Введение к работе
Актуальность работы. Трехшарошечные долота остаются в настоящее время преобладающим породоразрушающим инструментом для бурения нефтяных и газовых скважин. При этом доля долот с твердосплавным вооружением шарошек с каждым годом повышается в связи увеличением глубин разведочных и эксплуатационных скважин, нижняя часть которых сложена твердыми абразивными породами. На технико-экономические показатели бурения скважин, качество и продолжительность их строительства существенное влияние оказывает механическая скорость проходки, которая напрямую зависит от частоты вращения долота. Чем быстрее пробурена скважина, тем меньше возникает осложнений в процессе бурения н, соответственно, выше ее качество и ниже себестоимость. Однако повышение частоты вращения долота имеет отрицательные последствия, связанные с сокращением времени пребывания его на забое вследствие ускоренного износа, прежде всего опор шарошек. Преждевременный износ опор шарошек усугубляется существенной неравномерностью их нагружения при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Приложенная к долоту отклоняющая сила дополнительно перекашивает шарошку относительно цапфы, создавая неблагоприятный режим работы цилиндрических подшипников. Таким образом, выигранное время от увеличения механической скорости проходки проигрывается за счет увеличения количества спуско-подъемных операций.
Прорывом в повышении долговечности опор шарошечных долот явилось создание долот с герметизированными маслонаполненными опорами и разделительными компенсаторами давления. Долговечность шарошечных долот увеличилась многократно, но только при низких частотах вращения. Опыт эксплуатации шарошечных долот с герметизированными маслонаполненными опорами при повышенных частотах вращения показал,
что опоры перегреваются, в результате чего в первую очередь выходят из строя уплотнения. Проникновение промывочной жидкости из скважины в опоры изменяет характер изнашивания материалов опоры и шарошки, приводя к заклиниванию шарошек.
Пельи работы является повышение долговечности шарошечных долот с герметизированными маслонаполнениыми опорами при повышенных частотах вращения в условиях наклонно-направленного бурения.
Задачи исследования
1 Анализ литературных источников по совершенствованию систем
герметизации и смазки подшипников спор шарошечных долот.
2 Совершенствование экспериментального стенда и разработка
методики для исследования эффективности новых технических решений по
совершенствованию систем герметизации подшипников опор.
3 Разработка, исследование и экспериментальное обоснование работы
новых решений систем герметизации опор шарошечных долот для
- повышенных частот вращения, в том числе для условий наклонно-направленного бурения.
4 Разработка и обоснование новых технических решений
принудительной системы смазки подшипников опор шарошечных долот.
Методы решения поставленных задач
1 Аналитические исследования в соответствии с законами механики
деформируемого твердого тела с применением метода конечных элементов.
2 Экспериментальные стендовые исследования с применением
современных методов планирования эксперимента, современных приборов
измерения и методов статистической обработки результатов.
3 Поиск новых технических решений, их конструкторская проработка,
изготовление и стендовые испытания.
Научная новизна
1 Определены численным методом конечных элементов зоны равных
упругих деформаций на теизометрической втулке экспериментального стенда для крепления первичных датчиков, что позволило существенно повысить точность измерения параметров работы узла герметизации опор шарошечных долот.
2 Обоснована и экспериментально подтверждена возможность
улучшения деформационной характеристики н снижения момента трения
эластичного кольца относительно шарошки за счет выполнения
профилированной канавки переменной глубины с образованием полости под
кольцом, сообщенной уравнительными каналами с полостью опоры или со
скважиной.
3 Определены экспериментальные зависимости основных показателей
работы новой конструкции узла герметизации от определяющих факторов,
позволившие уточнить его оптимальные геометрические параметры из
условия минимального сопротивления вращения.
4 Обосновано аналитически и предложено техническое решение
циркуляционной системы смазки опор шарошечных долот, выполненной в
виде винтового насоса, расположенного в наддолотном лубрикаторе.
Практическая ценность работы
Усовершенствованная система измерения экспериментального стенда для исследований работы узлов герметизации опор шарошечных долот и результаты исследований по совершенствованию системы герметизации и системы смазки опор шарошечных долот используются в учебном процессе при выполнении исследовательской части выпускных квалификационных работ, курсовых и дипломных проектирований для подготовки студентов специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» в УГНТУ.
Основные защищаемые положения
1 Усовершенствованная измерительная часть экспериментального стенда для исследований герметизирующих узлов опор шарошечных долот.
2 Новое техническое решение и результаты экспериментальных
исследований работы узла герметизации опор шарошечных долот,
предназначенных для эксплуатации при повышенных частотах вращения и в
условиях наклонно-направленпых скважин.
3 Новое техническое решение и результаты аналитических
исследований работы циркуляционной системы смазки опор шарошечных
долот.
Аппобапия работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на 56-Й и 57-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Уфимского государственного нефтяного технического университета (2005 г., 2006 г.), Международной научно-технической конференции «Повышение качества строительства скважин» (2005 г., г. Уфа), а также на научно-технических семинарах кафедры «Нефте газопромысловое оборудование» Уфимского государственного нефтяного технического университета (2005 г., 2006 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 2 статьи, одна из которых опубликована в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки РФ, и тезисы 3-х докладов.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка литературных источников из 175 наименований и приложения. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 74 формулы и 18 таблиц.
