ДонНТУ   Портал магистров

Реферат

Содержание

Введення

Відбір проб вугілля і вміщуючих порід є важливою складовою буріння будь геологорозвідувальної свердловини, але нових засобів для відбору цих проб, на поточний момент, не створюється.

Вважається що технологічні снаряди, створені раніше, у повному обсязі задовольняють всі потреби в галузі. Тривалий період розробки нових технічних засобів в країнах СНД не велися.

Потреба ж сучасного геологорозвідувального буріння в сучасному технологічному інструменті, поступово, стала виходити на перше місце. Все більше науково дослідних інститутів розморожує свої розробки і намагається надолужити згаяний час.

Захід (Канада, США) і схід (Китай) навпаки старалися, що б даний напрямок досліджень і виробництво відповідного обладнання не відставало від основних напрямків. Ведуться активні розробки як нової технології, так нової техніки для відбору якісних проб у необхідному обсязі.

Метою даної роботи є спроба на підставі раніше отриманих результатів, отримати новий технічний засіб для відбору проб гірських порід у складних геологічних умовах, з якомога, більше ефективністю.

1. Актуальність теми

Для відбору керна в нестійких пародії застосовуються подвійні колонкові труби. Дані снаряди розділяється на ежекторні і не ежекторні.

Подвійні колонкові труби виконуються з обертається і не обертається внутрішньої трубою і як правило бувають двох типів ДЕС-В і ДЕС-Н.

Принцип відбору проб таким снарядом полягає в наступному: свердловину проходять простий одинарної колонкової трубою, а на який нас цікавить інтервалі глибин відбувається зміна снаряда на спеціальний (подвійний колонкові снаряд) далі ведеться відбір проб з пониженим значенням основних параметрів режиму буріння.

Найбільшу ефективність відбору керна в нестійких пародії показують снаряди, які реалізують зворотну промивку при відборі слабостійких породи. Зворотній промивка створюється за допомогою ежекторного насоса вбудовується в технологічний інструмент.

Темою даної дипломної роботи є створення подвійного ежекторного колонкового снаряда, для відбору проб вугілля і вміщуючих народ за допомогою зворотного промивання. В основі виконання роботи лежить раніше розроблене технічний засіб ЕКС-П.

2. Мета розробки і завдання.

Мета: розробити новий технічний засіб для відбору керна в нестійких породах, зробити порівняльний аналіз розрахунку ежекторного насоса за двома відмінним методиками.

У ході виконання магістерської роботи необхідно вирішити наступні завдання:

1. Провести аналіз існуючих технічних засобів для відбору керна в нестійких породах. Визначити оптимальну конструкцію.

2. Розробити конструкцію технічного засобу відповідно до заданий-ними параметрами і розмірами.

3. Провести розрахунок ежекторного вузла, отримати його технічні характеристики і геометричні розміри.

4. Виконати порівняльний аналіз розрахованих параметрів за методикою застосовуваної на кафедрі ТТГР і методикою використовуваної на гірській кафедрі.

Методи дослідження – узагальнення інформації про раніше розроблених пристроях, проведення математичних розрахунків.

3. Аналітичний огляд аналогів розроблюваного пристрою

Аналогами розроблюваного кошти є труби типу ДЕС-Н і ДЕС-В. Снаряди такого типу широко застосовуються при бурінні в нестійких тріщинуватих порода.

Эжекторный снаряд ДЕС-В

Малюнок 3.1 – Эжекторный снаряд ДЕС-В

Для створення зворотного промивання при бурінні в переслаивающихся за твердістю породах, в яких часто спостерігається підклинювання керна, за рахунок його виборчого стирання в деяких подвійних колонкових трубах вбудовані ежекторні насоси.

Ежекторні колонкові снаряди (ЕКС) прості по конструкції, тому розроблялися не тільки в проектних інститутах, але і в тематичних партіях геологорозвідувальних експедиціях.

На рис 3.1 наведена схема подвійного ежекторного снаряда ДЕС-В обурного типу з обертається внутрішньої трубою конструкції ЦНІГРІ.

Основним елементом такого снаряда є ежекторний насос (ежектор) складається з насадки 2, камери змішування 3 (приймальна камера) і дифузора 4.

У насосі відбувається передача енергії від робочого потоку з великим запасом енергії до засмоктує (ежектіруемому) потоку з меншим запасом енергії.

Робочий потік промивної рідини через перехідник 1 надходить у насадку 2 з отвором 8-12 мм. Звужуючись в насадці 2, потік збільшує швидкість до 30 м /с.

З конусної насадки робоча рідина потрапляє в камеру змішування 3 і далі в плавно розширюється дифузор 4.

Через бічний канал в перехіднику 5 рідина виходить у простір між зовнішньою трубою 9 і внутрішньої трубою 6 і потрапляє в затрубний простір.

Тут потік розділяється на два потоки: один – спрямований вгору,рівний по витраті робітникові, і інший – спрямований вниз, рівний по витраті ежектіруемому потоку, який омиває коронку 11 і проходить в зазор між керном і внутрішньої колонкової трубою 6.

Рух ежектіруемого потоку відбувається за такою причини, яка виходить із отвори насадки 2 струмінь на початку свого формування складається з внутрішньої області - сужающегося ядра і зовнішньої області, розширюється прикордонного шару. Надалі ядро струменя зникає і вся струмінь складається тільки з прикордонного шару.

Прикордонний шар являє собою вихревую оболонку, всмоктувальну всередину себе частки навколишнього її рідини або повітря і захопливу їх у свій рух.

Завдяки цьому в камері змішування тиск різко знижується на величину швидкісного напору робочого потоку, т.е створюється депресія (розрідження).

Тому в камеру 3 через всмоктувальні отвори перехідника 5 починає надходити ежектіруемая (підсмоктуватиметься) рідину з внутрішньої колонкової труби 10 через шламову трубу 8, розтруб 7 і трубу 6.
Таким чином, кінетична енергія робочого потоку частково передається ежектіруемому потоку.

У камері змішувача 3 струменя рідини змішуються і надходять у диф-фузор 4, який є перетворювачем кінетичної енергії загального потоку в енергію напору. Створюється потік, спрямований вгору і забезпечує зворотний промивку та підвищення виходу керна.

Співвідношення витрат ежектіруемого і робочого потоків називається коефіцієнтом ежекції.

Заклинювання керна в трубі відбувається за рахунок його захоплення частинками шламу, при зменшенні в кінці рейсу подачі промивної рідини до 10-15 л/хв.

При этом прекращается подсос жидкости эжекторным насосом. Частицы породы осаждаются в зазоре между трубой и керном и заклинивают его [1].

При цьому припиняється підсмоктування рідини ежекторним насосом. Частинки породи осідають в зазорі між трубою і керном і заклинюють його [1].

На золоторудних родовищах в Середній Азії і на Україні використовується ежекторний снаряд ДЕС-Н з невращающейся внутрішньої трубою конструкції КазІМСа.
Такі подвійні труби дають високий вихід керна при алмазному бурінні в твердих тріщинуватих породах за рахунок створення стабільного висхідного потоку у внутрішній керноприймальна трубі.

Недоліком ежекторних снарядів є невелика довжина рейсу 1-1,8 м через зменшення кількості підсмоктуватиметься рідини по мірі заповнення труби аж до припинення потоку.

Для буріння малим діаметром з слабкий подачею (30-40 л / хв) в інституті КазІМС розроблені ежекторні снаряди, у яких за допомогою спеціальних коронок і кілець на зовнішній поверхні труби висхідному потоку в просторі між трубою і стінками свердловини створюється постійно діючі гідравлічні опору, що забезпечують стабільне протягом висхідного потоку всередині керноприймальна труби.

Конструкція подвійний ежекторної труби Н. Н. Суманеева і М. І. Плеханова дозволяє переходити з зворотного промивання на пряму.

Эжекторный снаряд ДЭС-Н

Малюнок 3.2 – Эжекторный снаряд ДЕС-Н
1 – переходник; 2 – насадка; 3 – наружная труба; 4 – диффузор;
5 – контргайка; 6 – опорный винт; 7 – уплотнительная манжета;
8 – корпус подшипникового узла; 9 – шариковый подшипник: 10 – кольцо;
11 – поджимная гайка; 12 – внутренняя труба; 13 – лепестковый кернодержатель; 14 – корпус кернодержателя; 15 – кольцо;
16 – твердосплавная коронка

Насадка ежектора встановлена в поршні і подпружинена. Перед постановкою на забій у снаряд подається рідина, кількість якої перевищує необхідний при бурінні витрата. За рахунок надлишкового тиску рідини поршень з насадкою переміщується вниз, стискаючи пружину.При зменшенні витрати рідини поршень з насадкою пружиною піднімається вгору, відкривається камера змішання і починає працювати ежектор, створюючи зворотний промивання [1].

4. Разработываемый механизм

При бурінні даними снарядом ежектіруемий потім, захоплюючи з керноприймальна труби 21 невеликий кернових матеріал, піднімається вгору по центральній трубі 14 і через радіальний канал виходить в шламосборник 12. При виході з радіального каналу дрібні частинки кернового матеріалу під дією відцентрових сил відкидаються до стінки шламозбірника і осідають вниз, а рідина, звільнена від кернового матеріалу, через верхній радіальний канал надходить у ежекторний насос.

Для вилучення керна і кернового матеріалу відгвинчують бурову коронку і керноприймальна трубу разом зі шламозбірника витягають з снаряда. Після цього послаблюють гвинт 17, відокремлюють шламосборник від керноприймальна труби і витягають окремо керн і кернових матеріал. Звільнені від керна і кернового матеріалу керноприймальна трубу і шламосборник з'єднують, закріплюють стопорним гвинтом, вставляють у снаряд, нагвинчують коронку - і снаряд готовий до роботи. Пристрої представлено на малюнку 4.1.

Двойной колонковый эжекторный снаряд ЭКСП-П

Малюнок 4.1 – Эжекторный снаряд ЭКС-П

Пристрій складається їх трьох перехідників 1, 16, 19; розподільного вкладиша 2 і приєднаного до нього розподільного патрубка 4 який перекриває скидайте з поверхні кулька 3. Допоміжним каналом з розподільним вкладишем 2 пов'язана насадка 5, в якій утворюється перепад тиск в камері змішування і потік захоплюється в дифузор 7 приєднаний у розподільний перехідник 8 у якому розташований наголовник 9. У розріз розподільного перехідника вставлені гумові прокладки. Нижче розташований шламосборник 11,12 який утворює з зовнішньої трубою 13 камеру збору шламу.

Керн надходить через коронку 24 у внутрішню приймальну трубу 21 до упору 22. При вилученні труби на поверхню внутрішня труба піднімається і витягується першої, вивільняючи кернодержательние сектора 23, які захоплюють і утримують керн від вивалювання назад на забій (мал. 4.2).

Рух керну у трубі

Малюнок 4.2 – Рух керно по внутренії трубі
(анімація: 5 кадрів, 7 циклів, 164 кілобайт)

При упорі керна у звуженні відбувається деформація прокладки 10, що дозволяє зменшити механічний вплив на керн з боку звуженні внутрішньої труби. Фільтр 20 вставлений в перехідник 19 має заглушку в нижньому торці і 4 отвори з боків, це дозволяє зменшити гідравлічне вплив на керн з боку потоку рідини при прямій промивки [4].

Висновки

Розробка нових підходів вирішення старих проблем і удосконалення існуючих пристрій для відбору проб слабких тріщинуватих порід дозволяє зберегти всі достоїнства і усунути частина недоліків раніше розроблених пристроїв, що дозволяє заощадити матеріальні фонди. В умовах фінансового дефіциту, такий спосіб вирішення проблем з введенням нового обладнання переважний, оскільки розробка нових технологічних рішень трудомісткий і ресурсномісткий процес.

У результаті удосконалення подвійного ежекторного снаряда ЕКС, був введений новий більш якісний механізм захоплення і утримання керна, так само були зменшені навантаження на керн з боку верхнього торця керноприймальна труби.

Наявність шламозбірника дозволяє проводити очищення розчину всередині бурового снаряд, запобігаючи тим самим зашламованіе внутрішніх отворів невеликого діаметра.

Пристрій дозволяє зробити якісний стрибок у відборі керна в порівнянні з одинарними трубами, і підвищує вихід керна в порівнянні з подвійними трубами аналогічної конструкції.

Перелік джерел

  1. Пилипец В.И. Бурение скважин и добыча полезных ископаемых. – Донецк, ООО «Типография «Новый мир» 2010.– 760 с
  2. Методичні вказівки до курсового проектування буріння свердловин на тверді корисні копалини/ А.С. Юшков.– Донецьк, ДоНТУ, 2008.–23с.
  3. Правила безопасности при геологоразведочных работах и бурении скважин технического значения / Госгортехнадзор Украины; Госкомитет Украины по угольной промышленности. – Донецк, 1993.-147с.
  4. Гребенюк А. А. Техника и технология получения керна. – М.: Недра, 1973
  5. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты.–3-e изд., перераб,.–М:. Энергоатомиздат, 1989.–352 с.: ил.
  6. Воздвиженский Б. И., Волков С. А., Волков А. С. Колонковое бурение. Учебное пособие для вузов.–М.; Недра, 1982. 360с.
  7. Ганджумян Р. А., Калинин А. Г., Сердюк Н. И. Расчеты в бурении/Справочное пособие/ Подредакцией А. Г. Калинина, - М: РГГРУ,2007.–668 стр.