Результаты испытаний и моделирования системы «буровой снаряд с гидровибратором – горная порода»

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

Ю.А.Жулай, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, orcid.org/0000-0001-7477-2028, Институт транспортных систем и технологий Национальной академии наук Украины, г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А.Д.Николаев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, orcid.org/0000-0003-0163-0891,  Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины, г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article



Abstract:

Перспективным устройством, повышающим эффективность бурения скважин в крепких и в сверхкрепких породах, является буровой снаряд с кавитационным гидровибратором. В нем, вследствие периодического роста, отрыва и схлопывания кавитационных полостей, реализуются ударные колебания давления бурового раствора. Они трансформируются в продольные вибрации породоразрушающего инструмента с частотами 1‒20 кГц и значениями виброускорений от 500 до 3200 g. При многократном воздействии силовых импульсов породоразрушающего инструмента разрушение горной породы принимает усталостный характер. Вследствие резонансных процессов в системе «буровой снаряд с гидровибратором – горная порода» и развития в породе сети микротрещин, нарушение сплошности горного массива происходит при напряжениях, меньших предела прочности породы. Этоприводит к повышению скорости бурения, износостойкости бурового инструмента, улучшению стабилизации и устойчивости функционирования буровой колонны.

Цель. Определение продольных виброускорений бурового инструментапри его контакте с разрушаемой породой с учетом сил, действующих в осевом направлении на конструкцию бурового снаряда.

Методика. Основана на экспериментальном и теоретическом исследовании динамического взаимодействия продольных колебаний породоразрушающего инструмента бурового снаряда с горной породой.

Результаты. Представлены в виде расчетных зависимостей размахов колебаний давления жидкости и виброускорений породоразрушающего инструментаот значения параметра кавитации и их сопоставления с экспериментальными данными.

Научная новизна. Установлено, что:

- учет контакта бурового инструментас разрушаемой породой и сил, действующих в осевом направлении на конструкцию бурового снаряда, в математической модели продольных колебаний бурового снаряда позволяет получить удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных параметров колебаний давления жидкости и виброускорений в сечении породоразрушающего инструмента;

- для приведенной конструкции гидровибратора определены рациональные режимы его работы (по зависимости размаха виброускорений от параметра кавитации) и длина бурового снаряда (по распределению размахов виброускорений по осевой длине бурового сна­ряда).

Практическая значимость. Состоит в том, что математическая модель системы «буровой снаряд – горная порода» позволяет на стадии проектирования установить рациональный режим работы кавитационного гидровибратора для реализации приемлемых уровней виброускорений на породоразрушающем инструменте.

References.

1. Melamed, Ju. A. (2002). Method of drilling with submersible hydroshock and reflector-synchronizer of hydroshock. Patent No. 2192534. Russian Federation.

2. Pilipenko, V. V., Zadontsev, V. A., Manko, I. K., Dovgotko, N. I., & Drozd, V. A. (1976). Generator of water pressure oscillations. Author’s certificate No.504444. USSR.

3. Pilipenko, V. V., Gavrilenko, N. M., Zadontsev, V. A., Man­ko, I. K., Dzoz, N. A., Davidenko, A. N., Drozd, V. A., … & Melamed, Yu. A. (1991). Method of drilling wells and device for its implementation. Author’s certificate No 1496351. USSR.

4. Manko, I. K., Kozlovskyi, Ye. Ye., Kozlovskyi, M. Ye., Semkiv, O. L., & Aleksashyna, N. I. (2014). The drilling rig for the well drilling. Patent No. 105937. Ukraine.

5. Khorshidian, H., Butt, S. D., & Arvani, F. (2014). Influence of High Velocity Jet on Drilling Performance of PDC Bit under Pressurized Condition. American Rock Mechanics Association, 1-6. Retrieved from https://www.onepetro.org/conference-paper/ARMA-2014-7465.

6. Xiao, Y., Zhong, J., Hurich, C., & Butt, S. D. (2015). Micro-Seismic Monitoring of PDC Bit Drilling Performance during Vibration Assisted Rotational Drilling. American Rock Mechanics Association, 49th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, 28 June – 1 July, San Francisco, California, (pp. 1-7).Retrieved from https://www.onepetro.org/conference-paper/ARMA-2015-474/.

7. Thorp, N. J., Hareland, G., Elbing, B. R., & Nygaard, R. (2016). Modelling of a Drill Bit Blaster. American Rock Mechanics Association,50th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, 26–29 June, Houston, Texas, (pp. 1-7).Retrieved from https://www.onepetro.org/conference-paper/ARMA-2016-451.

8. Babapour, S., & Butt, S. D. (2014). Investigation of Enhancing Drill cuttings Cleaning and Penetration Rate Using Cavitating Pressure Pulses. American Rock Mechanics Association. 48th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, 1–4 June, Minneapolis, Minnesota, (pp. 1-6). Retrieved from https://www.onepetro.org/conference-paper/ARMA-2014-7751.

9. Shi, Huaizhong, Li, Gensheng, Huang, Zhongwei, & Shi, Shuaishuai (2014). Properties and testing of a hydraulic pulse jet and its application in offshore drilling. Petroleum Science, 11(3), 401-407. https://doi.org/10.1007/s12182-014-0354-1.

10. Martin, E. Cobern & Mark, E. Wassell (2005). Laboratory Testing of an Active Drilling Vibration Monitoring & Control System. National Technical Conference and Exhibition, held at the Wyndam Greenspoint in Houston, Texas, (pp. 1-14). Retrieved from https://www.aps-tech.com/site/assets/files/1301/aps-aade-05-ntce-025.pdf.

11. Manko, I. K., & Nikolayev, O. D. (2004). Mathematical modeling of longitudinal vibrations of a drilling tool with high-frequency cavitation hydrovibrator. Naukovyi Vіsnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (11), 65-73.

12. Manko, I. K., & Nikolayev, O. D. (2004). The mechanism of transformation of high-frequency oscillations of drilling mud into longitudinal vibrational oscillations of a rock drilling tool with a cavitation hydrovibrator.NaukovyisnykNatsionalnohoHirnychohoUniversytetu, (10), 124-136.

Следующие статьи из текущего раздела:

Посетители

3172861
Сегодня
За месяц
Всего
121
12872
3172861

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная Архив журнала по выпускам 2020 Содержание №1 2020 Результаты испытаний и моделирования системы «буровой снаряд с гидровибратором – горная порода»