Введение к работе
Актуальность темы. Задача повышения производительности пневноударного бурения, наиедпего широкое применение при ведении геологоразведочных работ, весьма актуальна. Необходимость совершенствования технических средств и технологий разведочного бурения диктуется повышающимся уровнем требований экологического и технического характера, предъявляемых к процессу бурения. Специфичную область геологоразведочного бурения представляет разведка в зонах многолетней мерзлота, где бурение скважин затруднено сложными геологическими к климатическими УСЛОВИЯМИ.
Наиболее перспективным способом бурения сквахин является бурение кольцевыми пневмоударниками с непрерывным транспортом шлака по внутренней трубе двойной бурильной колонны. В основе этой технологии лежит непрерывное удаление из призабойной зоны выбуренного ПОРОДНОГО материала и транспортирование его на поверхность потоком очистного агента. Это достигается при использовании кольцевых забойных снарядов ,обеспечивающих подачу энергоносителя через нехтрубный зазор двойной бурильной колонны и вынос аэрированного кернопшанового потока через центральный канал бурового става на поверхность.
Дальнейший рост обьемов и повышение эффективности геологоразведочного пневмоударного бурения сдерживается рядом причин. Прежде всего это отсутствие отлаженной технологи! бурения погружными пневмоударниками, а также надежных средств герметизации затрубного пространства скважины для обеспечения интенсивного выноса буровой мелочи на поверхность.
Проведенный анализ применяемых при бурении скважин технических средств свидетельствует о целесообразности сочетания пневмоударного бурения с устройством эжекгорного типа. Процесс бурения будет протекать более производительно, если использовать кольцевой пневмоудар-ник, имеющий встроенное эжекторное устройство. Такое техническое решение обеспечит увеличение производительности бурения за счет интенсификации процесса удаления выбуренного кернопшанового материала на поверхность и, как следствие, - повышение достоверности опробования при ведении геологоразведочных работ. Таким образом, введение эжектора в конструкцию кольцевого пневмоударника является рєпгниен актуальной задачи увеличения производительности бурения геологоразведочных скважин.
Дельр работы является обоснование параметров и создание кольцевого геологоразведочного пневноударника с эхекторным устройством, обеспечивающего эффективное бурение сквахин в нноголетнемерзлых породах и вынос выбуренной породы через центральный канал пневноударника и внутреннюю трубу двойной бурильной колонны на поверхность.
Идея работы заключается в повышении производительности геологоразведочного бурения путем сочетания наиболее эффективного ударно-вращательного способа разрушения породы кольцевым пневмоударни-ком с методом непрерывного принудительного пневмотранспортирования керношамового материала по внутренней трубе двойной бурильной колонны за счет использования встроенного эхекторного устройства.
Задачи исследования:
обоснование требований к кольцевому пневмоударнику со встроенным эхекторным устройством с учетом условий его работы;
разработка конструктивной схемы пневноударника с эхекгором, в наибольшей мере отвечающей предъявляемым требованиям;
исследование динамики системы: " воздухоподводяшая магистраль - кольцевой пневмоударник -вшамотранспортная магистраль* и определение влияния параметров воздухоподводящей магистрали и пшаноп-ровода на энергетические показатели кольцевого пневмоударника;
разработка нетодики расчета кольцевого пневмоударника со встроенным эхекторным устройством;
проведение лабораторных и производственных испытаний кольцевого погружного пневноударника со встроенным эхекторным устройством.
Нетоды исследований. При решении поставленных задач применялся комплексный метод, включающий аналитический обзор предшествующих научных работ и проведение патентных исследований, математическое моделирование с использованием ЭШ, Физическое моделирование на опытных образцах и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных и производственных условиях.
Достоверность полохений, выводов, результатов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается:
аналитическими и экспериментальными исследованиями кольцевого пневмоударника с эхекторным устройством;
удовлетворительной сходимостью расчетов и экспериментальна данных;
применением известных методов моделирования динамики потоков газа при построении математической нодели;
- испытанней экспериментального образца кольцевого пнезяоудар-
ника со встроенным эгекторсм.
Научная новизна работы.
- разработана новая принципиальная схема кольцевого дкевмоудар-
НОГО НехаНИЗНа С РЄГУЛКРУЄННМ 3eKT0FH!2! УСТРОЙСТВОМ, СОСТОЯЩИМ КЗ
нескольких коакскально распологенпЕЗ, последовательно ссадгезеншй: втулок со сменными рєгулкруеинми кольпита;
разработана математическая модель системи "БоздуЕоподводялая магистраль - кольцевой пнешоударзик со встроенная згекторо;: - пса-нотранспортная нагистраль". позволяющая иссдсясвать изменение энергетических показателен пневноударника при работе и сквапіае, а такзе газодинамических параметров восходзззго потока с-плапывасмого еозду-ха в илакотранспортной нагистралл при различила размерах плоиадн затрубного пространства. Установлено, что скорость двтаенкя посходл-сего транспортирувшего потоха воздуха по шламопроводу не сбеспечиза-ет очистку прнзабойной зона от буровой мелочи;
доказано, что для пошеення эМэктябпостл работа сягмопросо-да и сохранения высоких энергетических показателей ПУП. следует располагать згектор в камера прямого хода пневмоударннка;
разработана методика инженерного расчета погрузке; кольцевал пневноударнкков со встроенным эгекторным устройство»! на основе поэтапного применения знгргоиассообменкого к кзазиоянокерного подходов, позволяющих осушестзлять выбор наиболее рационального сочетания конструктивных параметров ппевмоударпика со встроенным сїїйкто-рон.
Научные подоіеиия. загшпаеннэ автором, состоят в следугсея:
при работе кольцевого пнеЕмоударяпка без згзктога дваггпие выхлапываеного воздуха в планотрапспортпоЯ магистрата характеризуется совокупностью ударных волн и волн разря^епяя, з результате чего частицы буровой кедочн в пяаиопрозоде переишзггутся в протнвополошгх друг относительно друга направлениях и создается условия для образования плановых пробок;
встроенное в кольцевой пневиоударннк эзекторное УСТРОЙСТВО обеспечивает принудительное, однонаправленное движение выхлапываеного воздуха по плзмопроводу, в связи с чем увеличивается пропускная способность шлакотранспортной кагнетрали па гг - 277.; поег-еиєтся
ПРОИЗВОДИТеЛЬНОСГЬ бУРеНИЯ II ОбеСПеЧИЕгеТСЯ УБеШЧеШГе ГЛУбИГЛ б??Є-
шія сквазкн;
- разнесение эхекторпого устройства в іст:ере nrsroro иода
обеспечивает нанбольют эффективность бурения и удучпает основные энергетические показатели пягшюударного кеханкзка при работе в сквапше на 5 - 6Z.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработа-на методика инженерного расчета, на основе которой создан кольцевой пнеЕноударннк 1ШР-135Э, позволяющий в 3-5 раз увеличить производительность бурения сквааип в многолетнемерзлых породах по сравнению с ударно-канатнын способом бурения.
Реализация результатов работы. Результаты исследования использованы С2Б НПр "Геотехника" при разработав бурового разведочного комплекса КБР-1П для бурения геологоразведочных сквахнп в нноголет-ненерзлах породам, а такке подогени в основу разработки и создания кольцавыз пнеЕкої"дарнкков П1Р-135Э и ПИР-151Э, которые применяются для бурения сквааш при ведении разведочных работ в ГРЭ-324 БГО "Сссновгаологня".
Личная вклад автора состоит в разработке принципиальной схемы н констрласй кольцевш геологоразведочной пневкоударннков, их анализе и виборе сиены наиболее полно отвачахсей поставленным задачам; е проведгнкн исследования динамики различных пвевноударных механизмов на математической модели с целью сравнения их энергетических и газодинамических параметров; в разработке математической модели работа системы "воздухоподводяиая магистраль г кольцевой пневноударник ее встроенные эхекторон - шгнотранспортная магистраль" и в проведенні исследований па ЭЕЯ динаннкн этой системы; в анализе предлохеннш конструкций пневмоударного механизма и обосновании целесообразности создания кольцевого пневноударЕкка со встроенный зхекторшм устройством; в разработке метода ннхенервого расчета; конструировании і изготовлении экспериментального образца кольцевого пневноударника і исследовательских стендов; проведении лабораторных и натурных испытаний экспериментальны* образцов.
Апробация работа Основные полохения диссертации и некоторые отдельные ее результаты докладывались, обсухдались и были одобреш на семинарах лаборатории неханкзацнх ІГД СО РАН (г. Новосибирск. 1990-1993 г. г.); ва семинаре "Горное навэшоведенне" ИГД СО РАН (г. Новосибирск. 1993г.) и на координационном совевании по проблемам бурения нвоголетвемерзлых пород в ОКБ НПО " Геотехника"(г. Носк ва, 1993г.).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 2 печатные
работы и получено полопггедьное решение о выдаче патента FS.
Обьен работа. Диссертационная работа состоит из 5 глав, издо-еенных на 135 страницах текста, содергит 4 таблицы, 40 рисунков, :писок литературных источников из ПО наинеиованкй на 9 страницах и приложения на 8 листах.