RUS | ENG || ДонНТУ> Портал магістрів ДонНТУ
Магістр ДонНТУ Козаченко Тетяна Сергіївна

Козаченко Тетяна Сергіївна

Горно-геологічний факультет

Кафедра технології та техніки геологорозвідувальних робіт

Спеціальність: Технологія та техніка розвідки родовищ корисних копалин


Тема магістерської роботи:

Розробка пульсаційного насосного агрегата для буріння свердловин у складних горно-геологічних умовах

Керівник: Рязанов Андрій Миколайович

Матеріали до теми випускної роботи: Про автора

Реферат з теми випускної роботи

Введення

Пристрій, що розробляється, відноситься до насособудівництва, стосується пульсуючих насосів і може бути використане при бурінні свердловин в умовах повного поглинання промивальної рідини.

Мета і завдання роботи

Метою магістерської роботи є - розробка математичної моделі роботи пульсуючого насоса для буріння в свердловинах з низьким динамічним рівнем, встановлення закономірності роботи, розробка практичної конструкції цього механізму.
В ході роботи необхідно вирішити наступні завдання:

  1. визначити мінімальну швидкість висхідного потоку промивальної рідини, що забезпечує винесення частинок зруйнованої породи в шламову трубу, і відповідну нею витрату;

  2. визначити час руху частинки породи від забою до шламової труби;

  3. встановити характер залежності витрати промивальної рідини від часу;

  4. визначити тривалість етапу витіснення і раціональну довжину циліндра насоса;

  5. визначити час на заповнення рідиною циліндра;

  6. визначити частоту пульсацій.

Передбачувана наукова новизна

На підставі рівняння Бернуллі для несталого потоку реальної рідини буде розроблена математична модель робочого циклу пульсаційного насосного агрегату для буріння свердловин в умовах повного поглинання промивальної рідини.
В ході виконання роботи планується:

  1. виконати аналіз конструкцій сучасних технічних засобів для буріння інтервалів свердловини, що характеризуються інтенсивним поглинанням промивальної рідини, виділені їх область застосування, переваги і недоліки;

  2. визначені раціональні конструкторські параметри пульсаційного насоса 89мм для буріння в свердловинах з низьким динамічним рівнем;

  3. проведені дослідження роботи пристрою;

  4. визначений очікуваний ефект;

  5. Розроблена конструкція погружного об'ємного пневматичного витіснювача, виконані робочі креслення.

Передбачувана практична цінність

Для Донбасу вельми актуальною залишається невирішена до цих пір проблема підвищення ефективності буріння свердловин в умовах поглинання промивальної рідини в проникні зони геологічного, і особливо техногенного характеру.[12] В цьому випадку спостерігається значне пониження динамічного рівня рідини в свердловині. Витрати часу і засобів на ліквідацію поглинання, виробництво і доставку очисного агента, а також усунення можливих наслідків різкого зниження рівня рідини, стінок свердловини, що полягають в обвалі, істотно знижують ефективність бурових робіт.
Саме у подібних умовах доцільно використовувати прізабойную пульсуючу промивку забою свердловини рідиною, що залишилася в ній, із застосуванням погружних пневматичних витіснювачів.
Технологія прізабійної промивки екологічна, оскільки здійснюється природним очисним агентом, що знаходиться в свердловині, без спеціальних реагентів. При цьому немає необхідності доставки на бурову промивальної рідини.

Огляд існуючих досліджень і розробок.

У перших конструкціях снарядів для буріння з місцевою циркуляцією робилися тільки додаткові отвори для виведення рідини в затрубний простір при ходінні снаряда. Згодом для поліпшення циркуляції рідини нижче за отвори почали поміщати кульовий клапан, що забезпечувало надійнішу циркуляцію рідини і краще просування керна всередину колонкової труби.  [2,c. 58-63; 5,c. 124-129]

Буріння з місцевою циркуляцією, здійснюваний звичайними снарядами
Рисунок 1. Буріння з місцевою циркуляцією, здійснюваний звичайними снарядами
буріння з місцевою циркуляцією, здійснюваний звичайними снарядами
Анімація буріння з місцевою циркуляцією,
здійснюваний звичайними снарядами
(7 кадрів, розмір 80,7 Kb)

Спосіб буріння з місцевою циркуляцією, здійснюваний звичайними снарядами, має ряд недоліків, які обмежували його розповсюдження. Основними з них є наступні: необхідність частого ходіння снаряда, що при ручній подачі або з лебідки стомлює машиніста і приводить до швидкого зносу бурового устаткування; випадання керна з колонкової труби при ходінні снаряда і руйнування його коронкою; зашламування свердловини, що приводить до аварій; зашламування кульового клапана з припиненням циркуляції рідини і затиранням керна в колонковій трубі; різке зниження проходки за рейс при бурінні сипких або дуже в'язких грунтів. [1,c. 84-87; 8,c. 144-145, 4.]
Дослідження цього способу буріння привели до створення погружних насосів, що приводяться в дію стислим повітрям, і розробки принципово нових схем буріння з їх використанням.
Перспективна при промивці свердловин з незначною кількістю рідини в прізабійній частині, технологічна схема з використанням поршневого насоса з приводом від пневмодвигуна, розроблена В.В. Кудряшовим.
Проте, широкого розповсюдження така схема не знайшла унаслідок ряду недоліків, властивих що включається в її склад поршневим пневмонасосам, а саме: конструктивна складність, викликана необхідністю ретельної герметизації робочих камер і застосуванням власної лубрикаторної системи для мастила тих, що труться поверхонь; ненадійність в зашламованому середовищі золотникового розподілу робочого агента; висока вартість. У США вперше розроблений і апробований у виробничих умовах погружной пневматичний пульсаційний насос, технологічна схема буріння свердловини із застосуванням якого, приведена на рисунку 2. [7,c. 46-49; 3,c. 182-185,11]

Схема буріння з місцевою промивкою, що створює пульсаційний насос
Рисунок 2. Схема буріння з місцевою промивкою, що створює пульсаційний насос.

З метою підвищення надійності, шляхом узгодження роботи розподільника з процесами нагнітання і всмоктування промивальної рідини, в робочій порожнині насоса розроблений пульсаційний насосний агрегат по а.с. №769086 F04в 47/00 1978. Це досягається тим, що розподільний механізм має додатковий поплавцевий клапан, встановлений з можливістю осьового переміщення щодо тяги і розташований над поршнем, причому останній з боку верхнього торця забезпечений сідлом для взаємодії із згаданим поплавцевим клапаном і крізними осьовими отворами, а з боку нижнього торця є пружина.  [9,c.203-204. 5,6]
На рисунку 3а зображений подовжній розріз ППН з положенням деталей вузла розподільного механізму у верхньому крайньому (при нагнітанні рідини з робочої порожнини насоса в свердловину), на рисунку 3б - теж деталі вузла розподільного механізму в нижньому положенні (при всмоктуванні рідини із затрубного простору свердловини).

Подовжній розріз ППН з положенням деталей вузла розподільного механізму
Рисунок 3. Подовжній розріз ППН з положенням деталей вузла розподільного механізму

Найбільш близьким по технічній суті до пристрою, що розробляється, є пульсаційний насосний агрегат по а. с. № 987173 F 04в 47/00, 1981. Його конструкція складається із зібраних в одному корпусі двохклапанного повітророзподільного механізму ВМ, що погоджує пристрою і насоса.  [1,c. 93-95; 10,c. 32-33]

Пульсаційний насосний агрегат по а. с. № 987173 F 04в 47/00
Рисунок 4. Пульсаційний насосний агрегат по а. с. № 987173 F 04в 47/00

Недоліком відомого механізму є конструктивна складність, крім того, застосування кулькового замку обусловлює висока контактна напруга в затворі, золотнику і корпусі, що негативно позначається на надійності роботи пристрою.

Плановані і отримані власні результати.

Пульсаційні насоси можуть бути вельми ефективними при бурінні зон, пов'язаних з поглинанням промивальної рідини, у тому числі і техногенного характеру. Їх застосування може дати вельми відчутний економічний ефект у зв'язку з економією на промивальних рідинах при проходці свердловин. У роботі запропонована методика розрахунку робочих параметрів пульсаційного насоса, що реалізовує внутрішньосвердловинну пряму циркуляцію промивальної рідини. Розроблена практична конструкція пульсаційного агрегату з пневматичною перестановкою клапанної групи, її тривимірна комп'ютерна модель і робочі креслення.
Приклад пульсаційного насосного агрегату, що розробляється, представлений на рис. 5

Схема розробляйомого агрегату
Рисунок 5. Схема розробляйомого агрегату.

Висновок

Аналіз і проведені раніше роботи, показали перспективність застосування в проникних зонах внутрішньосвердловинної пульсуючої промивки за допомогою погружних пульсаційних насосів, використовуючи невеликий стовп рідини, що залишається в свердловині. При цьому немає необхідності у витратах, пов'язаних з її виробництвом і доставкою, а так само проведенням тампонажних робіт, які, не завжди надійно ізолюють проникну зону техногенного характеру. Проте можливості внутрішньосвердловинної пульсуючої промивки практично не реалізовані із-за швидкого насичення шламом незначної кількості рідини в свердловині, що негативно впливає як на процес буріння, так і на роботу погружного технологічного устаткування.
Таким чином, розвиток технології внутрішньосвердловинної пульсуючої промивки в умовах впливу техногенних зон є важливою проблемою.

Список використаних джерел.

  2. Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин. – М.: Недра, 1994. – 196 с.

  3. Суреньянс С.Я. Эксплуатация водяных скважин. – М.: Стройиздат, 1976. – 129 с.

  4. Шерстнев Н.М., Расидзе Я.М., Ширинзаде С.А. Предупреждение и ликвидация осложнений в бурении. – М.: Недра, 1979. – 224 с.

  5. Ясов В.Г. Ликвидация поглощений промывочной жидкости при бурении разведочных скважин. М.: Недра, 1964. – 100 с.

  6. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. – М.: Недра, 1982. – 384 с.

  7. Алексеев Ю.Ф., Надежкин А.Д. Пути увеличения выноса керна. М., Гостоптехиздат, 1963. – 285 с.

  8. Атякин А.К., Волокитенков А. А. Опробирование и бурение разведочных скважин в осложненных условий. М.,Гостоптехиздат, 1963. – 231 с.

  9. Бажутин А.Н. Результаты испытаний погружного пневматического поршневого насоса со спец. шламовыми трубами. "Разведка и охрана недр". 1962. – 134 с.

  10. Воздвиженский Б.И., Большаков В.В. О классификации пород и полезных ископаемых по трудности извлечения из них кернов. 1962.  – 223 с.

  11. Волков С.А. Мероприятия по повышению выхода керна. "Разведка и охрана недр". 1959. – 356 с.

  12. Волков С.А., Боголюбский К.А. Безнасосное бурение. М., Госгеолтехиздат, 1956.  – 305 с.

  13. Соболев В.В., Скобенко А.В., Иванчишин С.Я. "Физика горных пород" Учебное пособие для вузов, Днепропетровск 2003. - 34 с.