Анализ износа элементов конструкции опорных поверхностей и вооружения одношарошечного долота и проблем разрушения ими горных пород. Исследование кинематики работы долота, расчет движения зубков шарошки и определение оптимального размещения зубков.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» и ГОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Комиссаров Анатолий Павлович кандидат технических наук Эпштейн Валерий Ефимович Защита диссертации состоится «27» декабря 2010 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний Ученого совета по адресу: 620144, г. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»Усложнение условий бурения определяется повышением глубины залегания природных энергоресурсов (руда, уголь, нефть, газ) и усложнением горно-геологических условий (высокая прочность, неоднородность, слоистость и т.д. горных пород). Улучшение какого-то одного фактора способно лишь частично повысить ресурс работы долота, поэтому повышение эффективности его работы возможно только с одновременным проведением комплекса взаимосвязанных исследований. Это связано с тем, что механизм бурения этими долотами, с одной стороны не достаточно изучен, а с другой - наблюдается консерватизм в строительстве скважин и в производстве самих долот. Идея работы заключается в обосновании рациональных параметров элементов конструкции одношарошечного долота на основе исследования кинематических и динамических характеристик долота с учетом практического опыта производственной отработки долот для повышения эффективности одношарошечных долот. Научные положения, выносимые на защиту: - повышение степени использования вооружения долота обеспечивается равномерным разрушением сферического по форме забоя, применением усеченной шарошки и изменением угла наклона цапфы долота;1, А показана шарошка с частично изношенными зубками: зубки соответственно 1-7 слоев изношены на 1/2 - 1/5 высоты. Заметим, что в рассматриваемой шарошке при полностью изношенных (стертых или сколотых) зубках первых трех слоев зубки верхних слоев не все и не полностью разрушены: некоторые зубки целые, неповрежденные (таких зубков вместе со штырями 30 %), некоторые частично изношены (стерты на 1/3 - 1/2 высоты), некоторые сколоты. Такой износ вооружения и шарошки возникает вследствие неравномерности распределения зубков по поверхности сферы шарошки и расположения большего их числа у вершины шарошки, в результате чего угол наклона мгновенной оси вращения шарошки изменяется. Все это приводит к тому, что при попадании одного из зубков указанного ряда в углубление в центре забоя при наличии неразрушенного целика рядом с центром забоя, усилие, передаваемое на зубок для его перемещения, становится недостаточным и шарошка проворачивается на данном зубке до тех пор, пока зубок не соскользнет с образовавшейся выработки. Воздействие силы, действующей на зубок за время его движения по траектории, определено в соответствии с формулой: , (11) где j - номер зубка в i-м слое; Fj - нагрузка на j-й зубок в слое H; Fmax-максимальная нагрузка на зубок, H; а - расстояние до слоя, на котором находится зубок, м; ? - угол наклона цапфы; ?2 - угол смещения шарошки; - радиус слоя, м; R - единичный радиус, м.В диссертации дано новое решение актуальной научно-практической задачи по совершенствованию конструкций ОД для бурения скважин. Выполнены теоретические исследования особенностей разрушения забоя скважин зубками ОД на основе разработанной и научно обоснованной методики определения кинематических и динамических характеристик ОД, заключающейся в численном моделировании нагрузочных характеристик вооружения долота. Выявлены участки у вершины шарошки, где зубки наиболее перегружены, и предложены способы перераспределения нагрузки на другие зубки шарошки путем изменения формы шарошки и применения зубков различного типа. Когда достигается режим максимальной проходки на долото, эффективность составляет 50 - 90 %. Результатом явилось снижение трудоемкости изготовления на 40 %, а экономический эффект составляет 3 тыс. руб. на изготовление одного долота.
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Вывод
В диссертации дано новое решение актуальной научно-практической задачи по совершенствованию конструкций ОД для бурения скважин.
Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем: 1. Выполнены теоретические исследования особенностей разрушения забоя скважин зубками ОД на основе разработанной и научно обоснованной методики определения кинематических и динамических характеристик ОД, заключающейся в численном моделировании нагрузочных характеристик вооружения долота.
2. Выявлены участки у вершины шарошки, где зубки наиболее перегружены, и предложены способы перераспределения нагрузки на другие зубки шарошки путем изменения формы шарошки и применения зубков различного типа.
3. Показано, что режим разрушения сферического по форме забоя ОД при наклоне цапфы под углом, близким к 450, более эффективен, чем у ОД с углом наклона цапфы 300. Когда достигается режим максимальной проходки на долото, эффективность составляет 50 - 90 %.
4. Разработана новая конструкции ОД с равномерным расположением зубков на поверхности шарошки и существенным улучшением системы промывки.
5. Положения, разработки, нормативная документация и научно-практические рекомендации внедрены на ООО «Опытный завод технических средств бурения на газ». Результатом явилось снижение трудоемкости изготовления на 40 %, а экономический эффект составляет 3 тыс. руб. на изготовление одного долота.
Основные научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК: 1. Долгушин В.В., Кулябин Г.А., Хлус А.А. Моделирование работы долота на разрушаемом забое//Известия вузов. Нефть и газ. 2008. № 2. С. 23-29.
Статьи, опубликованные в других изданиях: 3. Карнаухов М.Л., Хлус А.А., Анашкина А.Е. Расчет положения мгновенной оси вращения шарошки//Сборник трудов кафедры РЭГМ. Тюмень: ТЮМГНГУ, 2009. С. 156-160.
4. Карнаухов М.Л., Хлус А.А., Анашкина А.Е. Система промывки в одношарошечных долотах//Сборник трудов кафедры РЭГМ. Тюмень: ТЮМГНГУ, 2009. С. 149-155.
5. Анашкина А.Е., Хлус А.А. Породоразрушающие зубки одношарошечных долот//Сборник трудов кафедры РЭГМ. Тюмень: ТЮМГНГУ, 2009. С. 133-139.
6. Хлус А.А. Применение одношарошечных долот для бурения горизонтальных, наклоннонаправленых скважин и зарезки боковых стволов//Сборник трудов XIV Международного научного симпозиума имени академика М.А.Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр». Томск, 2010. С. 495-501.
7. Хлус А.А., Симисинов Д.И., Анашкина А.Е. Повышение ресурса одношарошечных долот для бурения скважин малых диаметров//Сборник докладов VIII Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р Кубачека». Екатеринбург: УГГУ, 2010. С. 271-274.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
