В результаті виконаних робіт розроблена ДКТ, яка дозволяє здійснювати буріння в умовах поглинання промивної рідини. Розроблений подвійний колонковый снаряд захищає керн від потоку рідини, самозаклінює його, захищає від стирання у внутрішній необертальній трубі, виключає самостирання керна від втягуються в обертання шматків керна за рахунок випередження внутрішньої труби, забезпечує його захист від випадіння з колонкової труби.
Основною умовою для буріння - це наявність стовпа рідини не менше 6 м. Буріння здійснюється за загальноприйнятою методикою з расхаживанием колони бурильних труб на висоту 100мм з частотою 25 хід/хв. Таким чином, використання розробленої ДКТ дозволяє удосконалити безнасосне буріння при відсутності або нестачі технічної води для промивки свердловин, при сильних поглинання промивної рідини і для підвищення виходу керна в пухких та порушених породах
Виконані розрахунки підтверджують працездатність конструкції ДКТ. Буріння з розробленою ДКТ можна здійснювати в свердловинах діаметром 76мм і більше. По породам категорії VI-VII по буримости доцільно використовувати твердосплавні коронки типу СМ4, СМ6, СТ2. Зусилля пружини ДКТ дозволяє штампу внутрішньої труби впроваджуватися в такі породи без обертання.
Для буріння в умовах, коли виникає поглинання промивної рідини, відбувається втрата рідини до 50 л/хв - це призводить до простоїв, осідання шламу і прихопив. В такому випадку, для перебуривания зони ускладнень до тампонування або кріплення її обсадними трубами, розроблені різні способи буріння без виходу промивальної рідини на поверхню.
При обертальному бурінні з промиванням для отримання заданого геологами кількості керна (по вугіллю не менше 80%, руд 70%) корисні копалини перебуриваются одинарними ежекторними або подвійними колонковыми трубами.
Для інтенсифікації промивання над колонкової трубою встановлюються насоси різної конструкції.
Найбільш простим способом буріння в умовах поглинання промивальної рідини є безнасосный спосіб.
Недоліком безнасосного способу буріння є руйнування керна при расхаживании бурової колони. Однак безнасосный спосіб буріння в умовах поглинання промивальної рідини може бути використаний при відсутності більш ефективних способів і технічних засобів.
Метою роботи є розробка конструкції подвійний колонкової труби для безнасосного буріння в умовах поглинання промивальної рідини, яка дозволяє відбирати керн, який не руйнується при расхаживании колони бурильних труб.
Для досягнення поставленої мети визначаються наступні завдання:
Поставлені завдання вирішуються шляхом узагальнення та аналізу патентних і літературних джерел, проведення теоретичних досліджень, виконання дослідно-конструкторських робіт.
Уточнено методику розрахунку ДКТ, дозволила вивчити закономірності роботи вдосконаленого пристрою з можливістю вибору ефективного поєднання конструктивних розмірів механізму і параметрів системи: ДКТ-свердловина. Наукове значення роботи полягає в можливості використання отриманої теоретичної моделі і застосування здобутих знань у бурової галузі. Практичне значення виражається в створенні ефективної конструкції ДКТ за рахунок можливості усунення руйнування керна при расхаживании бурового снаряда.
Основним недоліком безнасосного буріння існуючих конструкцій ДКТ є часте виникнення знакозмінних навантажень в бурильних трубах в процесі ходіння снаряду, що призводить до передчасного зносу труб і їх з'єднань. З метою запобігання керна від руйнування при расхаживании колони бурильних труб при безнасосном способі буріння доцільно використовувати не одинарну, а подвійну колонковую трубу. [3]
Пропонується удосконалена конструкція подвійний колонкової труби для безнасосного буріння в умовах поглинання промивальної рідини, яка представлена на малюнку 3.1.
Принцип дії вдосконаленої ДКТ полягає в наступному:
Над колонкової трубою поміщають кульковий зворотний клапан 3, а в клапанній коробці 1 просвердлюють отвори для виходу промивної рідини. При бурінні періодично виробляють вештання інструменту (25 ходів в хв.). При підйомі клапан закритий і в просторі над керном в колонкової труби створюється розрідження. Рідина з кільцевого простору під тиском стовпа її в свердловині проходить через коронку, захоплює частинки шламу і захоплює їх у колонковую трубу. При опусканні інструменту тиск в колонкової труби підвищується, і клапан відкривається. Так як гідравлічний опір клапана значно менше, ніж опір вузького кільцевого зазору між керном і колонкової трубою, то велика частина рідини, що витісняється керн, діючим як поршень, витікає через клапан в бурильні труби. Потім вона виливається через отвір в трубах назад в кільцеве простір, здійснюючи таким чином кругову циркуляцію.
Для того, щоб клапан нагнітальний 3 не випав під дією потоку рідини, в конструкції ДКТ передбачений обмежувач 2, який буде утримувати кульковий клапан. Кернодержатель 20 перевернуть, для того щоб керн входив вільно і сильніше заклинивался. Внутрішня труба 7 встановлена на підшипниках, а пружина, в даній конструкції, створює напругу на неї.
Малюнок 3.1 - Вдосконалена подвійна колонкова труба:
1-ніпель двухпрорезной; 2-обмежувач; 3-нагнітальний клапан; 4-труба шламова; 5 - гайка замку; 6-патрубок; 7-труба внутрішня; 8-прокладка; 9-корпус підшипника; 10 - основа кульки; 11 - куля; 12-кільце стопорне; 13-пружина 14-корпус середній; 15 - гайка; 16 - всмоктувальний клапан; 17-сідло клапана; 18-труба керноприемная; 19-колонкова труба зовнішня; 20-кернодержатель; 21-заклепки; 22-штамп.
Анімація 3.1 - Робота вдосконаленої подвійної колонкової труби:
Анімація містить: 3 слайда; 6 кадрів; 88 КБ.
Буріння свердловини за допомогою розробленої конструкції подвійний колонкової труби ведеться обертальним способом. При цьому внутрішня керноприемная труба, пов'язана із зовнішньою трубою через підшипниковий вузол не обертається. Крім того, завдяки її рухомому в осьовому напрямку з'єднанню і наявності спеціальної пружини забезпечується робота керноприемной труби в режимі «штампування». Застосування розробленого снаряда дозволяє підвищити якість випробування пухких, незв'язних грунтів, зменшити вартість одного погонного метра буріння і збільшити тривалість одного рейсу.
Для інтенсифікації промивки свердловини при бурінні з місцевою промиванням в умовах поглинання промивальної рідини використовуються різні заглибні насоси.
Над колонкової трубою встановлюється насос з гідро - або пневмоприводом, гвинтовий, ежекторний. Насос засмоктує рідина з колонкової труби і видає її в свердловину вище рівня рідини. Шлам збирається в шламової труби. На (мал. 4.1.) представлений колонковый снаряд з вбудованим гвинтовим насосом конструкції А.А. Волокитенкова, В.І. Максимова. Для кращого очищення промивальної рідини від шламу цей снаряд можна оснащувати декількома зовнішніми шламоулавливающими трубами, розташованими на деякій відстані один від одного вище колонкової труби. Основна перевага даного снаряда - його можна використовувати для буріння з твердим породам.
Малюнок 4.1 - Колонковый снаряд з вбудованим насосом конструкції А.А. Волокитенкова, В. І. Максимова, М.М.Розина, В.М.Швецова
1-коронка; 2 - колонкова труба; 3,6,21,27-перехідники; 4 - шламоприемная труба; 5 - бурильна труба; 7 - зворотний клапан; 8-ущільнення; 9 - магазин; 10 - ущільнювальне кільце; 11 - гумовий панчіх; 12,13,14 - деталі гвинтового насоса; 15 - труба; 16 - гнучка муфта; 17 - квадратне з'єднання; 18,25 - пружини; 19 - гумова обойма; 20 - упорне кільце; 22-32 - деталі розпірного пристрої; 33 - бурильна труба.
Для збільшення продуктивності вбудованого в буровий снаряд насоса була розроблена схема колонкового набору з використанням поршневого насоса (мал. 4.2).
Малюнок 4.2 - Колонковый снаряд для привибійної циркуляції з поршневим насосом
Колонковый набір складається з зовнішньої колонкової труби 12 з коронкою 15, внутрішньої керноприемной труби 13 зі штампом 14, перехідника 11 з вбудованими клапаном і штоком 10. Насосна частина складається з циліндра 6, у якому переміщається шток 5 з поршнем 7, оснащений клапаном 8. Шток і поршень мають тільки зворотно - поступальний рух, від обертання вони утримуються стопорним пальцем 4, який входить в паз штока. На верхньому кінці штока кріпиться кулачек 3 з пазом, що мають в розгортці вигляд синусоїди. В пазу переміщається палець 2, закріплений на корпусі 1. Другий вбудований клапан в циліндр 6, який зв'язаний з перехідником 11 штоком 10. Шток 10 в циліндрі 6 під дією пружини 9 має можливість осьового переміщення, чим досягається регулювання виходу штампа з-під торця коронки. [1]
При обертанні колони корпус 1 з допомогою пальця 2 переміщається кулачек зі штоком і поршнем щодо циліндра 6. При русі поршня вгору відбувається наповнення циліндра рідиною, при русі вниз - нагнітання останньої на забій. Перестановкою клапанів забезпечується пряма або зворотна циркуляція. На зовнішній трубі укріплена спеціальна коронка для руйнування породи на вибої. Внутрішня труба призначена для прийому керна, оберігання його від руйнування при бурінні і стягнення при підйомі. На внутрішній трубі укріплена твердосплавна коронкам і спеціальний штамп.
З метою встановлення можливості використання ДКТ при безнасосном бурінні проведено аналіз конструкцій подвійних колонкових труб, які після вдосконалення можна використовувати при безнасосном бурінні.
За принципом закріплення внутрішньої труби ДКТ бувають:
-ДКТ-з обертовою внутрішньою трубою;
-ДКТ-Н с невращающейся внутрішньою трубою;
ДКТ-з обертовою внутрішньою трубою забезпечують підвищення виходу керна тільки за рахунок забезпечення у внутрішній трубі зворотної промивки.
Зворотна промивка створюється застосуванням спеціального перехідника, розподіляє потоки рідини із бурильних труб у зазор між внутрішньою та зовнішньою трубами або ежекторним насосом, встановленим над внутрішньою трубою.
У ДКТ-Н внутрішня труба не обертається, за рахунок використання кулькового підшипника. В таких трубах штамп випереджає коронку на 1,5-2мм і тому потік рідини виходить з кільцевого зазору відразу на забій, минаючи керн, що виключає його розмиву.
За принципом напрямки промивання ДКТ випускають:
- з прямою промивкою;
-зі зворотним промиванням;
За принципом отримання керна ДКТ-та ДКТ-Н поділяються:
- снаряди обуриваючого типу;
- снаряди штампующего типу для відбору проб вугілля.
В інституті ВИТР розроблена серія подвійних колонкових труб обуривающего типу ТДВ з обертовою і ТДН з невращающейся внутрішньою трубою. Труба подвійна ТДВ-1 (римал. 4.3) призначена для буріння слаботрещиноватых малоустойчивых порід VII-X категорії за буримости. [2]
Малюнок 4.3 - Труба ТДВ-1 обуриваючого типу з обертовою внутрішньою трубою:
1,2-перехідники; 3-гайка; 4 - зовнішня труба; 5 - шайба; 6 - кульковий клапан; 7 - внутрішня труба; 8 - розширювач; 9-коронка.
Подвійні труби серії ТДН забезпечені підшипниковим вузлом для утримання внутрішньої труби від обертання. Конструктивна відмінність труб полягає в розмірах прохідних каналів, які дозволяють бурити на воді або на глинистому розчині. Кернорватель виконаний у вигляді пружинного кільця. [8]
Труби ТДН-1 (мал. 4.4.а) призначені для буріння серійними алмазними і твердосплавними коронками монолітних слаботрещиноватых порід V-XII категорії за буримости з промиванням свердловини тільки водою. Корпус кернорвателя має внутрішню циліндричну проточку, в якій розташована нижня частина внутрішньої труби. Між торцем проточки і нижнім торцем внутрішньої труби має зазор розміром 0,5-1 мм, величина якої регулюється гайкою. Зворотний кульковий клапан призначений для запобігання керна від видавлювання стовпом рідини при підйомі інструменту. При бурінні клапан відкривається і запобігає виникнення водяний або повітряної подушки у внутрішній трубі.
Подвійна труба ТДН-2 (мал. 4.4.б) призначена для буріння з промиванням водою або глинистим розчином.[4]
Алмазна коронка спеціальної конструкції має збільшену ширину матриці і подовжений сталевий корпус з внутрішнім різьбленням.
Труба четвертого типу ТДН-4 (мал. 4.4.в) призначена для буріння зруйнованих, легко размывающихся порід з промиванням водою або глинистим розчином. Труби оснащуються спеціальними одношаровими алмазними коронками КДТ-4А або импрегнированными коронками КДТ-4І. [7]
Малюнок 4.4 - а -ТДН-1; б -ТДН-2; в -ТДН-4;
1 - перехідник; 2 - зовнішня труба; 3-підшипниковий вузол; 4 - кульковий клапан; 5 - внутрішня труба; 6-розширювач; 7 - корпус кернорвателя; 8-кернорватель; 9 - алмазна коронка;
На малюнку 4.5. наведена труба подвійна невращающейся ТДН-БОК, яка призначена для алмазного буріння. Конструкція труби дозволяє включити її до складу бурового снаряда для буріння ССК. Внутрішня труба 4 укріплена на підшипниковому вузлі 3, який не передає обертання на внутрішню трубу. В перехіднику 1 потік промивної рідини змінює напрямок і таким чином пряма промивка перетворюється у зворотний. Пройшовши по зазору між зовнішньою 5 і внутрішньої 4 трубами, рідина доходить до зовнішньої алмазної коронки 7. На малюнку 4.5. наведена труба подвійна невращающейся ТДН-БОК, яка призначена для алмазного буріння. Конструкція труби дозволяє включити її до складу бурового снаряда для буріння ССК. Внутрішня труба 4 укріплена на підшипниковому вузлі 3, який не передає обертання на внутрішню трубу. В перехіднику 1 потік промивної рідини змінює напрямок і таким чином пряма промивка перетворюється у зворотний. Пройшовши по зазору між зовнішньою 5 і внутрішньої 4 трубами, рідина доходить до зовнішньої алмазної коронки 7.
Малюнок 4.5 - Незворотня подвійна труба ТДН-БОК
Тут потік рідини розділяється, частина потоку йде в простір між зовнішньою трубою і стінками свердловини. Так як на зовнішній трубі 5 зовні укріплені розширювач 2 і калібратор 6, які зменшують переріз кільцевого зазору і створюють опір потоку, то рідини легше пройти через внутрішню трубу повз керна, ніж через кільцевий зазор. Тому в кільцевий зазор йде менша частина потоку рідини. Більша частина потоку входить у внутрішню трубу. В районі коронки потік рідини впливає на керн і тому керн частково розмивається. Для зриву керна і утримання його при підйомі по внутрішній трубі розташований звичайний пружинний кернорватель відкритого типу, тобто знаходиться в трубі і постійно контактує з керном.
В СКБ Міністерства геології СРСР розроблена подвійна колонкова труба ЗКС-112 (див. римал.4.6) з незворотньою внутрішньою трубою. [5]
Труба призначена для буріння свердловин діаметром 112мм четырехшарошечными колонковыми долотами типу 6ДК-112К з центральним каналом для прийому керна
Малюнок 4.6 -- Подвійна колонкова труба ЗКС-112:
а - з пружинним кернорвателем; б - з пластинчастим кернорвателем;
1-шпиндель; 2 - перехідник; 3 - штир для утримання кульок; 4 - зовнішня труба; 5,8,10,14-гумові ущільнювальні кільця; 6 - кульковий замок-підшипник; 7-долото; 9-підшипник вузла підвіски; 11 - кулька-клапан; 12 - сідло зворотного клапана; 13 - внутрішня труба; 15 - внутрішня обойма; 16 - палець; 17 - зовнішня обойма; 18-корпус кернорвателя; пружинний кернорватель; 20-розпірна втулка; 21 - пластинчастий кернорватель; 22-кільце конусне
Кульковий замок 6 утримує внутрішню трубу 15, яка вставляється в зовнішню обойму 17. Кількість промивної рідини регулюється заміною сідла зворотного клапана 12 з різними діаметрами прохідного отвору. Внутрішня і зовнішня труби можуть складатися з декількох секцій довжиною до 12м, які вставляються один в одного. Для збільшення жорсткості зовнішня труба виконана з товстостінної ниппельной заготовки. У колонкових снарядах типу 3КС застосовуються кернорватели різних типів:рычажковые, цангові, пелюсткові, рулонні.
У 1970 р був винайдений подвійний колонковый снаряд вченими І.І. Толокновым і М.М.Розиновым, що складається з зовнішньої труби, з цанговим затискачем і конусними кулачками в нижній частині і золотника (мал. 4.7) [6]
Малюнок 4.7- Подвійний колонковый снаряд
Снаряд з метою збільшення виходу керна при бурінні, що в кінцевому підсумку призводить до підвищення ефективності роботи, забезпечений розміщеним у кільцевій порожнині між зовнішньою і внутрішньою трубами поршнем, пов'язаним з внутрішньою трубою зрізним елементом і забезпеченим конусної виточкою для взаємодії з конусними кулачками. Він складається з зовнішньої труби 1, внутрішньої труби 2, перехідника 3 з каналами 4 і 3 і золотника 6. Внутрішня труба має в нижній частині цанговий затискач 7 з конусними кулачками 8. У кільцевій порожнині 9 між зовнішньою і внутрішньою трубами розміщений поршень 10, пов'язаний з внутрішньою трубою зрізним елементом 11. Поршень забезпечений конусної виточкою 12. В кінці рейсу через бурильні труби закидають кулька 13, який перекриває центральний канал 14,направляючи промивальну рідину по каналу 4 до поршня, який під дією тиску рідини, зрізає зрізний елемент переміщається вниз. Конусна виточення поршня вступає у взаємодію з конусними кулачками цангового затиску, змушуючи останній стискатися і заклинювати керн.
При безнасосном бурінні дуже важливо підтримувати ритмічне вештання снаряда, в іншому випадку створюються сприятливі умови для осадження шламу між керном і колонкової трубою і в зовнішньому кільцевому зазорі, що призводить до припинення циркуляції рідини, заклинювання керна в колонкової труби, відриву його і підйому під перехідник, а також заклинювання колонкової труби. [9]
Вештання інструменту за допомогою лебідки верстата негативно позначається на роботі вузлів і підвищує їх знос. В подвійний колонкової труби (ДКТ) з обертовою внутрішньою трубою можливе пошкодження керна за рахунок тертя його об стінки внутрішньої труби, а в конструкції подвійного колонкового снаряда (ДКС) обуривающего типу керн не захищений від розмиву, тому промивка контактує з керном у привибійній частині снаряда.
Безнасосный спосіб буріння дозволяє отримувати високий відсоток виходу керна навіть з м'яким, легко размывающимся при звичайному бурінні порід. При цьому відзначається досить висока збереження керна. Подвійні колонкові труби захищають керн від потоку рідини, самозаклинивают керн, захищають керн від стирання у внутрішній невращающейся трубі, виключають самоистирание керна від втягуються в обертання шматків керна за рахунок випередження внутрішньої труби, забезпечують захист керна від випадання з колонкової труби [10]
В результаті виконаних робіт розроблена ДКТ, яка дозволяє здійснювати буріння в умовах поглинання промивної рідини.
Розроблений подвійний колонковый снаряд захищає керн від потоку рідини, самозаклинивает його, захищає від стирання у внутрішній невращающейся трубі, виключає самоистирание керна від втягуються в обертання шматків керна за рахунок випередження внутрішньої труби, забезпечує його захист від випадіння з колонкової труби.
Основною умовою для буріння - це наявність стовпа рідини не менше 6м. Буріння здійснюється за загальноприйнятою методикою з расхаживанием колони бурильних труб на висоту 100мм з частотою 25 хід/хв. Таким чином, використання розробленої ДКТ дозволяє удосконалити безнасосное буріння при відсутності або нестачі технічної води для промивки свердловин, при сильних поглинання промивної рідини і для підвищення виходу керна в пухких та порушених породах.
Буріння з розробленою ДКТ можна здійснювати в свердловинах діаметром 76мм і більше. По породам категорії за буримости доцільно використовувати твердосплавні коронки типу СМ4, СМ6,СТ2. Зусилля пружини ДКТ дозволяє штампу внутрішньої труби впроваджуватися в такі породи без обертання. Економічний ефект від використання розробленої ДКТ може скласти 2000 грн.
При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січня 2014 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.