Введение к работе
Актуальность. fc-'оЗ из базовых отраслей экономики является тошшБно-зпергєтігсоский комплекс, в который входит нефтяная и газовая промышленность. В настоящее время в добывающей промышленности основіінм является интенсивный метод развития, поэтому для повышения технико-экономических показателей необходимо совершенствование каждого звена в технологическом процессе. Одним из зиеньев этого процесса является буровое долото. Повышение эффективности использования долот путе.л улучшения их конструкций имеет первостепенное значение для дальнейшего роста скоростей бурения.
Так как разрушение горной породы буоением является основным рабочим процессом при проводке скважин, существует необходимость з совершенствовании породоразрушаицего инструмента для обеспечения болэе интенсивного и экономичного протекания этого процесса. Поэтому метода проектирования бурового инструмента должны базироваться на исследовании и количественном описании его работы, в том числе породоразрушащих элементов и самой разбуриваемой породы.
В связи с тем, что конструкторы бурового инструмента нэ имеют возможности наблвдать и изучать разрушение породы непосредственно на забое, возникает задача создания такой модели взаимодействия инструмента с забоем, которая давала бы возможность оценить действие долота на породу еще в процессе его конструирования. Действие нагрузки на долото вызывает в породе напряжения, которые и приводят к ее разрушению, поэтому задача сводится к построению полей напряжений и их сценки.
Изучение действия бурового инструмента на породу мелет производиться экспериментальным или теоретическим путем. Преимущества теоре'ткчоского анализа заключаются з том, что предварительные результаты для исследуемого варианта могут бить получены без изготовления инструмента. Этот анализ основан па ролеяин уравнений .математической Низшей, но в счязи со сло:оость<6 определения граничных условий, и функции, входящих п эти урз:;я-;нлл, ' но дает «солаедаго результата. Экспериментальный но путь д-'г:г достоверные результаты, однако тробуот болілих временных и ;.'.-.іоу-л-альных затрат.
Таким образом возникает необходимость соэд^н/я і':.\Ф. vo.,';-ля напряженного состояния на оаЗо-з, которая сокра:л''.та бы гг.:,'-
чество экспериментов и давала бы достоверней результат для конкретных геометрических параметров проектируемого бурового инст-г румента.,
Цель работы. Разработать комплексную методику исследована взаимодействия бурового долота с породой на стадия проектирования, породоразрушавдегскянструмента на основе геометрического моделирования напряженного состояния породы в зоне контакта с долотом.
Дня реализации указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:
- исследовать характер распределения напряжений в зоне кон
такта породы и инструмента методами тензорной геометрии;
.- разработать интерполяционную модель поля напряжений в породе при различных формах забоя;
разработать способ расчета напряженного состояния забоев разных форм, в зависимости от положения иняентсров породоразру-шавдих элементов ;
разработать методические рекомендации по выбору рационального расположения кнденторов на основе разработанных моделей;
разработать программный комплекс для автоматизированного проектирования буровых долот;
внедрить разработанную методику в практику проектирования породоразрусащего инструмента.
Методика исследований. Для решения поставленных в работе задач применены методы начертательной, аналитической, дифференциальной, тензорной геометрии и теории поля, численных методов и вычислительной геометрии, методов прикладного программирования.
. Теоретической базсй проведенных исследований явились работы;
по вопросам начертательной, аналитической к дифференци- ' альной геометрии, численных методов, теории параметризации: К.С.Бахвалова, А.В.Бубенникова, Е.А.Волкова, М.Я.Выгодского, Н.В.ЕфимоБа, Л.Б.Зельдовича, К.Н.Калиткина, С.Н.Ковалева, М.Прат-та, Ф.Препараты, А.Фокса, Н.ФЛетверухина, М.Шекдаса и других;
по вопросам тензорной геометрии: А.И.Борисенко,.П.А.Ка-льчевского, И.С.Сокольникова, й.Е.Тарапова ц других;
в области автоматизированного проектирования и машинной графики: Я.В.Василишика, Й.Гардана, В.Гилоя, А.Г.Горелика, И.И.Ко-
това. Д.Мак-Кракена, В.Е.Михайленко, 7.Ньтена, В.А.Осдаова, B.C.Полозова, М.Д.Принса, О.л.Сэменкова, Р.Спрулда, Б.С.Уокера, Р.Фсрсзйга, С.А.Фролова, П.З.іСрковского и других;
- специфика задачи потребовала обратиться к работам по ме
ханике гораых пород, теории разрушения, механикэ твердого дефор
мируемого тела, проектировании буровых долот: Х.Бока, Д.В.Зршо--
ва, &.Я.Леонова, А.К.Дибэрмана. М.Р.Мавлютова, 3.А.Максимова,
й.И.Протасова, Ю.Н.Работнова, А.ІІ.СпиЕака, Р.м.ЗЯгелеса, Г.П.Черепанова и других.
Научную новизну диссертационной работы составляют:
установление зависимости можду формой рабочего органа бурового инструмента и формой забоя, образованного ям;
интерполяционная тензорно-гэомэтрическая модель поля напряжений для различных форм забоя;
плоскостная и пространственная геометрические модели разметания индэкторов на забое;
технология автоматизированного геометрического моделирования размещения.инденторов. в завиокмости от напрякенно-дефор-кированного состояния забоя.
практическая ценность работы состоит в усовершенствование-технологии проектирования буровых долот на основе созданной методики и пгогралмных средств автоматкзіфованного проектирования располонения ігадзнтороз на забое, позволяющей размещать зубья на инструменте, а также в практических рекомендациях по такому размещению.
На залиту выносятся:
пололсения, представляющие научную новизну и программное обеспечение процесса размещения зубьев на буровом долоте.
Реализация работы. Практическое внедрение результатов диссертационной работы осуществлено:
в предприятии ЙНТЙШРСЙКТ (г. ІСиев) для проектирования -буровых долот шарошечного типа с учетом эффективности поражения забоя z одадаемим годовой эффектом 12,5 (двенадцать с половиной] тыс. руб. ^
а учебный процесс.на кафадре начертатольной геометрия к грь'іаки у-ванс—іранкоьского института нефту и газа по курсу "Автоматизация чертежне—графических работ" для специальности 17.02 "ааашины я оберудованяз нефтяных и газовых проглгелов".
Апробация работы. Основные положеная диесертационьой работы доложены на X Всесоюзном научно-методическом семинаре "Икке-т верная и машинная графика" (г. Полтава, 1991 г.) , на Международной научно-технической конференции "Проблемы графической технологии" (г. Севастополь, 1991 г.) , на 50-й, 51-й, 52-й научно-практических конференциях КЙСИ (г. Киев, 1SS9 - 1991 г.г.) , на научных семинарах кафедры начертательной л'чометрии, инженерной и машинной графики КИСИ (г. Киев, .1939 - 19S1 г.г}.
Структура работы и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы из 116 наименований, приложения и содержим 90 страниц машинописного текста, 34 рисункор, 3 таблиц.