Link slot gacor adalah pilihan unggulan untuk menikmatislot gacordengan fitur modern, RTP tinggi, dan kesempatan meraih maxwin setiap hari. Temukan keseruan bermainslot onlineserver Thailand yang terkenal stabil dan gacor di tahun 2025. Proses deposit instan memudahkan kamu menjajalslot qrisdengan RTP menguntungkan di IJP88. Saksikan juga serunyastreaming boladalam kualitas tinggi dan koneksi anti-lag di setiap pertandingan. Jangan lewatkan jugaslot gacor terbaruuntuk update game dan promo terkini dari situs terpercaya. Kamu juga bisa cobasitus slot gacordengan koleksi game lengkap dan RTP tinggi. Jangan lupa nikmati juga slot gacor maxwin yang bisa jadi pilihan utama di antara banyak situs populer. Untuk kemudahan transaksi, gunakan layananSlot Danasebagai metode deposit yang cepat dan aman. Coba juga berbagai slot demo gratis untuk latihan dan hiburan tanpa risiko.
КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ | Евразийский Союз Ученых - публикация научных статей в ежемесячном научном журнале
Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ // Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале. Науки о Земле. ; ():-.

Стремительные тенденции оптимизации технико-экономических показателей мировых и всероссийских геологоразведочных и строительных производств, стали неотъемлемой концепцией совершенствования техники и технологии бурения скважин в современном веке.

Промышленные организации, чьи работы тесно связаны с бурением скважин по различным горно-геологическим условиям первую очередь, остро нуждаются в высокопроизводительных породоразрушающих инструментах. В этом плане, не совершенство десятилетиями конструкций традиционных буровых долот вынуждает местных организаций обратится к зарубежным производителям.

Ведущими мировыми производителями предлагаются широкий спектр различных породоразрушающих инструментов. Ими активно ведутся работы по совершенствованию буровых долот, которые работали бы по различным горно-геологическим условиям. При этом основной проблемой, с которой сталкиваются заказчики, являются малая эффективность, быстрое изнашивание резцов, а также дороговизна обслуживания предлагаемых зарубежными исполнителями инструментов.

Весьма характерно проявляются вышеизложенные проблемы при сооружении буровых скважин различного назначение в условиях распространения многолетнемерзлых пород (криолиотзоны), к тому же, одновременно интенсифицируется основное отрицательное явление мерзлых горных пород – тепловой фактор, оттайка забоя скважины, который осложняет вес процесс буровых работ.

Основными определяющими компонентами многолетнемерзлых пород являются — лед, вода незамерзшая и (или) прочносвязанная, твердые минеральные частицы, а также пары и газы, которые в зависимости от формы и размеров оказывают существенное влияние на физико-механические свойства многолетнемерзлых пород.

Решение обозначенной актуальной научно-технической проблемы связана с разработкой инновационного высокопроизводительного долота, который обеспечил бы эффективное разрушение с минимизацией теплового воздействия на забой скважины.

Особенностью бурения скважин в мерзлых породах является их чувствительность к изменению теплового режима. Даже малые колебания температуры в скважине значительно меняют прочностные свойства мерзлых пород. Это обусловлено возникновением в порах мерзлых пород переходных процессов, в котором с понижением температуры часть содержащейся воды переходит из твердого состояния в жидкое.  Дальнейшее изменение температуры приводит к смене состава воды в мерзлой породе и увеличению количества льда за счет воссоединения молекул чистой воды к кристаллам льда. Такое явление повышает концентрацию солей, содержащихся в незамерзшей воде мерзлого грунта и снижает температуру ее замерзания. Понижение температуры незамерзшей воды приводит к изменению физико-механических свойств горных пород: увеличивается их вязкость, а при дальнейшем повышении повышается пластичность и появляется склонность к оползанию, которые при достижении положительной температуры в скважине полностью теряют связность пород.

Данные исследования по воздействию физико-механических свойств мерзлых пород с точки зрения бурения различных скважин получены многолетними трудами разных научно-исследовательских институтов. И многие исследователи в своих работах делают заключение о том, что «при сохранении естественного температурного режима многолетнемерзлых пород, по своей прочности они не отличаются от обычных пород средней крепости». В практике сооружения скважин в условиях криолитозоны, изменение температуры невозможно избежать. Растепление мерзлых пород, является основной причиной снижения представительности пробы и сопутствует возникновению различных осложнений и аварий в процессе бурения.

При бурении скважин большого диаметра (шурфоскважин) в условиях криолитозоны, в основном исследовалось ударно-канатное бурение. В этом направлении выявлены принципы работы бурового инструмента, разработаны технологии бурения и даны рекомендации по их применению в определенных горно-геологических условиях [4, 5]. Вращательный же способ бурения шурфоскважин при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых в условиях криолитозоны недостаточно изучен и требует дальнейшего усовершенствования существующей техники и технологии.

В настоящее время, современными производителями разрабатываются различные высокотехнологические буровые породоразрушающие инструменты нового поколения, такие как: лазерное, ультразвуковое, гидравлическое бурение (струя воды), гидравлическое – абразивное бурение, электрогидравлическое, электроимпульсное, плазменное, разрушение горной породы в электромагнитном поле высокой частоты и др.

Ультразвуковое бурение основано на использовании мощности, создаваемой ультразвуковыми колебаниями, которые вызывают огромные изменения давления в окружающей среде. Ультразвуковые колебания в жидкости создают пустоты или так называемые кавитационные пузырьки. Огромное давление, возникающее при заполнении образовавшихся пустот, используется для разрушения, дробления и размельчения твердых пород грунта

Звук — это упругие колебания среды. Увеличение частоты колебаний обусловливает рост мощности звуковой волны. При частоте около 1 000 000 000 ГЦ ультразвуковые колебания проходят на границе с тепловыми колебаниями. При распространении ультразвуковых колебаний в жидкости в ней возникают давления и разрежения, сопровождающиеся возникновением растягивающих усилий. В местах разрывов образуются многочисленные малые пустоты — кавитационные пузырьки, которые при смене разрежения давлением захлопываются, создавая гидравлический удар и развивая давление до нескольких тысяч атмосфер. При этом материал, подверженный кавитации, разрушается.

Разрушение материалов ультразвуком широко используется в промышленности при резании, сверлении и долблении. Для нужд металлообработки серийно выпускаются универсальные ультразвуковые станки. Эксперименты подтвердили возможность использования ультразвука для разрушения горных пород в бурении

Плазменный способ разрушения материалов находит применение в промышленности. Принцип действия плазменного бурения: струя холодной плазмы с температурой от 5000 до 50000 °C используется для получения отверстий, резки, расплавления, сварки и др. Плазма индуцируется плазмотроном, его также называют электродуговой плазменной головкой.

На рис. 1 показана принципиальная схема плазмотрона.

Получаемая струя плазмы имеет большой диапазон технологических свойств, зависящих от температуры и скорости истечения плазменной струи, параметров электрического тока, материала электродов, свойств подаваемого газа, а также от физических качеств обрабатываемого объекта.

Струя плазмы создается электрическим дуговым разрядом между изолированными электродами. Первый электрод изготавливается в виде стержня, второй — в виде диска с отверстием, являющимся — соплом. Диаметр канала соответствует диаметру дуги. Через канал вдоль электрической дуги, со стороны первого электрода, подается газ по направлению к соплу. Проходя через столб электродуги, газ ионизируется, образуя струю плазмы выходящую из сопла в виде факела. Газ с меньшей степенью ионизации имеющий меньшую температур обволакивает столб электродуги, изолируя стенки канала и сопла от теплового воздействия плазмы.

Плазменными генераторами создается температура до 16650 °C, при такой температуре струей плазмы могут разрушаться любые породы. Плазма образуется при прохождении электрического тока через поток гелия или аргона, пропускаемого между электродами со скоростью 180-7330 м/с. Для получения плазмы достаточно напряжение используемого тока равное 10-500 В, при силе тока 100-1000 А. В дугу поступает от 60 до 80% подводимой энергии. Породе передается около 50% энергии плазмы, часть энергии уносится охлаждающей жидкостью. Таким образом, КПД плазменного бура составляет 30-40%.

Испытания плазменного бурового оборудования показали преимущество энергетических показателей плазмобура над термобуром, работающим на химическом топливе. Энергоемкость плазменного разрушения в 2—3 раза ниже, поскольку параметры плазменных струй регулируются в широких пределах.

Плазменный способ бурения хотя и расширяет область термического бурения, но требует для стабилизации дуги подачи в скважину газа, т. е. применения дорогостоящего компрессора, который в свою очередь ограничивает глубину бурения скважин.

Бурение горных пород способом размыва струей жидкости (гидробурение), при помощи гидромонитора под давлением до 15 МПа применяется при разработке месторождений открытым и подземным способами. При давлениях около 20 МПа возможно успешное разрушение некоторых групп песчаников, известняков и других пород небольшой крепости.

При вскрытии грунта гидроструйным способом себестоимость одного кубометра извлеченной породы обходится значительно дешевле, чем при работе экскаваторами. В большей степени гидроструйное бурение применимо в ходе горных работ, на шахтах.

Была доказана эффективность разрушения крепких пород струей воды напором 70-100 МПа при сверхзвуковой скорости выбрасывания из сопла. При этом наиболее производительными показали себя четырехсопловые насадки, которыми в мраморе и граните выбуривались круглые углубления, ширина реза была до 5 мм, глубина до 50 мм. В ходе теоретических построений и практических исследований было выявлено, что наиболее интенсивное разрушение породы наблюдалось при диаметре струи 0,8-1 мм и расстоянии до породы 40-50 мм. Было обнаруженно также, что глубина реза растет в соответствии с ростом давления по линейному закону.

Кроме непрерывной гидроструи, применяется прерывистая, импульсная струя, выбрасываемая из сопла порциями.

Термическое бурение — способ бурения, выполняемый с помощью специальной огнеструйной горелки. На забое скважины с помощью высокотемпературных газовых струй выходящих со сверхзвуковой скоростью из сопел горелки, в результате сложного взаимодействия раскалённых струй и воды с разрушаемой породой происходит бурение.

В отличие от механического способа разрушения при бурении, когда увеличение прочности пород приводит к снижению скорости внедрения, для термического бурения эффективность повышается.

Одним из вариантов термического бурения является термомеханический, когда, нагрев породы совмещается с обычным механическим бурением, однако сам комплекс разрушающих инструментов достаточно сложен. Задача сводится к наложению на термические напряжения механических, в результате чего интенсифицируется разрушение. Как правило, тепловое нагружение осуществляется газовой или плазменной горелками, а механическое -шарошечным долотом.

Установки термического бурения бывают с вращающимся рабочим органом, применяемые при бурении крепких, трещиноватых пород, и станки с невращающимся рабочим органом, применяемые при бурении монолитных пород.

Для бурения мелких шпуров до 2м. создано несколько конструкций ручных термобуров, термоотбойников, терморезаков и другого инструмента.

Термическое бурение основано на тепловых свойствах горных пород, их теплопроводности, коэффициенте линейного и объемного расширения и теплоотдаче, характеристики которых в краткой форме представлены ранее. Там же отмечено, что породы хрупкие с низким коэффициентом Пуассона разрушаются быстрее, с меньшими удельными энергозатратами, чем породы в которых превалируют пластические деформации.

При термическом разрушении в горных породах протекают следующие процессы: тепловое расширение; нарушение кристаллической решетки; полиморфные превращения в окварцованных породах; химические превращения; изменение агрегатного состояния вплоть до плавления; изменение тепловых свойств породы; изменение прочностных характеристик.

Прочностные свойства пород с изменением температуры вначале увеличиваются, а затем — снижаются, что определяется величиной температурного градиента.

Наиболее простым в пользовании и недорогим способом, к тому же эффективным при бурении скважин остается шнековый способ (рис.2). Наивысшие скорости можно достичь только при достижении между интенсивностью разрушения (резания) горных пород на забое и транспортирования выбуренной породы на поверхность. Эффективность разрушения мерзлых пород на забое скважины и очистка забоя скважины от бурового шлама прямо зависят от типа и конструкции породоразрушающего инструмента [2, 3].

На эффективность разрушения и очистки забоя скважины существенное влияние оказывают форма и размеры резцов породоразрушающего инструмента [3, 4, 5]. Рациональный выбор формы режущей части бурового инструмента, обеспечивающей эффективное разрушение, особенно необходимо учитывать при создании новых типов буровых режущих инструментов.

На основании проведенного анализа литературных данных и практики бурения скважин, обзора проведенных научно-исследовательских работ, отечественных и зарубежных конструкций буров, а также учитывая физико-механические свойства многолетнемерзлых пород рекомендована концепция разработки инновационного породоразрушающего инструмента (долота) для бурения скважин большого диаметра в условиях криолитозоны:

  1. Центральный опережающий резец (забурник) в процессе бурения обеспечивает центрирование породоразрушающего инструмента в скважине. Но как показывает практика бурения скважин по мерзлым песчано-галечниковым отложениям, чем больше диаметр породоразрушающего инструмента, тем малоэффективна функция забурника. Это связано с тем, что при резании резцами, расположенными по концентрическим кругам с разной окружной скоростью v, понижающейся от периферии к центру забоя скважины достигая по оси центрального опережающего резца (забурника) v=0 разрушение породы забурником происходит только за счет раздавливания под осевой нагрузкой Со без резания. Таким образом, центральная опережающая часть (забурник) превращается в своего рода опорный элемент вращающегося породоразрушающего инструмента и замедляет механическую скорость бурения Vмех. Исходя из этого, необходимо видоизменить конструкцию породоразрушающего инструмента, устранив опережающий центральный резец (забурник).
  2. Резцы в породоразрушающем инструменте должны быть сменными и удобными для быстрой замены при износе или поломках.
  3. Рациональная форма, размеры и геометрия режущих элементов породоразрушающего инструмента должны обеспечивать минимальные энергозатраты при разрушении мерзлых горных пород. Этим требованиям наиболее отвечает цилиндрическая остроконечная форма резца [3].
  4. Основные показатели бурения во многом зависят от правильного выбора оптимального угла резания γ резцов.

Вопросами влияния оптимального угла резания γ при бурении скважин в мерзлых породах занималось не малое количество исследователей [1, 2, 3]. В настоящее время не даны четкие рекомендации по выбору оптимального угла резания и с учетом заключений авторов, оптимальным считается угол от 30° до 40°.  Однако, учитывая существенное повышение прочностных свойств мерзлых песчано-глинистых пород, считаем возможным увеличение угла резания γ до 50-60°.

  1. Для бурения скважин в сложных горно-геологических условиях должен применяться породоразрушающий инструмент со специальными резцами. Расположение резцов по высоте должно обеспечивать эффективное разрушение горной породы на забое. При этом, резцы должны иметь минимальную и достаточную площадь контакта с горным массивом: минимальную — для уменьшения выделяемой теплоты и достаточную — для обеспечения объемного разрушения мерзлых пород на забое скважины.

Литература:

  1. Бугаев В. Г. Исследование процесса, разработка конструкции режущего инструмента и обоснование режимов вращательного бурения скважин: дис. … канд. техн. наук. –  Красноярск, 2004. – 307 с.
  2. Грабчак Л. Г. Горноразведочные работы / Л. Г. Грабчак. – М.: Высш. шк., 2003. – 661 с.
  3. Линьков С.А. Разработка конструкции и обоснование параметров рабочего органа для бурения скважин в мерзлых грунтах: дис. … канд. техн. наук. – Омск: Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, 2007. – 185 с.
  4. Скрябин Р. М. Технология и техника вращательного бурения скважин большого диаметра в многолетнемерзлых породах / Р. М. Скрябин, Н. Г. Тимофеев // Отечественная геология. – 2011. – № 6. – С. 77-82.
  5. Скрябин Р. М. Разработка бурового снаряда для бурения скважин большого диаметра (Ø500 мм. и более) на разведке россыпных месторождений Севера / Р. М. Скрябин, Н. Г. Тимофеев // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. – 2012. – Т. 9, №1. – С. 85-90.[schema type=»book» name=»КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ » author=»Тимофеев Николай Гаврильевич, Жирков Афанасий Николаевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-13″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх
404: Not Found404: Not Found