Ятло Дмитро Віталійович
Інститут гірництва та геології
Кафедра: Технологія і техніка геологорозвідувальних робіт
Спеціальність: Технологія і техніка розвідки родовищ корисних копалини
Про автора | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук | Індивідуальний розділ
Автореферат на тему магістерської роботи:
За темою моєї магістерської роботи широких досліджень не проводилося. Відома одна стаття в якій розглянуті питання поширення гідроударну хвилі в гнучких трубопроводах. Ця стаття наведена нижче.
Аналіз конструктивних схем [1], а також дослідно-конструкторські та експериментальні роботи, проведені в Лабораторії ВНІІморгео, виявили перспективність пробовідбірників з гідроударну приводом при випробуванні дрібними свердловинами пухких відкладень шельфу.
Гідроударний привід пробовідбірників, у порівнянні з електричним дебалансным, має рядом переваг. Привід дозволяє збільшити до 5-6 м глибину випробування пухких відкладань, що є максимальної для легких технічних засобів [2]. При цьому за рахунок часткового використання енергії напірної води на гидравлически розмив призабойного простору вдається знизити необхідну ударну потужність приводу, а також віброударний вплив на колонкову трубу й відібраний стовпчик пухких відкладань. Незначні поперечні розміри й відсутність виступаючих частин уможливлюють розташування приводу вузькою обоймою навколо керноприймача не посередньо в призабойной частини й зсув до вибою центру ваги конструкції. Тим самим полегшує стабілізація пробовідбірника на дні у вертикальнім положенні.
Використання напірної води для постійного промивання й підтримки стінок шпари значно полегшує витяг пробовідбірників з гідроударним приводом з пухких відкладань дна. Крім того, привід дозволяє зменшити габаритні розміри й вага конструкція й, отже, спростити допоміжні операції, пов'язані з кантуванням, "вивалюванням за борт", спуском і підйомом пробовідбірника. Простота конструкції, відсутність водоизолированых електричних обмоток і обертових частин збільшують надійність і ресурс робочого часу приводу.
На малюнку наведена принципова схема приводу морських пробовідбірникив. Привід складається з насоса 1, гнучкого трубопроводу хвилеводу 2, гідроударного механізму 3 і кільцевий гідромонітора насадки 4. Гідроударний механізм приводу виконаний за схемою прямої дії з диференціальним золотниковим розподілом робочої рідини. Механізм включає (див. рисунок, б) молоток 5, поворотну пружину 6 і золотник 7.
При подачі води від насоса 1 по гнучкому трубопроводу 2 у порожнину гідроударного механізму 3 рухається вниз молоток 5, стискаючи поворотну пружину 6. Золотник 7 при цьому втримується тиском води у верхньому положенні, перекриваючи пропускні вікна 8. У крайньому нижньому положенні молоток 5 перекидає золотник 7 униз і завдає удару по ріжучому черевикові 9. При перекиданні золотника 7 у нижнє положення пропускні вікна 8 відкриваються, тиск у порожнині гідроударника падає й молоток 5 пружиною 6 вертається у вихідне положення. При русі нагору молоток 5 перекидає золотник 7 у верхнє положення, пропускні вікна знову перекриваються й цикл повторюється. Відпрацьована в гідроударнику вода подається в кільцеву гідромоніторну насадку 4 і вузьким напірним струменем випускається на вибій. Відбувається інтенсивний гідророзмив призабойного простору. Винос із вибою зруйнованим гідромоніторним струменем породи здійснюється зворотним струмом води нагору по свердловині.
Таким чином, впровадження ріжучого черевика й відбір керна в пробовідбірниках з гідроударним приводом здійснюються ударним способом, а впровадження корпуса снаряда - вібраційним з попередньому подмывом пухких відкладань.
Випробування полнорозмірного макета гідроударного пробовідбірника, розробленого в Лабораторії ВНИИМОРГЕО, проводилися в польовий період 1973 р. у пляжевой зоні й на мілководдя відкритого водойми. Пухкі донні відкладання були представлені глинами, разнозернистыми пісками і їх сумішами із дрібним галечниками й ракушей. У якості насоса використовувалася пожежна мотопомпа МП-800Б продуктивністю до 800 л/хв при напорі 60 м. Напірна вода від мотопомпи до пробовідборнику подавалася по буровому рукавові з металлооплетками діаметром 50 мм і довжиною 18 м. Запуск гідроударного приводу проводився встановленим у напірній магістралі поворотним краном. Приводимо основні технічні характеристики макета: глибина випробування до 4 м; діаметр буравлення 219 мм; діаметр керна 100 мм; спосіб упакування керна - поліетиленовий вкладиш; енергія удару 0,5- кгс- м; частота ударів 20-25 сек-1; напір гідромоніторного струменя 20 м; витрата води 400-450 л/хв; маса 120 кг. Буравлення за допомогою макета пробовідбірника дрібних шпар у пручимий зоні проводилося з копра. При цьому стабілізація снаряда у вертикальнім положенні здійснювалася натягом троса тільки при забуривании шпари на глибину 0,4-0,5 м. Дальнейшиее буравлення проводилося при ослабленому тросі. Для контролю глибини впровадження на корпусі пробовідбірника й гнучкому трубопроводі передбачені специальные оцінки. По досягненню заданої глибини снаряд ручний лебедкой извлекался зі шпари й проводилося вивантаження впакованої до поліетиленовий вкладиш проби.
Пробовідбірник являє собою обтічний снаряд, що не має виступаючих за зовнішній діаметр частин і вузлів. Основна маса пробовідбірника зосереджена в його призабойной частини, де поміщений, гідроударний механізм кільцевого перетину. Колонкова труба виконана у вигляді трубчастих ґрат, усередині яких розташовується впакований у поліетиленову плівку керн. Нагорі пробовідборника передбачений поплавець, що полегшує стабілізацію пробовідборника на дні у вертикальнім положенні. Випробування макета гідроударного пробовідборника показали в цілому працездатність усіх його основних вузлів. Запуск приводу пробою отборника був надійний, робота стійка. Незначний відсоток відмов при запуску викликався в основному засмоктуванням разом з водою піску, що викликав заклинювання золотника.
Потужності приводу пробовідбірника виявилося досить для проведення дрібних шпар на глибину до 5-6 м у пухких відкладаннях, представлених разнозернистыми пісками і їх сумішами із дрібним rалечником і ракушей при змісті останніх до 10-15%. Швидкості буравлення по цих породах досягала 1,5-2 м/хв. При буравленні по щільних глинах і піскам зі значною кількістю галечників потужності приводу виявлялося недостатньо. Тому швидкість буравлення зменшувалася до 0,1-2 м/хв, а в окремих випадках падала до нуля. Для проведення дрібних шпар у цих породах за даними проведених авторами експериментальних досліджень необхідне збільшення в 4-5 раз енергії одиничного удару й ударної потужності приводу.
Виміри показали, що устя шпари трохи більше зовнішнього діаметра пробовідборника. Глибина лійки не перевищує 0,3-0,4м. На більшій глибині діаметр шпари практично дорівнює діаметру пробовідборника. Стінки шпари досить щільні й оповзають лише через кілька годин. Пояснюється це, очевидно, деяким їхнім ущільненням при вібраційнім впровадженні й витягу пробовідбірника, При випробуванні пухких відкладань пробовідборниками значні ускладнення зв'язані, як правило, з витягом снарядів зі шпар. При роботі з гідроударним пробовідбірником ця технологічна операція особливих утруднень не викликала. Витяг пробоотборника із глибини до 6 м проводилося при постійнім промиванні шпари ручною лебідкою. Зусилля на витяг не перевищувало 0,5 т.
У ході випробувань виявлені деякі конструктивні недоліки керноприймачаа, через які в окремих випадках відбувався розрив поліетиленового вкладиша й обводнювання проби. Після їхнього усунення обводнювання керна не спостерігалося, щільність упакування проби була досить високої й практично відповідала щільності природнього залягання пухких відкладань. Вихід керна становив 85-98%, перемішування шарів окремих літологічних різниць не спостерігалося.
При роботі з морськими колонковими пробовідборниками значні труднощі й втрати робочого часу пов'язані з операцією витягу керна з колонкової труби. У пробоотборниках з гідроударним приводом за рахунок проведення шпар трохи більшого, ніж керн, що відбирається, діаметра вдається не тільки поліпшити умови кернообразования, але й конструктивно виконати керноприймач таким чином, щоб звести до мінімуму "пальовий" ефект і полегшити витяг проби зі снаряда.
За результатами випробувань макета гідроударного пробовідбірника уточнені експлуатаційно-технічні вимоги й розроблене тихничне завдання на проектування дослідно-промислової установки для випробування пухких морських відкладань. У цей час така установка розроблена в Лабораторії ВНИИМОРГЕО й готується до морських випробувань.
У 1978г Л.Н. Нейтманом була проведена методика розрахунку гідроударного морських пробовідбірників.
Гідравлічна схема приводу включає відцентровий насос, гнучкий трубопровід і послідовно включені в систему гідроударний механізм і насадку гідромонітора. В окремих випадках насадка гідромонітора на виході гидроударника може бути замінена іншим функціональним елементом, проте це не викликає істотної зміни в загальній схемі і методиці розрахунку приводу.
Розрахунок циклу гідроударного механізму. У приводі морських пробовідбірників в загальному випадку можуть використовуватися гідроударні механізми, виконані за схемою прямої, зворотної або подвійної дії. Якщо привід распологаєтся у вузькому кільцевому просторі довкола кернопіємника, то переважно простіші по конструкції гидроударникі прямої дії.
При розрахунку гідроударних механізмів повний цикл переміщення молотка розбивається на окремі фази, на кожній з яких визначаються основні параметри руху. Основною фазою, що визначає характеристики гидроударника, є фаза розгону молотка. У гідроударному приводі пробовідбірників процес розгону молотка відрізняється рядом специфічних особливостей. Формування гідроударного імпульсу відбувається в гнучкому трубопроводі, жорсткість якого залежить від тиску.
Як показали проведені дослідження, розрахунок переміщення, швидкості і часу розгону молотка в гідроударному приводі пробовідбірників при відповідному коректуванні постійних співмножників можна вести по відомих залежностях.
Значення швидкостей гідроударних хвиль, що рекомендуються, в буровому рукаві з металлооплетками наведені в таблиці:
|
Середня швидкість води в рукаві м/с |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
|
Швидкість гидроударної хвилі м/с |
190 |
245 |
320 |
395 |
500 |
Обґрунтування теми і назви, актуальність роботи.
Гідроударні механізми широко застосовуються при бурінні свердловин у нескельних донних відкладеннях морського шельфу. При цьому у якості трубопроводу для подачі рідини в свердловину застосовуються як бурильні труби, так і нагнітальні шланги високого тиску. При цьому відомі залежності параметрів робочого циклу гідроударника від площі перетину каналу трубопроводу, але вплив властивостей матеріалу і товщини його стінки на протікання робочого циклу не розглядався. Хоча ці параметри визначають швидкість розповсюдження гідроударної хвилі в каналі трубопроводу, яка, в свою чергу, впливає на гідроударний тиск в циліндрі механізму, а відповідно і на протікання робочого циклу.
Таким чином, для практики гідроударного буріння свердловин на шельфі вельми актуальною задачею є визначення впливу параметрів трубопроводу на робочу характеристику гідроударника. Це дозволить більш точно визначати частотно-енергетичні характеристики гідроударника в залежності від застосування з різними трубопроводами. В зв’язку з цим тема роботи є актуальною.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, виконання роботи за заявкою наукової установи або виробничої організації.
Робота виконана за заявкою ЗАТ «Компанія «Південносхідгаз» і зв’язана з реалізацією Зага-льнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України (Закон України від 22.02.2006 № 3458-ІV).
Мета роботи – встановлення впливу параметрів трубопроводу на характеристику робочого циклу гідроударника для буріння свердловин на шельфі та уточнення його енергетичних характеристик при роботі з різними трубопроводами.
Задачі дослідження.
1. Розробка стенду для визначення пружних параметрів трубопроводу і швидкості розповсюдження гідроударної хвилі.
2. Аналіз впливу параметрів трубопроводу і швидкості гідроударної хвилі на характеристику робочого циклу гідроударника для буріння свердловин на шельфі.
3. Вдосконалення рекомендацій по технології застосування гідроударника при експлуатації з різними трубопроводами.
Ідея роботи – визначення закономірностей роботи гідроударника при роботі з трубопроводами з різними швидкостями розповсюдження гідроударної хвилі.
Об’єкт та предмет дослідження.
Об'єкт досліджень – гідроударні механізми для буріння свердловин на шельфі.
Предмет досліджень – робочі процеси в гідроударних механізмах для буріння свердловин на шельфі.
Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їхня новизна та значення.
Нові результати:
–Залежності робочої характеристики гідроударника від пружних параметрів різних трубопроводів.
- Рекомендації щодо конструктивних параметрів гідроударника при його застосуванні з різними трубопроводами.
Значення роботи полягає у визначенні впливу пружних параметрів трубопроводу на роботу гідроударного механізму і обґрунтуванні його конструктивних параметрів для різних умов застосування.
Рис.1 Залежність робочих параметрів ГУ від швидкості поширення гідроударної хвилі
Апробація результатів.
Приймав частіє в республіканській науково-технічній конференції студентів «Буріння». Подав роботу на конкурс студентських науково-дослідних робіт.Планується подача заявки на винахід.
В процесі виконання магістерської роботи були вироблені розрахунки залежності робочих параметрів гидроударника (таких як: час робочого ходу, частота ударів, робочого тиску і ККД) від швидкості поширення гідроударної хвилі і подачі робочої рідини.
Графіки залежності приведені нижче:
Рис.2 залежність часу робочого ходу від подачі рідини
З графіка видно, що при збільшенні подачі робочої рідини від 120 л/мін до 300 л/мін і збільшенні швидкості поширення гідроударної хвилі з 225 м/с до 1425 м/с спостерігається зниження часу робочого ходу гидроударника на 18,7%
Рис.3 залежність частоти ударів від подачі рідини
З графіка видно, що при збільшенні подачі робочої рідини від 120 л/мін до 300 л/мін і збільшенні швидкості поширення гідроударної хвилі з 225 м/с до 1425 м/с спостерігається інтенсивніше зростання частоти ударів.
Рис.4 залежність тиску ГУ від подачі рідини
З графіка видно, що при збільшенні подачі робочої рідини від 120 л/мін до 300 л/мін і збільшенні швидкості поширення гідроударної хвилі з 225 м/с до 1425 м/с робочий тиск гидроударника підвищується на 13,1%
Рис.5 залежність ККД від подачі рідини
к З графіка видно, що при малих витратах рідини, ККД при швидкості поширення гідроударної хвилі (С=1425л/мін) знижується на 25,2%, але при цьому при збільшенні витрати робочої рідини ККД зростаєт інтенсивніше. І при витраті робочої рідини (Q=300 л/мін) ККД перевищує значення ККД при (Q=120 л/мін) на 7,4%.Висновки: Проаналізувавши вище наведені залежності можно зробити висновок, що при збільшенні подачі робочої рідини всі аналізовані характеристики гидроударника нестримно зростають.
Також найближчим часом запланірованни експерементальниє дослідження за визначенням пружних властивостей трубопроводу і розрахунки на їх основі швидкості поширення гідроударної хвилі.
Література
- Методичні вказівки до виконання курсового проекту по дисципліні «Бурова механіка» (для студентів спеціальності 7.090306 «Буріння») /Сост. А.С. Юшков, А.А. Каракозов. Донецьк: ДОННТУ – 2003, - 22 стор.
- Пилипець В.І. насоси Погружні з гідроприводом: Навчальний посібник. – Донецьк: Дон ГТУ, 1998. – 95 стор.
- Пилипець В.І. Насоси для підйому рідини: Навчальний посібник. – Донецьк: Дон ГТУ, 2000. – 244 стор.
- Курсове та діпломне проєктування буровіх робіт: Навчальній посібник /О.І. Калініченко, О.С. Юшков, Л.М. Івачев та інші – Донецьк: ДОНГТУ, 1998. – 153 стор.
- Анурев В.І. Довідник конструктора-машинобудівника: у 3-х т. Т.1.-5-е видавництва, перераб. і доп.-М.: Машинобудування, 1978. - 728 с.
- Пустовоїтенко І.П., Сельващук А.П. Довідник майстра по складних бурових роботах. - М.; Надра, 1983. - 248 с.
- Буровоє устаткування. Афанасьев В.А., Залогин В.П., Лов С.А.; Опубл. 7.10.1984, БІ N37
- Юртаєв В.Г. Пружні коливання, що збуджуються роботою механізмів // Ізв.вузов,Сер. "Нафта і газ". - 1980. - N 3. - С. 19 - 24.
- Kemp G. Oilwell Fishing Operations:Tools and Techniques.- Gulf Publishing Comp., Book Division,1986.
- Кемп Г. Ловільні роботи в нафтових свердловинах: Техніка і технологія. - М.: Надра, 1990. - 96
- Кичигин А.В., Назаров В.І. Аналіз конструкцій свердловинних насосів / РНТС "Машини і нафтове устаткування". - Вип. 7. - М.: ВНІЇЕОНГ, 1981. - С. 2 - 5.
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ | Про автора | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук | Індивідуальний розділ