Науковий вісник НГУ

Моделювання вібрації бурового інструменту у процесі буріння вибухових свердловин

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2024

Останнє оновлення: 29 жовтня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 334

Authors:

В. С. Моркун, orcid.org/0000-0003-1506-9759, Байройтский університет, м. Байройт, Федеративна Республіка Німеччина, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Н. В. Моркун, orcid.org/0000-0002-1261-1170, Байройтский університет, м. Байройт, Федеративна Республіка Німеччина, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

С. М. Грищенко*, orcid.org/0000-0003-4957-0904, Державний податковий університет, м. Ірпінь, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Є. Ю. Бобров, orcid.org/0000-0002-9275-3768, Криворізький національний університет, м. Кривий Ріг, Україна

А. А. Гапоненко, orcid.org/0000-0003-1128-5163, Криворізький національний університет, м. Кривий Ріг, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (5): 012 - 018

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-5/012

Abstract:

Мета. Визначення характеристичних ознак і моделювання вібрації долота при його взаємодії з гірською породою у процесі буріння технічних (вибухових) свердловин на відкритих гірничих виробках.

Методика. У роботі використані такі методи: аналіз наукових і практичних рішень; статистичні методи для оброблення результатів експериментальних досліджень; методи аналітичного синтезу; методи комп’ютерного моделювання для синтезу та аналізу математичних моделей.

Результати. Виконано аналіз процесу взаємодії бурового долота з гірською породою. Визначені умови та причини виникнення вібрацій бурового устаткування. Виконано спектральний аналіз вібраційного сигналу, формування та аналіз карти порядку обертів обертових частин бурової установки у процесі буріння технічних (вибухових) свердловин для ідентифікації долота у частотній області вимірюваного супутнього інтегрованого вібраційного сигналу як джерела високоамплітудної вібрації. Виміряний у часовій області на зазначеній частоті модульований сигнал несе інформацію про фізико-механічні характеристики гірської породи, що буриться, і стан долота. Аналіз виконаних експериментальних досліджень і моделювання процесу взаємодії долота з гірською породою дозволяє зробити висновок про те, що отримані статистичні показники супутнього вібраційного сигналу дійсно адекватно характеризують процес буріння свердловин.

Наукова новизна. Запропоновано метод визначення характеристик взаємодії долота бурової установки з гірською породою у процесі буріння технічних (вибухових) свердловин на основі вимірювання параметрів супутнього вібраційного сигналу. Метод відрізняється від відомих тим, що у процесі зміни робочого режиму приводу обертових частин бурової установки формують карту порядку в усьому діапазоні його обертів, визначають частоту високоамплітудної вібрації долота, яка відповідає визначеному піковому порядку обертів, і на цій частоті вимірюють статистичні параметри змін амплітуди виміряного сигналу.

Практична значимість. Зазначений підхід до процесу буріння свердловин на відкритих гірничих виробках дозволяє оперативно визначати фізико-механічні характеристики гірської породи, що буриться, і відповідним чином корегувати параметри процесу для підвищення його продуктивності та енергозбереження.

Ключові слова: гірничі виробки, буріння свердловин, долото, вібрація, параметри, моделювання

References.

1. Parimal, A. P., & Catalin, T. (2013). Model Development of Torsional Drillstring and Investigating Parametrically the Stick-Slips Influencing Factors. Journal of Energy Resources Technology, 135(1), 01310. https://doi.org/10.1115/1.4007915.

2. Du, K., & Wei, Z. (2022). Research on the optimization of a drilling rock breaking method based on fuzzy cluster analysis. Fluid Dynamics & Materials Processing, 18(3), 751-760. https://doi.org/10.32604/fdmp.2022.019577.

3. Wang, Y., Ni, H., Wang, R., & Liu, S. (2022). An improved model to characterize drill-string vibrations in rotary drilling applications. Fluid Dynamics & Materials Processing, 18(5), 1263-1273. https://doi.org/10.32604/fdmp.2022.020405.

4. Suriani bt Che Kar, S., Esat, I. I., Alkhamees, A. A., & Mohd Farid Woo, M. E. (2016). Drill string dynamic: Improving the drilling performance by study the resonance of the experimental drill string system using 2 contact points of friction force of breaking system. 2016 7^th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE), 175-179. https://doi.org/ 10.1109/ICMAE.2016.7549530.

5. Xu, Y., Zhang, H., & Guan, Z. (2021). Dynamic characteristics of downhole bit load and analysis of conversion efficiency of drill string vibration energy. Energies, 14(1), 229. https://doi.org/10.3390/en14010229.

6. Ghasemloonia, A., Rideout, D. G., & Butt, S. D. (2015). A review of drillstring vibration modeling and suppression methods. Journal of Petroleum Science and Engineering, 131, 150-164. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2015.04.030.

7. Oktav, A. (2017). Advances in Noise and Vibration Analysis. In Arapgirlioğlu, H., Elliott, R. L., Turgeon, E., Atik, A. (Eds.). Researches on Science and Art in 21^st Century Turkey. Chapter: 332, (pp. 2988-2998). Gece Kitaplığı. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/321621659_Advances_in_Noise_and_Vibration_Analysis.

8. Babak, V., Beregun, V., & Krasilnikov, A. (2017). Methods and means of vibrodiagnostics of units of cogeneration installations. 11 International Conference NDT Days 2017, June 12-16, Sozopol, Bulgaria. Special Issue of e-Journal of Nondestructive Testing (eJNDT), 22(11). ISSN 1435-4934.

9. Morkun, V., Morkun, N., & Pikilnyak, A. (2014). Simulation of high-energy ultrasound propagation in heterogeneous medium using k-space method. Metallurgical and Mining Industry, 6(3), 23-27.

10. Morkun, V., & Morkun, N. (2018). Estimation of the crushed ore particles density in the pulp flow based on the dynamic effects of high-energy ultrasound. Archives of Acoustics, 43(1), 61-67. https://doi.org/10.24425/118080.

11. Babak, S. V. (2015). Statistical diagnostics of electrical equipment. Kyiv: Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine. Retrieved from https://previous.ied.org.ua/files/mon5_2015.pdf.

12. Liu, X., Kou, H., Ma, X., & He, M. (2023). Investigation of the Rock-Breaking Mechanism of Drilling under Different Conditions Using Numerical Simulation. Applied Sciences, 13(20), 11389. https://doi.org/10.3390/app132011389.

13. Patil, P. A., & Teodoriu, C. (2013). Analysis of Bit–Rock Interaction During Stick–Slip Vibration Using PDC Cutting Force Model. OIL GAS European Magazine, 3, 124-129.

14. Egamberdiiev, І. P. (2019). Methods for assessing the technical condition of drilling rigs. Navoii: publishing house named after Alisher Navoii. ISBN 978-9943-5884-4-8.

15. Dukkipati, R. V., & Srinivas, J. (2010). Solving Engineering Mechanics Problems with MATLAB. UK: New Academic Science. ISBN: 9781781831731.

16. Dukkipati, R. V. (2014). MATLAB for Control System Engineers. UK: New Academic Science Limited. ISBN: 9781781830062.

17. Franca, L. F. P. (2011). Drilling Action of Roller-Cone Bits: Modeling and Experimental Validation. ASME. Journal of Energy Resources Technology, 132(4), 043101. https://doi.org/10.1115/1.4003168.

18. Flegner, P., Kaˇcur, J., Durdán, M., & Laciak, M. (2022). Evaluation of the Acceleration Vibration Signal for Aggregates of the Horizontal Drilling Stand. Applied Sciences, 12, 3984. https://doi.org/10.3390/app12083984.

19. Kumar, S., Lokesha, M., Kumar, K., & Srinivas, K. (2018). Vibration based Fault Diagnosis Techniques for Rotating Mechanical Components: Review Paper. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 376, 012109. https://doi.org/10.1088/1757-899X/376/1/012109.

20. Porkuian, O., Morkun, V., Morkun, N., & Serdyuk, O. (2019). Predictive Control of the Iron Ore Beneficiation Process Based on the Hammerstein Hybrid Model. Acta Mechanica et Automatica, 13(4), 262-270. https://doi.org/10.2478/ama-2019-0036.

21. Morkun, V., Morkun, N., & Pikilnyak, A. (2014). Simulation of the Lamb waves propagation on the plate which contacts with gas containing iron ore pulp in Waveform Revealer toolbox. Metallurgical and Mining Industry, 6(5), 15-18.

22. Jia, G., Guo, F., Wu, Z., Cui, S., & Yang, J. (2023). A noise reduction method for multiple signals combining computed order tracking based on chirplet path pursuit and distributed compressed sensing. Structural Durability & Health Monitoring, 17(5), 383-405. https://doi.org/10.32604/sdhm.2023.026885.

23. Wang, K. S., & Heyns, P. S. (2011). Application of computed order tracking, Vold-Kalman filtering and EMD in rotating machine vibration. Mechanical Systems and Signal Processing, 25(2), 416-430. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2010.09.003.

24. Wang, T., Zhang, L., Qiao, H., & Wang, P. (2020). Fault diagnosis of rotating machinery under time-varying speed based on order tracking and deep learning. Journal of Vibroengineering, 22(2), 366-382. https://doi.org/10.21595/jve.2019.20784.

25. Borghesani, P., Pennacchi, S., Chatterton, R., & Ricci, R. (2014). The velocity synchronous discrete Fourier transform for order tracking in the field of rotating machinery. Mechanical Systems and Signal Processing, 44(1-2), 118-133. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2013.03.026.

26. Brandt, A. (2011). Noise and Vibration Analysis: Signal Analysis and Experimental Procedures. Chichester, UK: John Wiley & Sons.

• < Попередня
• Наступна >