Если пробоотбор выполняется в процессе бурения скважины, то на динамику бойка непосредственное влияние оказывает вид применяемой промывочной жидкости. В работе [1] предложена методика расчета параметров движения падающего бойка для случая заполнения скважины технической или морской водой. Однако, в ряде случаев, даже при бурении сква-жин на континентальном шельфе, возникает необходимость применения в качестве промы-вочной жидкости одного из видов глинистого раствора. В связи с этим требуется уточнить динамику бойка забивного пробоотборника применительно к неньютоновской жидкости. Что особенно важно, если необходимо выполнить согласование во времени движения бойка с движением захватывающего устройства, обеспечивающего его подъем в верхнее положение перед последующим сбрасыванием.
В зависимости от положения пробоотборника в скважине: вертикального или наклонного, возможны два крайних случая расположения бойка. В первом случае он распола-гается концентрично относительно корпуса, во втором – эксцентрично, двигаясь по лежачей стенке пробоотборника. Второй случай наиболее вероятен, поскольку невозможно забурива-ние строго вертикальной подводной скважины и кроме, того, в процессе бурения скважина претерпевает естественное искривление.
При эксцентричном расположении движение бойка на рабочем ходе происходит под действием силы тяжести G, выталкивающей силы Pа, сил лобового R и гидравлического Pг сопротивлений, силы трения Fтр:
где mб – масса бойка, кг;
– ускорение движения бойка, м/с2, 
– зенитный угол скважины, градус.
После подстановки выражений для G, Pa, R , Pг и Fтр равенство (1) принимает вид:
где g – ускорение силы тяжести, м/с2;
– плотность жидкости и материала бойка, кг/м3;
fтр – коэффициент трения движения; 
– коэффициент Дарси; D, d – внутренний диаметр корпуса и диаметр бойка, м; с – коэффициент лобового сопротивления; F – миделево сече-ние, м2; 
- скорость движения бойка, м/с.
Для интегрирования уравнения (2) необходимо знать величину коэффициента , который является функцией скорости течения жидкости при обтекании падающего бойка [2].
a) При структурном режиме течения
где Re* – обобщенный параметр Рейнольдса, равный
где kэ - коэффициент, учитывающий эксцентрическое расположение бойка [3]
– структурная вязкость жидкости, Па.с; 
– динамическое напряжение сдвига, Па; Vж – скорость движения жидкости в кольцевом пространстве (м/с), определяемая из условия неразрывности потока жидкости:
После выполнения преобразований уравнение (2) примет вид:
б) При турбулентном режиме течения
Тогда уравнения (2) запишем
В случае концентричного расположения уравнение движения бойка примет вид
а) При структурном режиме течения, когда
, уравнение (10) преобразуется
б) При турбулентном режиме течения, когда
, имеем
Решение конечных уравнений выполняется с учетом начальных условий
Используется численный метод Рунге-Кутта, который реализуется на ПЭВМ с помощью специально разработанных программ.
Анализ результатов расчета позволяет установить степень влияния конструктивных параметров ударного узла пробоотборника на скорость и координату движения падающего бойка.
Разгон бойка на начальной стадии рабочего хода происходит за счет действия силы тяжести G. Из приведенных в табл.2.1 расчетных значений скорости движения бойка, эксцентрично и концентрично расположенного в корпусе ударного узла, видно, что с увеличением массы его скорость возрастает незначительно.
По мере роста скорости движения пропорционально ее квадрату возрастает действие сил лобового R и особенно гидравлического Pг сопротивления. В результате чего падающий боек выходит на стадию равномерного движения. Значение скорости равномерного движения зависит от величины кольцевого зазора
между внутренним диаметром корпуса ударного узла и диаметром самого бойка. Увеличение разности диаметров приводит к уменьшению силы гидравлического сопротивления и, как следствие этого, возрастанию скорости падения бойка.
Скорость движения падающего бойка при эксцентричном расположении внутри корпуса ударного узла растет менее интенсивно, чем при концентричном. Это объясняется тем, что в случае наклонного положения пробоотборника в скважине уменьшается действие главной разгонной силы – силы тяжести, и появляется препятствующая движению бойка сила трения. Значение силы трения зависит от величины угла
. Ее действие можно уменьшить за счет повышенных требований к чистоте обработки внутренней поверхности корпуса удар-ного узла, но в любом случае она будет оказывать влияние на динамику бойка.
Графические зависимости скорости движения бойка массой 50 кг от пройденного пути в неньютоновской жидкости для случаев эксцентричного и концентричного расположения, полученные при варьировании величины кольцевого зазора от 3 до 5 мм, приведены на рис.1.
В случае, если движение бойка происходит в неньютоновской жидкости рост скорости происходит менее интенсивно по сравнению с движением бойка в ньютоновской жидкости (рис.2).
Таким образом, при определении скорости соударения бойка с наковальней пробоотборника, а также для согласования движения бойка и захватывающего устройства необходимо учитывать вид промывочной жидкости, заполняющей скважину.
Библиографический список
- Рязанов А.Н. Оценка точности методики инженерного расчета параметров движения бойка забивного пробоотборника // Наукові праці Донату: серія гірничо-геологічна. Випуск 23. – Донецьк, ДонДТУ, 2001. С.76-79.
- Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.– 331 с.
- Лейбензон Л.С. Собрание трудов, т.3. Нефтепромысловая механика. – М.: Изд–во Академии наук СССР, 1955. – 678 с.
Библиотека
Библиографический список
- Рязанов А.Н. Оценка точности методики инженерного расчета параметров движения бойка забивного пробоотборника // Наукові праці Донату: серія гірничо-геологічна. Випуск 23. – Донецьк, ДонДТУ, 2001. С.76-79.
- Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.– 331 с.
- Лейбензон Л.С. Собрание трудов, т.3. Нефтепромысловая механика. – М.: Изд–во Академии наук СССР, 1955. – 678 с.