Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние техники бурения скважин при проведении сейсморазведочных работ 8
1.1 Техника и технология бурения геолого-поисковых скважин 8
1.2 Классификация вибромеханизмов для бурения скважин 14
1.3 Обзор существующих конструкций вибромашин для бурения скважин 17
1.4 Промысловые испытания вибраторов 25
1.4.1 Бурение с электробуром и турбобуром 25
1.5 Цели и задачи диссертационной работы 34
2 Теоретическое обоснование факторов, влияющих на передачу динамической нагрузки от наземного гидроударника на забой 36
2.1 Постановка и решение задачи по исследованию передачи динамической нагрузки по бурильной колонне 36
2.2 Результаты решения задачи 40
Выводы по второй главе 43
3 Раз работка конструкции гидроударника для бурения неглубоких скважин 44
3.1 Принципиальная схема наземного гидроударника-пульсатора 44
3.2 Факторы, влияющие на импульс удара поверхностного гидроударника ... 46
3.2.2 Зависимость импульса удара от диаметра поршня 53
3.2.3 Зависимость импульса удара от массы поршня 54
3.2.4 Зависимость импульса удара от длины хода поршня 55
3.2.5 Зависимость импульса удара от давления над клапаном 56
3.3 Конструкторское оформление гидроударника 57
Выводы по третьей главе 60
4. Лабораторные и промысловые исследования гидроударника
4.1 Геометрическое моделирование гидравлических машин 62
4.1.1 Математическое моделирование 62
4.1.2 Физическое моделирование
4.2 Проектирование модели гидроударника 67
4.3 Испытание модели гидроударника
4.4 Методика испытания модели гидроударника 70
4.5 Промысловые испытания гидроударника 77
4.5.1 Применяемые буровые долота при бурении поисковых скважин 77
4.5.2 Условия и результаты опытного бурения сейсмических скважин 79
Основные выводы и рекомендации 81
Литература 83
Приложения
1 Акт о промысловых испытаниях гидроударника
2 Справка о внедрении гидроударника
3 Патент на изобретение № 2200818. Бюл. № 8, 2003.
- Классификация вибромеханизмов для бурения скважин
- Постановка и решение задачи по исследованию передачи динамической нагрузки по бурильной колонне
- Факторы, влияющие на импульс удара поверхностного гидроударника
- Испытание модели гидроударника
Введение к работе
Объемы разведанных запасов нефти в последние годы в России значительно
д сократились. Это связано с тем, что государство прекратило финансирование гео-
логоразведочных работ, а акционерные компании удовлетворены сложившимся положением по добыче нефти на нефтяных промыслах. Однако, такое положение необходимо менять, для чего следует увеличить объемы бурения скважин и в целом объемы геологоразведочных работ.
На первом этапе геологоразведочных работ проводятся сейсмические исследования геологического строения региона. Для этого необходимо бурение сейсмических и затем структурно-поисковых скважин. В статье затрат буровые работы занимают до 30 %. Поэтому для снижения стоимости поисковых работ приобретает большое значение снижение стоимости бурения скважин в условиях, оторванных коммуникаций и баз снабжения. К таким условиям относятся буровые работы, проводимые на новых площадях для увеличения разведанных запасов нефти и газа.
Поисково- разведочные скважины бурят, как правило, на небольшую глу-
ф бину. Учитывая, что объемы бурения и условия их проводки затруднены в конеч-
ном счете их стоимость играет существенную роль при формировании бизнес планов на проведение геологоразведочных работ.
Наиболее тяжелыми являются условия бурения сейсмических скважин, в отдаленных труднодоступных регионах. Применяемые буровые установки обладают малой производительностью, малой мощностью и требуют существенной модернизации. Поэтому наиболее актуальной задачей является совершенствование техники бурения скважин для проведения сейсмических работ. Естественно, что эти же установки используют для ведения буровых работ при структурно-поисковом бурении, поэтому актуальность темы повышается. Результаты совер-шенствования бурения скважин позволят в определенной степени улучшить в целом технику и технологию буровых работ, что позволит повысить эффективность проведения работ по добыче нефти и газа в Российской Федерации.
В настоящее время в условиях экономического кризиса крупно масштабные и дорогостоящие методы увеличения механических скоростей бурения становится дорогостоящими. Все больше распространение получают методы, позволяющие снижать затраты на бурение скважин и добычу нефти и газа. Одним из таких методов, позволяющих снижать энергетические и материальные затраты на бурение неглубоких скважин является ударно-вращательное бурение.
Ударно-вращательный способ бурения начал развиваться и исследоваться достаточно давно. На первом этапе развития нефтяной промышленности бурение скважин производилось ударно - канатным способом. С появления шарошечного долота скважины стали бурить вращательным способом. Учитывая эффективность динамических нагрузок многие специалисты пытались сконструировать ударные механизмы, создающие динамическую нагрузку на шарошечное долото.
Вибрационно-ударное вращательное бурение благодаря его высокой эффективности в последнее время привлекает научных исследователей и производственников. Несмотря на то, что ударно - вращательное бурение появилось раньше роторного, оно не нашло широкого применения в промышленности, что объясняется проблемами, возникающими в результате промышленного использования данного способа. Такие как не совершенство и сложность конструкций, наличие быстроизнашивающихся деталей, большая или недостаточная ударная масса, которая приводит к быстрому износу шарошечного долота, наличие пружин и многие другие.
С целью дальнейшего снижения затрат, обширного промышленного использования и повышения эффективности ударно-вращательного способа бурения скважин как глубоких, так и неглубоких, и снижения затрат необходимо искать пути совершенствования технологий и разработки оптимальных конструкций.
Цель диссертационной работы:
Разработка и исследование технических средств для повышения эффективности вибрационно-вращательного бурения поисковых и сейсмических скважин. Основные задачи диссертационной работы:
Анализ материалов по техническим средствам для бурения вибровращательным способом поисковых и сейсмических скважин.
Теоретические исследования вопросов бурения скважин вибровращательным способом.
Разработка конструкции вибраторов и гидроударников для условий бурения поисковых и сейсмических скважин.
Исследования на модели в лабораторных условиях рабочих параметров гидроударника разработанной конструкции.
Промысловые испытания гидроударника при бурении вращательным способом неглубоких скважин.
Методы решения поставленных задач:
Поставленные в диссертационной работе задачи решены путем аналитических исследований, анализа и обобщения опытно-промышленных испытаний разработанных технологий и конструкции гидроударника.
Научная новизна:
Доказано возможность эффективного бурения неглубоких скважин с применением наземных вибраторов. Установлены факторы, способствующие эффективному повышению механической скорости бурения вибровращательным способом.
Установлены пределы частот и амплитуды осевой нагрузки на долото для повышения эффективности бурения.
Разработана конструкция, теория работы и обоснованы соотношения размеров рабочих параметров для выбора основных элементов гидроударника для бурения неглубоких скважин.
Практическая ценность работы
1 Разработана конструкция гидроударника, проведены лабораторные испытания, установлена амплитуда и частота работы вибратора. Предложены расчет-
ные зависимости для проектирования вибраторов с заданными рабочими параметрами.
2 Проведены опытно- промысловые испытания разработанного гидроударника, которые при опытном бурении показали увеличение скорости бурения до 18%.
Апробация результатов диссертационной работы
Результаты исследований докладывались:
1 На научно-технической конференции «Научные проблемы Западно-
Сибирского региона: гуманитарные, естественные и технические аспекты (г. Тю
мень, декабрь 1999);
На научно-практическом семинаре «Опыт, проблемы и перспективы внедрения виброакустических методов контроля и диагностики машин и агрегатов» (г. Октябрьский, февраль 2000 г.);
На V межвузовской научно-технической конференции «Проблемы нефтеотдачи Волго-Уральского региона» (г. Уфа, 2000 г.);
На международной научно-практической конференции , посвященной 45-летию Октябрьского филиала УГНТУ «Актуальные проблемы Волго-Уральской нефтегазоносной провинции» (г. Уфа, 2001г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы изложены в 14 печатных работах в том числе в 10 статьях и в 4 тезисах по докладам на международных и республиканских научно-технических конференциях.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и основных выводов и включает 3 приложения. Работа изложена на 94 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 19 таблиц, список литературы из 103 наименований.
Приложения включают акты и протоколы обсуждений результатов опытного бурения.
Классификация вибромеханизмов для бурения скважин
В качестве возбудителей колебаний при полезном использовании вибрации применяют различные вибромеханизмы. По типу привода вибромеханизмы делятся на механические, электромеханические, гидравлические, пневматические, вакуумнокомпрессионные, электромагнитные и магнитострикци-онные. Все они предназначены для возбуждения в присоединенных к ним элементах вынужденных колебаний, обеспечивающих получение нужного технологического эффекта. На рисунке 1.1 представлены наиболее распространенные типы вибромеханизмов, применяемых в бурении.
По характеру воздействия на присоединенный к ним элемент вибромеханизмы делятся на чисто вибрационные (вибраторы) и вибрационно-ударные (вибромолот) (рисунок 1.2 и 1.3). В условиях проведения геологоразведочных работ и инженерно-геологических изысканий наибольшее распространение получили механические и электромеханические вибраторы и вибромолоты. Остальные типы вибромеханизмов широкого применения не имеют [72,73].
Вибраторы и вибромолоты в настоящее время применяются для вибробурения неглубоких скважин в мягких породах. Для бурения вибровращательным способом в скальных и полускальных породах, для забивки и извлечения обсадных труб и ликвидации аварий, связанных с прихватом бурового снаряда на забое скважины [51]. Конструкции и параметры вибромеханизмов, предназначенных для буровых работ, значительно отличаются друг от друга.
Ударно-вращательный способ бурения начал развиваться и исследоваться учеными Г.И. Неудачным, Л.Э. Графом, Ф.Ф. Воскресенским, Д.Д. Барканом, В.М. Славским, О.И. Тагиевым, которыми были созданы различные гидроударники как простого, так и двойного действия, механические вибраторы, вибромолоты, увеличивающие механическую скорость процесса бурения как мягких, так и твердых пород.
Большой вклад в области развития ударно-вращательного бурения внесли ученые ВНИИБТ Ю.С. Васильев, Э.П. Кайданов, Государственной академии нефти и газа, Уфимского нефтяного технического университета, такие как Б.З.Султанов, М.С. Габдрахимов, А.С. Галеев, Л.Б. Хузина.
В литературе и публикациях известны различные типы виброударных машин и гидроударников.
На кафедре нефтепромысловой механики УГНТУ разработан и внедряется вибратор гидравлического принципа действия с перекидным клапаном.
Конструктивная схема вибратора с перекидным клапаном приведена на рисунке 1.4. Вибратор состоит из корпуса 1, внутри которого помещена калиброванная втулка 2. Кривошип 8 внутри втулки установлен при помощи оси 9. Перекидной клапан 6 соединен посредством пальца 7 с кривошипом 8. Для формирования струи жидкости предусмотрен штуцер 5, который фиксируется пружиной 4. Уплотнение 3 служит для герметизации зазора между корпусом и втулкой. Устройство устанавливается в компоновку бурильного инструмента с помощью замковых резьб корпуса. Вибратор работает следующим образом. В нормальном состоянии клапан закрыт. При восстановлении циркуляции под действием давления промывочной жидкости шарнирное соединение водила 8 и перекидного клапана 6 отжимается от стенки корпуса, и клапан переходит в вертикальное положение. Дальнейшее движение до закрытия проходного отверстия втулки осуществляется за счет сил инерции и гидравлических сил. При закрытии проходного отверстия корпуса происходит гидравлический удар. Под действием давления промывочной жидкости шарнирное соединение водила 8 и клапана 6 снова отжимается от стенки корпуса, и цикл повторяется. Конструктивная схема вибратора с перекидным клапаном проходного отверстия вибратора перекидным клапаном, при этом возбуждаются продольные колебания вибратора за счет гидроударов. Возбуждаемые поперечные колебания не имеют большого значения, поэтому их действие можно не учитывать. Вибратор шиберный торцовый имеет полый шпиндель, имеются выходы по образующей шпинделя и с торцовой части комбинированные отверстия. На шпинделе имеются два аппарата, каналы которых соединяют шпиндель с полостью направляющих аппаратов, с торцовой части которых располагаются сопловые выходы под некоторым углом к торцовой плоскости. Между направляющими аппаратами установлена напорная втулка. На втулку надевается свободно вращающийся прерыватель, представляющий собой торцовый шибер. С обоих торцов прерывателя под некоторым углом, но в противоположном направлении по отношению к сопловым выходам направляющих аппаратов, имеются прорези. Прерыватель по месту насадки на роторную втулку имеет покрытую резиной поверхность. Шпиндель в сборе затягивают на втулке, при этом шиберный затвор прерыватель должен свободно вращаться на втулке, обеспечивая необходимый зазор между торцами направляющих аппаратов и прерывателя. Жидкость, попадая в вибратор, разделяется на три потока: один проходит через калибровочный канал, два потока проходят через сопловые выходы направляющих аппаратов и взаимодействуют с пазами прерывателя, заставляя его вращаться. Происходит периодическое перекрытие сопловых выходов направляющих аппаратов, при этом возникают гидродинамические всплески давления.
Классификация вибромашин, в основе которой лежит фазовая особенность передачи энергии от источника в колебательную систему, приводится в работе Ясова В.Г.[103], в которой производится разделение на три группы: гидроударники прямого действия, гидроударники обратного действия, гидроударники двойного действия рисунок 1.5. В свою очередь, гидроударники каждой из этих групп в общем случае могут иметь клапанную, золотниковую и клапанно-золотниковую систему распределения жидкости.
Один из гидроударников обратного действия - гидроударник, разработанный Эрнестом Мори. В исходном положении поршень гидроударника прижимается пружиной к клапану, при этом перегородка препятствует про 20 ходу промывочной жидкости. При течении жидкости возрастающее давление прижимает клапан к поршню и поднимает вверх, прогибая пружину. Совместный подъем поршня и молотка, жестко связанного с клапаном, продолжается до тех пор, пока выступ молотка не упрется в перегородку. Это вызовет прекращения движения молотка, но поршень будет продолжать двигаться вверх по инерции вследствие того, что его площадь воспринимавшая давление жидкости, превышает площадь клапана.
Постановка и решение задачи по исследованию передачи динамической нагрузки по бурильной колонне
При разбуривании горизонтов верхний карбон, мячковский и подольский в интервале от 505 до 779 м пройдено 274 м, достигнута механическая скорость бурения 29 м/ч. При разбуривании намюрского и серпуховского ярусов и окского подъяруса в интервале от 959 до 1125 м проходка составила 176 м, механическая скорость 22 м/ч. С учетом неполного долбления всего пройдено 524 м, средняя проходка по полным долблениям 225 м, средняя механическая скорость 25,7 м. По оценочным скважинам проходка на долото 429 м, средняя скорость бурения 20,7 м/ч. При применении вибратора проходка на долото возросла на 37,8 %, механическая скорость - на 25%.
Из сопоставления результатов бурения следует, что вибратор позволяет увеличить механическую скорость бурения и проходку на долото (табл. 1.4). Кроме того, доказана работоспособность вибратора в условиях бурения наклонных и вертикальных скважин при промывке водой, а также глинистым раствором.
Данные таблицы 1.5 свидетельствуют об эффективности применения вибратора в компоновке с электробуром или турбобуром при проводке наклонных скважин. Из таблицы видно, что при бурении забойными двигателями в наклонных скважинах в любом случае возрастает проходка на долото. Это объясняется улучшением взаимодействия долота с забоем вследствие уменьшения сил трения бурильного инструмента при возбуждении продольных колебаний. Опытное бурение с вибратором при турбинном бурении также проводили при строительстве скв. 12007. Бурение вели буровой установкой «Уралмаш-3000 ЭУК», буровыми насосами У8-6М.
Промывочная жидкость: глинистый раствор плотностью 1140 кг/м , условной вязкостью 25 с, содержание песка 1%. Геологический разрез - валан-жинский ярус, вартовская свита. Бурение осуществлялось в интервале 2960-3049 м. Вибратор устанавливали между долотом и валом турбобура. Долото типа III 215,9 МЗГВ. При бурении скв. 12007 за одно долбление пробурено 89 м. Время механического бурения 7 ч, давление на стояке 18 МПа, механическая скорость 12,7 и/ч. Повышение механической скорости составляет более 30 %. Опытное бурение с вибратором при роторном бурении осуществлялось в условиях Азнакаевского УБР ПО «Татнефть» на Азнакаевской площади на скв. зо 23444. Назначение скважины — нагнетательная, глубина 1778 м, смещение 233 м. Бурение вели буровой установкой БУ-75БрЭ, оснащенной буровыми насосами БрН-1. Компоновка бурильного инструмента: долото 215,9 МЗГАУР02 №131, вибратор ВР-172, УБТ 178x50 мм длиной 65 м, бурильные трубы ТБПВ. Вибратор устанавливали между долотом и УБТ.
В интервале опытного бурения 1710-1776 м применяли глинистый рас-твор плотностью 1300 кг/м и условной вязкостью 27 с. Глинистый раствор содержал наполнитель - кордоволокно. Разбуриеваемые горизонты — сартаевский и пашийский — сложены крепкими и твердыми породами. При бурении скважины контролировали следующие параметры: расход промывочной жидкости, давление на стояке, нагрузку на долото, механическую скорость бурения и др. Нагрузка на долото составляла 130-140 кН. Бурение в интервале 1710-1732 м осуществлялось с одним насосом БрН-1, в интервале 1732-1776 м - с двумя. Давление на стояке при работе с одним насосом было равно 4 МПа, при работе с двумя насосами 7-8 МПа. Работу вибратора проверяли на устье скважины и контролировали в процессе бурения по индикатору веса, проходке и другими косвенными методами. Результаты бурения скважины приведены в таблице 1.6. Из таблицы видно, что при работе с одним насосом средняя скорость бурения составляет около 2,8 м/ч, при работе с двумя насосами - 4,4 м/ч. При использовании одного насоса колебания осевой нагрузки бурильного инструмента меньше, а при использовании двух насосов — больше.
Это объясняется следующим: с увеличением расхода жидкости пропорционально возрастает частота колебаний вибратора. Это частота приближается к собственной частоте колебаний низа бурильного инструмента и частоте вынужденных зубковых колебаний долота, т.е. зона работы приближается к резонансному режиму. Поэтому происходит увеличение амплитуды продольных колебаний, обеспечивается эффективное разрушение породы и повышение механической скорости бурения. На скв. 23444 в интервале бурения 1710-1776 м получена средняя механическая скорость 3,77 м/ч. На оценочных скв. 24446 и 24447 в этом интервале механическая скорость составила 2,33 м. Механическая скорость при бурении скв. 23444 вибратором ВР-172 возросла на 60 %.
Результаты бурения скважины подтверждают работоспособность вибратора. Об этом свидетельствуют увеличение механической скорости бурения, изменение амплитуды и частоты колебания осевой нагрузки и осмотр перекидного клапана после долбления.
С применением вибраторов в течение 1988-1991 г.г. был пробурен ряд скважин в условиях Азнакаевского и Бавлинского УБР. Некоторые особенности режимов бурения, данные о свойствах промывочной жидкости приведены в табл. 1.7 — 1.9. Из таблиц следует, что при использовании вибраторов показатели бурения существенно улучшаются.
Опытное бурение с вибратором ВР-172 также проводили в условиях Ям-бурга на скв. 6055. Были использованы буровая установка БУ-75БрЭ и буровые насосы УНБ-600. Промывочная жидкость: глинистый раствор плотностью 1100 кг/м , водоотдачей 6 см /мин, условной вязкостью 50 с, содержание песка 4-8 %. Давление на стояке 3 МПа. Геологический разрез - четвертичные отложения. Бурение осуществлялось под кондуктор в интервале 14-102 м. Анализ технических средств для бурения поисковых и сейсмических скважин показывает, что энерговооруженность бурового оборудования не позволяет осуществлять бурение с высокими технико-экономическими показателями. Поэтому наиболее актуальной задачей в системе бурения скважин малой глубины является оснащение оборудования дополнительными средствами воздействия на горные породы забоя скважины новыми повышенными энергоносителями. К таким техническим средствам относятся вибрационная техника. Известно, что при разрушении не только хрупких, но и пластичных пород ударная нагрузка под воздействием вибраторов приводит к повышению механической скорости бурения. Следовательно, задачей диссертационной работы является создание и исследование технических средств, для повышения эффективности вибрационно-вращательного бурения поисковых и сейсмических скважин. Для осуществления цели диссертационной работы были поставлены следующие задачи: 1 Анализ материалов по технике бурения и технических средств для виб рационного бурения поисковых и сейсмических скважин в труднодоступных и отдаленных районах при ведении геолого-разведочных работ. 2 Теоретические исследования вопросов бурения скважин вибро вращательным способом с целью выявления закономерностей углубления сква жин при действии различных технико-технологических факторов. 3 Разработка вибраторов и гидроударников, приспособленных для эф фективного бурения поисковых и сейсмических скважин. 4 Исследование на лабораторной модели эффективности работы гидровибраторов и гидроударников для вибровращательного бурения. 5 Промысловые испытания гидроударника для бурения вибровращательным способом в условиях проводки сейсмических скважин.
Факторы, влияющие на импульс удара поверхностного гидроударника
Устройство устанавливается под вертлюгом. В начальный момент пружина 18 разжата, тарелка находиться в верхнем положении. При протекании промывочной жидкости поршень 11 и соединенные с ним элементы движутся вверх за счет разницы давления под и над поршнем за счет разницы площадей над и под поршнем.
Движение происходит до закрытия тарелкой 16 каналов 13 поршня 11, происходит гидроудар, давление над поршнем резко увеличивается и тарелка движутся вниз и наносит удар по наковальне. Перед ударом стержень открывает тарелку, которая за счет разжатия пружины занимает исходное положение. Поршень за счет гидравлических сил двигается вверх. Цикл повторяется. Повышение показателей вращательного бурения при бурении неглубоких скважин данным устройством осуществляется за счет создания динамических нагрузок на долото и пульсированной промывки забоя скважины.
В нашем случае имеем задачу об ударе твердого тела (поршня), движущегося поступательно и прямолинейно, о неподвижную поверхность (наковальню). При этом процесс удара, как известно, подразумевается на две фазы (рисунок 3.3): фазу деформации и фазу восстановления. Фаза деформации продолжительностью ti отсчитывается от момента начала удара до момента наибольшей деформации тела, т.е. когда скорость изменяется от начальной, равной V (по формуле (3.35)), до нуля.
Теоретический анализ рабочих параметров гидроударника с проточной системой позволил создать простую схему механизма распределения движения жидкости в каналах при рабочем процессе. За счет применения двух подвижных систем удалось избежать применения в конструкции подвижных клапанных элементов, склонных к быстрому износу в среде промывочной жидкости, применяемой в качестве рабочего агента при бурении скважины.
На рисунке 3.8 представлена конструктивная схема гидроударника. В состав гидроударника входят следующие элементы: корпус, состоящий из двух (1 и 2) частей, двух поршней (3 и 4), размещенных в соответствующих полостях и двух разделительных перегородок 5 и 6. Под поршнем 3 размещена пружина 7, а поршни 3 и 4 снабжены герметизирующими манжетами 8,9 и 10. В нижней перегородке имеется шайба 11.
При подаче жидкости в полость под поршнем 3 под давлением рабочей жидкости поршень перемещается вниз до упора, находящегося в перегородке 5. При этом поршень 3 останавливается, а поршень 4 продолжает движение под действием сил инерции и наносит удар по перегородке 6, которая выполняет роль наковальни. В результате канал открывается, поршень 3 под действием пружины 7 перемещается вверх. Поршень 4 в свою очередь также начинает движение вверх под действием перепада давления в корпусе 2 и 8 в затрубном пространстве и закрывает каналы, находящиеся в нижней части поршня 3. Перепад давления тем больше, чем меньше отверстие в дроссельной шайбе 11. Перекрытие каналов вновь приводит к созданию условий, необходимых для перемещения обоих поршней вниз. Таким образом, рабочий цикл повторяется.
Простота конструкции гидроударника позволяет получить надежный механизм для создания ударной нагрузки на долото, необходимой для интенсификации процесса разрушения забоя скважины и повышения механической скорости бурения. За счет оптимального выбора массы ударной системы механизма такой гидроударник можно устанавливать не только непосредственно над долотом, но и на некотором расстоянии от долота. В результате ударная нагрузка будет способствовать более надежной и долговременной работе долота при бурении скважины.
1 Разработана конструктивная схема наземного гидроударника-пульсатора, боек которого является двухступенчатым поршнем. При этом поршень соединен с атмосферой, большой поршень снабжен клапаном, который в верхнем положении закрывает каналы большого поршня, а нижнем в положении - открывает.
2 Разработана динамика работы наземного гидроударника-пульсатора, описана передача ударных нагрузок от поршня наковальне, представлены аналитические методы расчета ударных нагрузок наземного гидроударника-пульсатора.
3 Импульс удара возрастает при увеличении диаметра поршня: при диаметре поршня 0,125 м импульс удара составляет 43 Не, при диаметре поршня 0,175 м импульс удара составляет 62 Н с при жесткости пружины 300 Н/м. 4 Импульс удара возрастает при увеличении массы поршня: при массе поршня 4 кг импульс удара составляет 32 Нх, при массе поршня 8 кг импульс удара составляет 64 Нх при давлении над клапаном 2,0 МПа.
5 При увеличении длины хода поршня импульс удара возрастает: при длине хода поршня 0.1 м импульс удара составляет 74 Нх, при длине хода поршня 0,2 м импульс удара составляет 105 Не при массе поршня 8 кг.
6 При увеличении давления над клапаном импульс удара возрастает: при давлении 1,5 МПа импульс удара составляет 34 Нх, при давлении 2,5 МПа импульс удара составляет 48 Нх при диаметре поршня 0,15 м.
Испытание модели гидроударника
Порядок испытания модели гидроударника следующий: 1 С помощью гибкой трубки модель гидроударника подключается к водопроводной системе. Один конец трубки соединяется с концом крышки, а второй к водопроводной системе. 2 Собирается испытательный стенд, соединив цилиндр со штуцером, предварительно поставив пружину. 3 После полной сборки, шток через окна в цилиндре опускается в крайнее нижнее положение, в котором шток упирается в пружину. 4 При включении воды произведем наблюдения, фиксируя результат давления на манометре и длину сжатия пружины. При этом необходимо поддерживать постоянное давление 0,1 МПа или 0,35 МПа путем уменьше ния или увеличения подачи воды в модель гидроударника. 5 Замеры, произведенные в каждом опыте, записываются, и с помощью таблицы тарировки пружины производится подсчет силы обратного хода поршня. 6 Каждый последующий опыт производится с открытием одного из восьми отверстия поршня. 7 Каждый опыт повторяется по 10 раз. 8 График зависимости силы обратного хода штока строится на основе средней арифметической величины. 9 Для уменьшения силы трения производится периодическая смазка и замеряется сила трения. 10 Величина сжатия пружины определяется с помощью линейки, замеряя количество миллиметров, на которое сжалась пружина. 11 При испытании модели гидроударника необходимо исключить все утечки и неплотности.
Планирование эксперимента начинается с выбора объекта исследования, в нашем случае объект исследования - это модель гидроударника, который изучается с целью отыскания оптимальных параметров входных и выходных диаметров и диаметра поршня для достижения на модели максимальной силы обратного хода штока.
Цель исследования называется целевой функцией или параметром оптимизации. Способы воздействия на объект исследования, в частности изме 71 нения давления и проходных отверстий поршня и штуцера, называют факторами.
Для того, чтобы прогнозировать значения целевой функции, необходимо параметр оптимизации связать с факторами некоторой функциональной зависимостью. Эту зависимость называют функцией, или поверхностью отклика или моделью объекта исследования [6].
Точка начала эксперимента называется нулевой или основной уровень. За основной уровень принимается: диаметр штуцера равный 1мм и диаметр отверстия поршня 9 мм при постоянном давлении 0,1 МПа. Начиная с основного уровня, проводим по 10 опытов на каждом уровне. Следующий уровень: первый достигается при диаметре штуцера 1мм и двух открытых отверстий поршня по 9 мм и при постоянном давлении 0,1 МПа и так далее.
Значит, при первом эксперименте за интервал варьирования принимается изменение диаметра на 1 мм штуцера и увеличения проходного сечения поршня на 9 мм при постоянном давлении 0,1 МПа.
Условия проведения опытного бурения приведены ниже. Испытание проводилось при бурении скважины глубиной 40 м № 61, профиля № 1240 Соро-ченской площади. Назначение скважины проведение микросейсмокаротажа для определения скорости продольных волн в верхней части разреза. Бурение проводилось буровой установкой УББ —2А-2, буровой насос НБ-50, промывочная жидкость техническая вода, давление на стояке 2..5 МПа.
Компоновка инструмента: Бурильные трубы диаметром 60,3 мм, долото двухлопастной диаметром 190 мм, гидроударник наземный устанавливается между вертлюгом и бурильной колонной.
Установка снабжена совмещенным ротором-вертлюгом, частота вращения ротора 140 об/мин. Нагрузка на долото создавалось гидравлическим нагружающим устройством 1,2...2,6 т.е. Геологический разрез скважины сложен отложениями четвертичного возраста, представлены суглинками и песками.
В результате испытания наземного гидроударника: пробурено 40 м горных пород за 1 долбление. Время бурения 20 минут, механическая скорость составила 2 м/мин. Для оценки результатов опытного бурения с применением наземного гидроударника сопоставлены показатели механической скорости соседних скважин, пробуренные на той же площади. Средняя механическая скорость по оценочным скважинам составила 1,64 м/мин.
В результате опытного бурения установлено:
1 При бурении скважины № 61 с применением наземного гидроударника получено превышение механической скорости бурения на 18%.
2 Для повышения эффективности бурения сейсмических и поисковых скважин наземный гидроударник рекомендуется к широкому внедрению.
