Ятло Дмитрий Витальевич
Институт горного дела и геологии
Кафедра: Технология и техника геологоразведочных работ
Специальность: Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых
Об авторе | Библиотека |Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел |
Автореферат по теме магистерской работы:
По теме моей магистерской работы широких исследований не проводилось. Известна одна статья в которой рассмотренны вопросы распространения гидроударной волны в гибких трубопроводах. Эта статья приведенна ниже.
Анализ конструктивных схем [1], а также опытно-конструкторские и экспериментальные работы, проведенные в Лаборатории ВНИИморгео, выявили перспективность пробоотборников с гидроударным приводом при опробовании мелкими скважинами рыхлых отложений шельфа.
Гидроударный привод пробоотборников, по сравнению с электрическим дебалансным, обладает рядом преимуществ. Привод позволяет увеличить до 5—6 м глубину опробования рыхлых отложений, являющуюся максимальной для легких технических средств [2]. При этом за счет частичного использования энергии напорной воды на гидравлически размыв призабойного пространства удается снизить необходимую ударную мощность привода, а также виброударное воздействие на колонковую трубу и отобранную колонку рыхлых отложений. Незначительные поперечные размеры и отсутствие выступающих частей делают возможным расположение привода узкой обоймой вокруг керноприемника не посредственно в призабойной части и смещение к забою центра тяжести конструкции. Тем самым облегчается стабилизация пробоотборника на дне в вертикальном положении.
Использование напорной воды для постоянной промывки и поддержания стенок скважины значительно облегчает извлечение пробоотборников с гидроударным приводом из рыхлых отложений дна. Кроме того, привод позволяет уменьшить габаритные размеры и вес конструкция и, следовательно, упростить вспомогательные операции, связанные с кантовкой, «вываливанием за борт», спуском и подъемом пробоотборника. Простота конструкции, отсутствие водоизолированых электрических обмоток и вращающихся частей увеличивают надежность и ресурс рабочего времени привода.
На рисунке приведена принципиальная схема привода морских пробоотборников. Привод состоит из насоса 1, гибкого трубопровода волновода 2, гидроударного механизма 3 и кольцевой гидромонитора насадки 4. Гидроударный механизм привода выполнен по схеме прямого действия с дифференциальным золотниковым распределением рабочей жидкости. Механизм включает (см. рисунок, б) молоток 5, возвратную пружину 6 и золотник 7.
При подаче воды от насоса 1 по гибкому трубопроводу 2 в полость гидроударного механизма 3 движется вниз молоток 5, сжимая возвратную пружину 6. Золотник 7 при этом удерживается давлением воды в верхнем положении, перекрывая перепускные окна 8. В крайнем нижнем положении молоток 5 перебрасывает золотник 7 вниз и наносит удар по режущему башмаку 9. При переброске золотника 7 в нижнее положение перепускные окна 8 открываются, давление в полости гидроударника падает и молоток 5 пружиной 6 возвращается в исходное положение. При движении вверх молоток 5 перебрасывает золотник 7 в верхнее положение, перепускные окна снова перекрываются и цикл повторяется. Отработанная в гидроударнике вода подается в кольцевую гидромониторную насадку 4 и узкой напорной струей выпускается на забой. Происходит интенсивный гидроразмыв призабойного пространства. Вынос с забоя разрушенной гидромониторной струей породы осуществляется обратным током воды вверх по скважине.
Таким образом, внедрение режущего башмака и отбор керна в пробоотборниках с гидроударным приводом осуществляются ударным способом, а внедрение корпуса снаряда — вибрационным с предварительном подмывом рыхлых отложений.
Испытания полноразмерного макета гидроударного пробоотборника, разработанного в Лаборатории ВНИИморгео, проводились в полевой период 1973 г. в пляжевой зоне и на мелководье открытого водоема. Рыхлые донные отложения были представлены глинами, разнозернистыми песками и их смесями с мелким галечником и ракушей. В качестве насoca использовалась пожарная мотопомпа МП-800Б производительностью до 800 л/мин при напоре 60 м. Напорная вода от мотопомпы к пробоотборнику подавалась по буровому рукаву с металлооплетками диаметром 50 мм и длиной 18 м. Запуск гидроударного привода производился установленным в напорной магистрали поворотным краном. Приводим основные технические характеристики макета: глубина опробования до 4 м; диаметр бурения 219 мм; диаметр керна 100 мм; способ упаковки керна — полиэтиленовый вкладыш; энергия удара 0,5— кгс-м; частота ударов 20—25 сек-1; напор гидромониторной струи 20 м; расход воды 400—450 л/мин; масса 120 кг. Бурение с помощью макета проботборника мелких скважин в прямой зоне проводилось с копра. При этом стабилизация снаряда в вертикальном положении осуществлялась натяжением троса только при забуривании скважины на глубину 0,4—0,5 м. Дальнейшиее бурение производилось при ослабленном тросе. Для контроля глубины внедрения на корпусе пробоотборника и гибком трубопроводе предусмотрены специальные отметки. По достижении заданной глубины снаряд ручной лебедкой извлекался из скважины и производилась выгрузка упакованной к полиэтиленовый вкладыш пробы.
Пробоотборник представляет собой обтекаемый снаряд, не имею¬щий выступающих за наружный диаметр частей и узлов. Основная масса пробоотборника сосредоточена в его призабойной части, где помещен, гидроударный механизм кольцевого сечения. Колонковая труба выполнена в виде трубчатой решетки, внутри которой располагается упакованный в полиэтиленовую пленку керн. Наверху пробоотборника предусмотрен поплавок, облегчающий стабилизацию пробоотборника на дне в вертикальном положении. Испытания макета гидроударного пробоотборника показали в целом работоспособность всех его основных узлов. Запуск привода пробоя отборника был надежен, работа устойчива. Незначительный процент отказов при запуске вызывался в основном засасыванием вместе с водой песка, вызывавшего заклинивание золотника.
Мощности привода пробоотборника оказалось достаточно для проведения мелких скважин на глубину до 5—6 м в рыхлых отложениях, представленных разнозернистыми песками и их смесями с мелким rалечником и ракушей при содержании последних до 10—15%. Скорости бурения по этим породам достигала 1,5—2 м/мин. При бурении по плотным глинам и пескам со значительным количеством галечника мощности привода оказывалось недостаточно. Поэтому скорость бурения уменьшалась до 0,1—2 м/мин, а в отдельных случаях падала до нуля. Для проведения мелких скважин в этих породах по данным проведенных авторами экспериментальных исследований необходимо увеличение в 4—5 раз энергии единичного удара и ударной мощности привода.
Замеры показали, что устье скважины несколько больше наружного диаметра пробоотборника. Глубина воронки не превышает 0,3—0,4м. На большей глубине диаметр скважины практически равен диаметру пробоотборника. Стенки скважины достаточно плотные и оползают лишь спустя несколько часов. Объясняется это, по-видимому, некоторым их уплотнением при вибрационном внедрении и извлечении пробоотборника, При опробовании рыхлых отложений пробоотборниками значительные осложнения связаны, как правило, с извлечением снарядов из скважин. При работе с гидроударным пробоотборником эта технологическая операция особых затруднений не вызывала. Извлечение пробоотборника с глубины до 6 м производилось при постоянной промывке скважины ручной лебедкой. Усилие на извлечение не превышало 0,5 т.
В ходе испытаний выявлены некоторые конструктивные недостатки керноприемника, из-за которых в отдельных случаях происходил разрыв полиэтиленового вкладыша и обводнение пробы. После их устранения обводнения керна не наблюдалось, плотность упаковки пробы была достаточно высокой и практически соответствовала плотности естественного залегания рыхлых отложений. Выход керна составлял 85—98%, перемешивания слоев отдельных литологических разностей не наблюдалось.
При работе с морскими колонковыми пробоотборниками значительные трудности и потери рабочего времени связаны с операцией извлечения керна из колонковой трубы. В пробоотборниках с гидроударным приводом за счет проведения скважин несколько большего, чем отбираемый керн, диаметра удается не только улучшить условия кернообразования, но и конструктивно выполнить керноприемник таким образом, чтобы свести к минимуму «свайный» эффект и облегчить извлечение пробы из снаряда.
По результатам испытаний макета гидроударного пробоотборника уточнены эксплуатационно-технические требования и разработано техническое задание на проектирование опытно-промышленной установки для опробования рыхлых морских отложений. В настоящее время такая установка разработана в Лаборатории ВНИИморгео и готовится к морским испытаниям.
В 1978г Л.Н. Нейтманом была проведена методика расчета гидроударного морских пробоотборников.
Гидравлическая схема привода включает центробежный насос, гибкий трубопровод и последовательно включенные в систему гидроударный механизм и гидромониторную насадку. В отдельных случаях гидромониторная насадка на выходе гидроударника может быть заменена другим функциональным элементом, однако это не вызывает существенного изменения в общей схеме и методике расчета привода.
Расчет цикла гидроударного механизма. В приводе морских пробоотборников в общем случае могут использоваться гидроударные механизмы, выполненные по схеме прямого, обратного или двойного действия. Если привод распологается в узком кольцевом пространстве вокруг кернопиемника, то предпочтительнее более простые по конструкции гидроударники прямого действия.
При расчете гидроударных механизмов полный цикл перемещения молотка разбивается на отдельные фазы, на каждой из которых определяются основные параметры движения. Основной фазой, определяющей характеристики гидроударника, является фаза разгона молотка. В гидроударном приводе пробоотборников процесс разгона молотка отличается рядом специфических особенностей. Формирование гидроударного импульса происходит в гибком трубопроводе, жесткость которого зависит от давления.
Как показали проведенные исследования, расчет перемещения, скорости и времени разгона молотка в гидроударном приводе пробоотборников при соответствующей корректировке постоянных сомножителей можно вести по известным зависимостям.
Рекомендуемые значения скоростей гидроударных волн в буровом рукаве с металлооплетками приведены в таблице:
|
Средняя скорость воды в рукаве, м/с |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
|
Скорость гидроударной волны, м/с |
190 |
245 |
320 |
395 |
500 |
Обоснование темы и названия, актуальность работы.
Гидроударные механизмы широко применяются при бурении скважин в нескальных донных отложениях морского шельфа. При этом в качестве трубопровода для подачи жидкости в скважину применяются как бурильные трубы, так и нагнетательные шланги высокого давления. При этом известные зависимости параметров рабочего цикла гидроударника от площади сечения канала трубопровода, но влияние свойств материала и толщины его стенки на протекание рабочего цикла не рассматривался. Хотя эти параметры определяют скорость распространения гидроударной волны в канале трубопровода, которая, в свою очередь, влияет на гидроударное давление в цилиндре механизма, а соответственно и на протекание рабочего цикла.
Таким образом, для практики гидроударного бурения скважин на шельфе весьма актуальной задачей является определение влияния параметров трубопровода на рабочую характеристику гидроударника. Это позволит более точно определять частотно-энергетические характеристики гидроударника в зависимости от применения с различными трубопроводами. В связи с этим тема работы является актуальной.
Связь работы с научными программами, планами, выполнение работы по заявке научного учреждения или производственной организации.
Работа выполнена по заявке ЗАО «Компания« Юговостокгаз »и связанная с реализацией Общегосударственной программы развития минерально-сырьевой базы Украины (Закон Украины от 22.02.2006 № 3458-IV).
Цель работы - установление влияния параметров трубопровода на характеристику рабочего цикла гидроударника для бурения скважин на шельфе и уточнения его энергетических характеристик при работе с различными трубопроводами.
Задачи исследования.
1. Разработка стенда для определения упругих параметров трубопровода и скорости распространения гидроударной волны.
2. Анализ влияния параметров трубопровода и скорости гидроударную волны на характеристику рабочего цикла гидроударника для бурения скважин на шельфе.
3. Совершенствование рекомендаций по технологии применения гидроударника при эксплуатации с различными трубопроводами.
Идея работы - определение закономерностей работы гидроударника при работе с трубопроводами с разными скоростями распространения гидроударной волны.
Объект и предмет исследования.
Объект исследований – гидроударные механизмы для бурения скважин на шельфе.
Предмет исследований - рабочие процессы в гидроударных механизмах для бурения скважин на шельфе.
Возможные результаты, которые ожидаются при выполнении работы, их новизна и значение.
Новые результаты:
- Зависимости рабочей характеристики гидроударника от параметров различных трубопроводов.
- Рекомендации по конструктивным параметрам гидроударника при его применении с различными трубопроводами.
Значение работы заключается в определении влияния упругих параметров трубопровода на работу гидроударного механизма и обоснование его конструктивных параметров для различных условий применения.
