015 гг.); XIX Международном симпозиуме студентов, молодых ученых имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, ТПУ, 2014 г.); научном докладе на
расширенном заседании кафедры современных технологий бурения скважин МГРИ РГГРУ имени Серго Орджоникидзе (г. Москва, 2015 г.); научном семинаре кафедры бурения скважин Института природных ресурсов ФГАОУ ВО НИ ТПУ (г. Томск, 2015 г.); научных семинарах кафедры нефтегазового дела Института недропользования ФГБОУ ВО ИРНИТУ (г. Иркутск, 2016, 2018 гг.).
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка литературы из 98 наименований. Работа изложена на 97 страницах машинописного текста, включает 33 рисунка и 11 таблиц.
Во введении изложена общая характеристика работы, раскрыта основная цель, обоснована актуальность и практическая значимость диссертационного исследования, изложены защищаемые положения и научная новизна.
В первой главе проанализированы показатели эффективности алмазного бурения; представлены обзор исследований механики разрушения горных пород при приложении динамической нагрузки на забой; обзор технических решений по совершенствованию буровых работы при приложении динамической нагрузки на забой; определены задачи диссертационного исследования.
Во второй главе проведено аналитическое исследование механики разрушения твердых пород при алмазном бурении; проанализирован механизм углубки породоразрушающего инструмента в горную породу при осевом и ассиметричном приложении статической либо динамической нагрузки на забой; теоретически обоснован механизм повышения показателей эффективности алмазного бурения.
В третьей главе изложены методики экспериментальных исследований процесса разрушения горной породы при приложении ассиметричной динамической нагрузки на забой.
В четвертой главе представлен анализ результатов экспериментальных исследований, произведена статистическая оценка достоверности их результатов, описаны возможные варианты реализации предложенной технологии.
В заключении обобщены результаты исследований, выполненных в соответствии с поставленными задачами, решение которых обеспечило
10
достижение цели диссертационной работы. Поставлены задачи дальнейших
исследований.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Павлу Сергеевичу Пушмину за постоянную методическую помощь и консультации; особую благодарность доктору технических наук, профессору Вячеславу Васильевичу Нескоромных за оказанную поддержку, рекомендации и замечания; искреннюю признательность кандидату технических наук, заведующему кафедрой нефтегазового дела ИРНИТУ Буглову Николаю Александровичу за оказанную помощь и содействие в подготовке защиты диссертации.
✅ Заключение
Основные выводы, научные и практические результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:
1. Резерв повышения скорости углубки забоя возникает по причине неодинаковой эффективности работы резцов, расположенных на разном расстоянии от оси вращения породоразрушающего инструмента.
2. Повышение скорости углубки при алмазном бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки происходит за счет выравнивания и увеличения глубины поражения горной породы резцами по кольцевой площади забоя.
3. Снижение интенсивности естественного искривления стволов скважин при бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой обусловлено регулярным смещением центра вращения инструмента относительно оси скважины, в результате чего исключается возможность возникновения ориентированного изгиба нижней части колонны бурильных труб.
4. Создание базовой модели породоразрушающего инструмента позволит реализовать постоянное оптимальное сочетание величины эксцентриситета и расстояния от точки приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки до забоя без конструктивного изменения забойных машин ударного действия.
5. Увеличение зернистости алмазных резцов, расположенных на периферии торца породоразрушающего инструмента, повышает скорость углубки путем увеличения количества режущих кромок на единицу площади инструмента.
6. Дальнейшие исследования в области эффективности работы резцов, расположенных на разном расстоянии от оси вращения, могут быть связаны с детальным изучением забойных процессов методами инженерно-компьютерного моделирования с использованием конечно -
элементного анализа.
1. Резерв повышения скорости углубки забоя возникает по причине неодинаковой эффективности работы резцов, расположенных на разном расстоянии от оси вращения породоразрушающего инструмента.
2. Повышение скорости углубки при алмазном бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки происходит за счет выравнивания и увеличения глубины поражения горной породы резцами по кольцевой площади забоя.
3. Снижение интенсивности естественного искривления стволов скважин при бурении с приложением ассиметричной статической либо динамической нагрузки на забой обусловлено регулярным смещением центра вращения инструмента относительно оси скважины, в результате чего исключается возможность возникновения ориентированного изгиба нижней части колонны бурильных труб.
4. Создание базовой модели породоразрушающего инструмента позволит реализовать постоянное оптимальное сочетание величины эксцентриситета и расстояния от точки приложения ассиметричной статической либо динамической нагрузки до забоя без конструктивного изменения забойных машин ударного действия.
5. Увеличение зернистости алмазных резцов, расположенных на периферии торца породоразрушающего инструмента, повышает скорость углубки путем увеличения количества режущих кромок на единицу площади инструмента.
6. Дальнейшие исследования в области эффективности работы резцов, расположенных на разном расстоянии от оси вращения, могут быть связаны с детальным изучением забойных процессов методами инженерно-компьютерного моделирования с использованием конечно -
элементного анализа.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.