Источник: Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Гірничо-геологічна. Випуск 11 (161). Донецьк; ДонНТУ, 2010. –С. 169-175
Горнодобывающая промышленность Украины остро нуждается в шахтных вентиляционных стволах и скважинах большого диаметра, без проходки и обустройства которых невозможна нормальная работа шахт и добыча полезных ископаемых. Средняя ежегодная потребность угольной промышленности Украины в стволах и скважинах большого диаметра для полной загрузки угольных предприятий составляет порядка 8…10-ти стволов и скважин общей протяженностью около 600-7000 метров. Для строительства стволов, в районе Донбасса, часто используют специальные способы проходки, которые связаны с бурением. Однако бурение, несмотря на многолетний опыт применения, не позволяет до настоящего времени полностью раскрыть все свои потенциальные возможности.
Парк буровых установок единственного в СНГ специализированного предприятия ГХК ПШО «Спецшахтобурение» в основном состоит из агрегатов реактивно-турбинного бурения (РТБ), которое начали широкое использоваться в бывшем СССР в конце 50-х начале 60-х годах. Опыт эксплуатации буровых установок показал, что их работа постоянно связана с авариями различной сложности. Одной из главных причин приводящих буровые установки к авариям и поломкам, являются динамические процессы, связанные непосредственно с бурением и спуско-подъемными операциями. Наиболее опасны продольные удары, связанные со спуском бурового агрегата РТБ и их встречей с забоем. Последствия ударных процессов весьма плачевны и, как правило, они связаны с обрывом забойных агрегатов массой до 30-50 т и оставлением их на забое. При этом, ликвидация аварий, подъем бурового агрегата и его ремонт могут занимать значительное время от нескольких дней до нескольких месяцев, что приводит к значительным материальным затратам, срыву ввода ствола или скважины в эксплуатацию, задержку пуска новых лав на шахтах и как следствие, снижение угледобычи горными предприятиями.
Поэтому, исследование ударных процессов при посадке бурового агрегата на забой, а также спуске, когда возможна внезапная задержка агрегата в каверне или уступе ствола и разработка практических рекомендаций по учету этого явления и возможного его предупреждения за счет технологических параметров является весьма важной и актуальной задачей.
В монографиях [1-3] посвященных вопросам бурения нефтяных и газовых скважин, авторами указывается на необходимость проведения фундаментальных исследований динамики буровых установок, как систем с распределенными параметрами и дискретными массами. Однако, комплексной практической реализации таких расчетов за исключением работы [4], посвященной динамике бурильных колонн роторных буровых установок, на настоящий момент не имеется. Многие авторы, изучавшие динамические процессы в буровых уста-новках подчеркивают, что в связи со сложностью и малой достоверностью экспериментальных исследований в реальных условиях, на первое место выходят теоретические исследования с использованием уравнений математической физики и компьютерных технологий [4-5].
Целью данной работы является изучение динамических процессов протекающих при спуске БС и ее посадке на забой, как системы с распределенными параметрами и дискретными массами, и разработка на их базе практических рекомендаций для спуска БС для буровых участков специализированных шахтопроходческих предприятий.
При реактивно-турбинном бурении породу разрушают с помощью забойного агрегата, состоящего из двух, трех или четырех, параллельно работающих и жестко соединенных между собой турбобуров с долотами. Для бурения скважин большого диаметра широко используют реактивно-турбинные агрегаты конструкции ВНИИБТ: РТБ-2600, РТБ-3000, РТБ-3200 и др. Конструкция агрегата РТБ-3200, его основные элементы, определяющие параметры собственных колебаний бурового става рассмотрены в работе [5]. Спуск и подъем бурильной колонны агрегатов РТБ имеет место после каждых 8-20 часов бурения, для замены отработанных долот. При спуске бурильная колонна движется со скоростью v до встречи с забоем. Если скорость v будет больше допустимой, то возможна ситуация, когда в результате удара напряженно-деформированное состояние превысит допускаемые величины и произойдет разрушение элементов агрегата или колонны. На рис.1 приведена расчетная схема бурильной колонны, где основные элементы, определяющие параметры динамических процессов обозначены: m- погонная масса бурильной колонны; C0 - жесткость талевой системы; c - жесткость турбобуров; M- масса агрегата с утяжелителями. Нужно отметить, что из расчетной схемы исключена масса трехшарошечных долот, которую не нужно учитывать в динамических процессах после ее касания с забоем. Таким образом, в движении останется только масса и вес трубы .
Итак в данной работе рассмотрены динамические процессы в бурильной колоне при ее спуске и посадке на забой. Теоритическое обоснование расчетов основаны на волновой теории продольных колебаний систем с распределенными параметрами.
Сароян А.Е. Теория и практика работы бурильной колонны. – М.: Недра, 1990. – 264 с.
Саркисов Г.М. Расчеты бурильных и обсадных колонн. М.: Недра, 1971. – 206 с.
Юртаев В.Г. Динамика буровых установок. – М.: Недра, 1987. – 155 с.
Улитин Г.М. Динамика и устойчивость бурильных колонн буровых установок роторного типа. Диссертация на соискание уч. ст. докт. техн. наук. – Днепропетровск: НГУ, 2003. – 321 с.
Петтик Ю.В. Обоснование выбора динамической математической модели колебаний установок реактивно-турбинного бурения // Наукові праці