ДонНТУ   Портал магістрів

Виглай Анастасія Михайлівна

Горно-геологічний факультет

Кафедра технологія та техніка геологорозвідувальних робіт

Спеціальність Технологія та техніка розробки родовищ корисних копалин

Розробка комплекту свердловинних пробовідбирників ударної дії з гідравлічним приводом

Науковий керівник: к.т.н., доц. Артур Аркадійович Каракозов

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Обгрунтування теми і назви, актуальність роботи
• 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
• 3. Аналітичний огляд
• 4. Механізми, що розробляються
• 4.1 Пробовідбірник № 1
• 4.2 Пробовідбірник № 2
• 4.3 Пробовідбірник № 3
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Буріння свердловин - найважливіша складова всіх етапів робіт з освоєння родовищ будь-яких видів корисних копалин - від розвідки до промислової розробки. Сьогодні існує безліч способів, технологій і технічних засобів буріння. Проте, фахівці не перестають досліджувати, винаходити і удосконалювати техніку у цій галузі знань.

Магістерська робота присвячена розробці технічних засобів для буріння геологорозвідувальних свердловин на море, оскільки інтенсивне використання мінерально-сировинних ресурсів континентального шельфу вимагає створення нових високоефективних технічних засобів для відбору проб донних відкладень при розвідці родовищ корисних копалин та будівництві морських видобувних споруд і комунікацій. [1]

1. Обгрунтування теми і назви, актуальність роботи

Енергетичною стратегією розвитку України до 2030 року заплановано збільшення обсягів видобутку газу і нафти на шельфі за рахунок будівництва нових морських видобувних платформ, що потребує виконання великих обсягів буріння геотехнічних свердловин глибиною до 100 метрів при інженерно-геологічних дослідженнях з самопідйомних бурових платформ. Але сучасні технології і технічні засоби відбору проб ґрунтів при бурінні цих свердловин потребують вдосконалення, тому що є малоефективними при відборі проб в глинистих ґрунтах і пісках різної щільності.

На Україні в останні роки створено ряд технічних засобів і технологій гідроударного буріння інженерно-геологічних свердловин, які дозволяють значно підвищити техніко-економічні показники бурових робіт. На підставі раніше проведених досліджень пропонується подальша розробка свердловинних пробовідбірників для геотехнічних свердловин, на базі яких планується вдосконалення технологій і технічних засобів, які забезпечують буріння геотехнічних свердловин глибиною до 100 метрів з самопідйомних бурових платформ.[8]

Отримані результати дозволять значно підвищити продуктивність і знизити вартість бурових робіт при інженерно-геологічних дослідженнях на шельфі.

Тому розробка технічних засобів для буріння свердловин на шельфі на сьогоднішній день є актуальним напрямом науки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, виконання роботи за заявкою наукової установи або виробничої організації.

Ця робота є фрагментом досліджень, які виконуються в цьому напрямку на кафедрі ТТГР ДонНТУ. Робота виконана за заявкою ЗАТ «Компанія« Юговостокгаз» і пов'язана з реалізацією Загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України (Закон України від 22.02.2006 № 3458-IV).

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою роботи є вдосконалення свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом для буріння свердловин на шельфі.

Основні задачі дослідження:

1. Розробити вдосконаленні конструктивні схеми свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом для буріння свердловин на шельфі.
2. Провести комп’ютерне моделювання заглиблення в нескельні ґрунти різних компоновок свердловинних пробовідбірників та аналіз отриманих даних.
3. Обґрунтувати конструктивні параметри свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом для буріння свердловин на шельфі, виконати 3D-моделювання і робочі креслення розроблених пробовідбірників.

Ідея роботи

застосування в свердловинному пробовідбірнику рухомого колонкового набору (відносно корпусу ударного вузла) для підвищення швидкості буріння і якості кернового матеріалу.

Об’єкт та предмет дослідження.

Об'єкт дослідження: свердловинні пробовідбірники ударної дії з гідравлічним приводом для буріння свердловин на шельфі.

Предмет дослідження: робочі процеси в свердловинних пробовідбірниках ударної дії з гідравлічним приводом для буріння свердловин на шельфі.

Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їхня новизна та значення:

1. Конструктивні схеми свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом.
2. Залежності механічної швидкості буріння від компоновки свердловинного пробовідбірника.
3. Рекомендації щодо вибору конструктивних параметрів свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом.

Значення роботи полягає у визначенні впливу конструктивної схеми свердловинного пробовідбірника ударної дії з гідравлічним приводом на механічну швидкість буріння і обґрунтуванні його конструктивних параметрів для різних умов застосування.

Запланована апробація результатів (участь в конференціях, подача робіт на конкурс, публі-кації, подача заявок на винахід тощо)
Участь у республіканській науково-технічній конференції студентів «Буріння». Подача робо-ти на конкурс студентських науково-дослідних робіт.

3. Аналітичний огляд

В якості аналогів можна представити гідроударні снаряди установок ПГУ-72 і ПУВБ-150.

Установка ПГУ-72 відносяться до легких технічних засобів (ЛТС), які призначені для однорейсового буріння підводних свердловин в породах I-IV категорій по буримости. ПГУ-72 призначена для виконання робіт з мало-і середньотоннажних суден, у тому числі з неспеціалізованих плавзасобів, які мають необхідні вантажопідйомні засоби та робочі майданчики для розміщення та обробки установок на палубі. Експлуатація установок не вимагає принципової зміни складу і схеми розміщення палубного обладнання суден. [2]

Cпуско-підйомні операції можуть виконуватися з використання суднової лебідки та штатної вантажний стріли. Найчастіше на місце суднової лебідки встановлюється більш зручна в експлуатації бурова лебідка планетарного типу.

Для приводу гідроударного механізму використовується морська вода, яка подається по нагнітальному шлангу буровим насосом. Останній може розміщуватися як на палубі, так і в трюмі плавзасобу. При достатній судновий потужності привід бурового насоса забезпечується електродвигуном від суднового енергоджерела. Автономний дизель або дизель-генератор для приводу насоса застосовується у разі обмеженого енергозабезпечення на плавзасобі.

Основними елементами установки є стабілізуюча опора і погружной гідроударних буровий снаряд (ПБС), що включає гідроударник 5 і колонкові набір 6 (мал. 1).

Стабілізуюча опора виконана у вигляді придонної рами 8, оснащеної направляючими стійками 4, які жорстко встановлені в підставі рами. У верхній частині стійок є траверса 3, що забезпечує можливість підйому установки за рахунок взаємодії з кареткою 7. Спуск або підйом установки проводиться на канаті 2, при цьому каретка 7 ковзає по стійках 4, забезпечуючи вільне осьове переміщення заглибного бурового снаряда. Рідина для приводу гідроударного механізму подається насосом по шлангу 1.

До складу ПБС (мал. 2) входять кінематично і механічно пов'язані вузли: гідроударник з насосним блоком і колонкові набір, що складається з одинарною колонкової труби 15 довжиною 4 м діаметром 146 мм і башмака 17 з пелюстковим кернорвателем 16.

Робота гідроударника, який є збудником ударних імпульсів, зводиться до наступного. У вихідному положенні бойок 10 під дією власної ваги знаходиться в крайньому нижньому положенні. Впускний клапан 2 закритий, а випускний 4 відкритий. Вода, що подається від бурового насоса по шлангу до перехідника 1, надходить через канал «б» і далі, по зазору між корпусом 8 і циліндром 5, під поршень 6, викликаючи силою свого тиску підйом поршня-бойка

Рідина, що знаходиться над поршнем 6, витісняється через зміщені осьові канали клапанної коробки 3 і канали «а» в свердловину. В період ходу бойка вгору клапанна група залишається в початковому положенні за рахунок тиску рідини на впускний клапан 2. У міру підйому поршня-бойка пружина 7, впираючись в хвостовик випускного клапана 4, стискається.

Поршень, пройшовши відстань, зустрічається з випускним клапаном 4 і завдає по ньому удару. За рахунок енергії удару і сили стислої пружини випускний клапан 4 закриває зміщені осьові канали клапанної коробки, а впускний клапан 2, переміщуючись вгору, відкриє центральний канал клапанної коробки, забезпечивши доступ рідини і у верхню порожнину циліндра 5.

Так як площа поршня з боку верхньої порожнини циліндра більше, ніж його площа з боку нижньої порожнини, бойок 10 спрямується вниз. При цьому клапанна група збереже своє верхнє положення за рахунок тиску води на випускний клапан 4. В момент, коли поршень захопить хвостовик клапана 4, відбудеться перестановка клапанів у вихідне положення. Далі цикл роботи гідроударника повториться.

У періоди перестановки клапанів бойок, за рахунок накопиченої енергії, продовжує рух вгору або вниз до зіткнення з ковадлами 9 і 12.

В процесі роботи ПБС двигун гідроударника здійснює привід вбудованого насосного блоку, що забезпечує постійний рух потоку рідини на вибої свердловини з примусовим її видаленням з надкерновой порожнини колонкової труби 15. Корпусом насосного блоку є ковадло 12, в якій встановлені всмоктуючий 14 і нагнітальний 13 клапани. Роль витискувача виконує шток 11. При русі штока 11 вгору, через клапан 14 відбувається всмоктування рідини з свердловини через башмак 17 в простір під штоком, а при його ході вниз рідина витісняється в свердловину через нагнітальний клапан 13.

Зворотній циркуляція рідини в привибійній зоні значно зменшує вірогідність виникнення «свайного» ефекту, що сприяє збільшенню рейсової поглиблення колонкового набору, особливо в пісках і щільних глинах, а також підвищенню геологічної інформативності буріння, забезпечуючи вихід керна 95-100%, у тому числІ при бурінні в пухких, незв'язних грунтах.

Установкою пробурені сотні розвідувальних та інженерно-геологічних свердловин глибиною 3-4 м при діаметрі отбираемого керна 125 мм. Рівень ефективності ПГУ-72 підтверджений можливістю отримання проб в грунтах I-IV категорій по буримости - від мулів і обводнених пісків, до щільних глинистих порід з включеннями гальки, валунів і прошарку твердих пісковиків і вапняку.

Недоліком установки ПГУ-72 є низька надійність гідроударного механізму. Внаслідок того, що впускний клапан 2 повністю сприймає швидкісний напір робочої рідини, запуск гідроударника утруднений. Для запуску механізму необхідні додаткові пристрої, що дозволяють плавно нарощувати подачу бурового насоса і різко скидати тиск в напірному трубопроводі.

До 1977 року ПГУ-72 була повністю замінена на аналогічну за конструкцією занурювальну установку ударно-вібраційного буріння ПУВБ-150, яка забезпечувала відбір проб в тому ж спектрі опадів на глибину до 5 м.

На відміну від варіанту ПГУ-72 в установці ПУВБ-150 принципово змінена конструкція гідродвигуна і насосного блоку, що значно підвищило надійність гідроударного бурового снаряда.

Як стабілізуючою опори використана опора установки ПГУ-72.

Морськими геологорозвідувальними організаціями при виконанні вишукувань на морях Далекого Сходу і Крайньої Півночі з використанням установки ПУВБ-150 пробурені тисячі свердловин в опадах різних категорій по буримости.

В ПУВБ-150 реалізована можливість відбору широкого спектру донних відкладень: від мулів і сильно обводнених тонкозернистих пісків до вельми щільних пісків і твердих глин, в тому числі, з включеннями гальки, валунів, уламків і прошарку піщанику (при діаметрі відбирається колонки 125 мм). При цьому вихід керна становив 90-95%, при гарній його показності та відсутності видимих ??порушень структури. Зазначені фактори особливо важливі при інженерно-геологічних вишукуваннях на досліджуваних майданчиках морських акваторій. Установка ПУВБ-150, наведена на Мал. 3.[2]

Послідовність операцій в технологічному циклі проходки свердловин установкою ПУВБ-150 наведено на Мал. 4.

Послідовність операцій в технологічному циклі проходки свердловин:
• Під стабілізацією судна після постановки на якір маються на увазі роботи, пов'язані з витяжкою ланцюга якоря у напрямку течії до отримання даних, що підтверджують незмінність курсу судна на точці буріння.
• Спуск установки на дно включає: підйом ПБС на палубі з горизонтального положення у вертикальне; підйом установки над фальшбортом за допомогою стріли і лебідки; висновок установки за борт з допомогою стріли; спуск і стабілізацію установки на дні.
• Після стабілізації установки на дні включається бурової насос. За допомогою регулювального вентиля проводиться збільшення витрати рідини в нагнітальному трубопроводі, в результаті чого відбувається запуск гідроударника і подальший виведення його на робочий режим експлуатації. Нацьковуючи трос, виконують візуальний контроль проходки до заданої довжини рейсу або довжини колонкового набору.
• При вилученні ПБС зі свердловини частина часу йде на зрив керна. Після підйому установки над фальшбортом, вона за допомогою стріли перекладається на палубу. Потім відкривається засувка, виконана в основі опори. ПБС виводиться з опори і укладається в горизонтальне положення на спеціальні підставки.
• Для витягання керна від колонкової труби відгвинчується черевик і корпус кернорвателя. Верхня частина бурового снаряда піднімається на 2,5-3 м і нижня його частина фіксується канатом на відстані 0,3-0,4 м над палубою. Керн вибивається за рахунок короткочасних включень гідроударника (або постукуємо молотком по колонкової трубі) в капронові або металеві жолоби 3. Після повного вилучення керна колонкова труба промивається, і ПБС опускається у вихідне горизонтальне положення на підставки.
• Підготовка бурового снаряда до спуску передбачає нагвинчування на колонкову трубу ПБС башмака з кернорвателем, підтягування різьбових з'єднань колонкового набору і корпусів гідроударного механізму.
• Перехід на точку буріння включає операції, пов'язані зі зняттям судна з відпрацьованою точки буріння і з переходом на нову току пробовідбору. [ 2 ]

Робота гідроударника пробовідбірника установки ПУВБ-150 представлена на Мал. 5.

4. Механізми що розробляються

У роботі представлені кілька конструктивних схем і розробок. Доповнені та удосконалено існуючі схеми. Виявлено їх недоліки та переваги. Розроблено нові конструктивні схеми забивних пробовідбірників.

4.1 Пробовідбірник № 1

Гідроударних снаряд відноситься до технічних засобів буріння підводних свердловин на шельфі та відбору проб в донних відкладеннях.

В пробовідбірники № 1 (Мал. 6) запропонована вдосконалена конструкція забивного пробовідбірника, в якому за рахунок перекриття вихлопу рідини з надбойковой порожнини при ході бойка вгору генеруються імпульси високого тиску, що діють на поршень штока колонкового набору. При ході бойка вниз наносяться удари по нижній ковадлу, що забивають колонкові набір в грунт.[10]

Снаряд працює таким чином. При подачі робочої рідини в снаряд бойок з поршнем переміщується вгору, при цьому впускний канал 7 залишається закритим за рахунок дії на нього робочої рідини, але при цьому відбувається стиснення клапанної пружини 14. У цей час при подальшому русі поршня 9 вгору завдає удар по випускноve клапану 12, який переміщюється вгору, перекриваючи канали в клапанній коробці 6. Впускний клапан 7, відкривається, і робоча рідина надходить і в надпоршневую порожнину циліндра 8. Одночасно тарільчастий клапан 18 перекриває канали 19 у верхній ковадлі 3. Оскільки при русі бойка 10 канали 24 залишаються закритими хвостовиком 21, то відбувається гідравлічне замикання набойковой порожнини 16 гідравлічної камери 20. В результаті бойок 10 завдає удар по замкнутому об'єму рідини, при цьому в надпоршневому порожнини 16 поширюється хвиля ударного тиску, яка через канали 23 поширюється в гідравлічну камеру 20 і при підході до поршневий поверхні 22 хвостовика 21 передає йому енергію удару, під дією якої відбувається впровадження в грунт башмака 30.

При подальший рух бойка вниз він завдає удар по впускному клапану 12, переміщаючи клапанну групу в початковий стан, і одночасно вдаряє своїм нижньому торцем по нижній ковадлу 15, впроваджуючи тим самим у грунт черевик 30.

При впровадженні башмака 30 в грунт колонкова труба 25 заповнюється керном. В процесі буріння в керноприймальна трубі 25 відбувається зворотна циркуляція рідини здійснюється за рахунок того, що при ході бойка 10 вгору рідину з керноприймальна труби 25 надходить через впускний клапан 26 і канал 28 в подбойковую порожнину 17, а при ході бойка 10 вниз вона надходить в навколишнє середовище через впускний насосний клапан 27 і канал 29. Після закінчення рейсу гідроударник відключається, а зрив і утримання керн відбувається за рахунок пелюсткового кернорваxf 31.

4.2 Пробовідбірник № 2

В Пробовідбірнику № 2 (Мал. 7), на безі відомого снаряда запропонована вдосконалена схема гідроударного пробовідбірника з рухомою колонкової трубою, яка дозволяє запобігти її відрив від забою в процесі буріння.

В Пробовідбірникe № 2 на відміну від Пробовідбірникa № 1 впровадження колонкової труби в грунт здійснюється тільки за рахунок механічних ударів.

Принцип роботи гідродвигуна аналогічний Пробовідбірнику № 1.

4.3 Пробовідбірник № 3

Пробовідбірник № 3 (Мал. 8), є модифікацією Пробовідбірникa № 2. На безi відомого снаряда запропонована вдосконалена схема гідроударного пробовідбірника з рухомою колонковою трубою, яка дозволяє запобігти її відрив від забою в процесі буріння.

Принцип дії Пробовідбірника № 3 аналогічний принципу роботи ПУВБ-150.

Відмінність полягає в тому, що зменшення гідродвигуна дозволяє підвищити енергію удару, яка забиває колонвой набір в грунт. А також додатковий потік рідини з гідроударника скидається через бойкову порожнину, що виключає вплив руху колонкової труби на роботу гідродвигуна. І забеспечує при бурінні потік рідини в зазорі між стінками свердловини і корпусом гідродвигуна і ударного вузла.

У даного снаряда є ряд переваг:
1. Може працювати на меншій витраті промивальної рідини,на відміну від наведених пробовідбірників.
2. Може забезпечувати більшу швидкість поглиблення.

Висновки

Магістерська робота присвячена актуальній проблемі, пов'язаній з збільшення обсягів видобутку газу і нафти на шельфі за рахунок будівництва нових морських видобувних платформ, що вимагає виконання великих обсягів буріння геотехнічних свердловин.

У процесі виконання магістерської роботи планується розробка методики розрахунку пробовідбірника з гідравлічним приводом ударної дії, обгрунтовано конструктивні параметри і технологія застосування.

Розроблено конструкцію і для неї ведеться розробка робочої документації.

Подальші дослідження спрямовані на наступні аспекти:

1. Якісне вдосконалення конструктивних схем свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом.
2. Визначення залежності механічної швидкості буріння від компоновки свердловинного пробовідбірника.
3. Розробка рекомендації щодо вибору конструктивних параметрів свердловинних пробовідбірників ударної дії з гідравлічним приводом.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січень 2013 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

1. Калиниченко О.И., Зыбинский П.В., Каракозов А.А. Гидроударные буровые снаряды и установки для бурения скважин на шельфе.  –Донецк: «Вебер» (Донецкое отделение), 2007.  – 270 с.:ил.
2. Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Зыбинский П.В. Погружная гидроударная установка УМБ –130 для многорейсового бурения подводных скважин.// Сб. научн. Трудов.  – К.: ИСМ им. Бакуля, ИПЦ АЛКОН НАНЦ. Киев,2003. С. –63 –68.
3. Калиниченко О.И., Русанов В.А., Рязанов А.Н., Методика проектирования конструктивных и рабочих параметров забойных гидроударных машин. // В сб. «Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые».  – Екатеринбург: УГИ, 1993.  – с. 97  – 102.
4. Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Зыбинский П.В., Паршков А.В. Технические средства бурения подводных геологоразведочных скважин глубиной до 50 м. // Сб. научн. Трудов. – Киев: ИСМ им. Бакуля, ИПЦ АЛКОН НАНЦ. Киев,2004. Вып.7. С. –14 –15.
5. Патент на ПМ № 31074 Украина, МПК Е21В25/00. Подводный пробоотборник/ Каракозов А.А., Попова М.С., Парфенюк С.Н., Еремеевич В.А.; ДонНТУ.  – Опубл. 25.03.2008, бюл. №6.  – 4с.
6. Декларационный патент на ПМ № 13609 Украина, МКИ Е21В25/18. Гидроударный буровой снаряд / Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Зыбинский П.В.; ДонНТУ.  – Опубл. 17.04.2006, бюл.№4.  – 6с.
7. Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Зыбинский П.В., Паршков А.В. Совершенствование технологии бурения подводных скважин установкой УМБ –130. // Науковий вісник. №5, Національний гірничий університет. Дніпропетровськ, 2004. С.68 –71.
8. Парфенюк С. Н., Каракозов А. А./Наукові праці ДонНТУ. Серія "Гірничо –геологічна". Вип. № 7(135).2008 р. 136 –141.
9. Породоразрушающий и маталлообрабатівающий инструмент  – техника и технология его изготовления и применения: Сборник научных трудов.  – Вып.8  – Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2005.  – с. 92 –95.
10. Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Зыбинский П.В. Новые технические средства и технология поинтервального бурения инженерно-геологических скважин на шельфе.//Труды ДонГТУ. Серия Горно-геологическая.  – Донецк.  – 2001.  – Вып. 36.  – С. 144  – 148.