Калініченко Олег Іванович. Розвиток наукових основ створення заглибних гідроударних снарядів і установок для однорейсового буріння свердловин на морському шельфі

Краткое описание

Калініченко Олег Іванович. Розвиток наукових основ створення заглибних гідроударних снарядів і установок для однорейсового буріння свердловин на морському шельфі : Дис... д-ра наук: 05.05.06 2002

Калініченко О.І. Розвиток наукових основ створення заглибних гідроударних снарядів і установок для однорейсового буріння свердловин на морському шельфі.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.06. - Гірничі машини. - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2002 р.
Дисертація присвячена питанням теорії, методам розрахунку й оптимізації гідроударних снарядів призначених для однорейсового буріння підводних свердловин. Досліджувані динамічні процеси в робочих камерах гідроударних машин, як головної ланки бурових снарядів. Встановлено домінуюче значення на формування сили переміщення поршня гідроударної машини додаткового тиску, що є кількісною характеристикою енергії потоку, та залежить від об’єму роботи рідини в циліндрі механізму. Отримано нові закономірності формування характеристик машин у широкому діапазоні зміни параметрів гідроударної системи. Дано нове рішення актуальної наукової проблеми що полягає в теоретичному і прикладному розвитку наукових основ створення й оптимізації багатофункціональних гідроударних заглибних бурових снарядів, що забезпечують комбінований спосіб руйнування порід. На основі результатів досліджень, створені і широко впроваджені нові автономні установки для однорейсової проходки свердловин на морських шельфах.

У дисертації здійснено теоретичне узагальнення і дане рішення актуальної і значної наукової проблеми розвитку наукових положень теорії гідроударних машин, що полягає в розкритті особливостей, закономірностей, установленні залежностей і розробці математичних моделей для створення ефективних гідроударних заглибних бурових снарядів і установок для однорейсової проходки свердловин на морському шельфі
Основні наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному.
1. Теоретично й експериментально встановлено, що якісно і кількісно робо-чий тиск у циліндрі гідроударника подвійної дії визначається рівнем значимості гідроударного і додаткового тисків. При цьому значимість перерахованих складо-вих тиску, залежить від співвідношення робочої площі поршня гідродвигуна маши-ни () і площі перерізу трубопроводу (). При збільшенні живого перерізу трубопроводу від 0.35до 3.5і фіксованих витратах рідини, додатковий тиск, у порівнянні з гідроударним тиском, залишається домінуючим при істотності 50-98%.
2. При номінальних витратах рідини на привід гідроударних бурових снарядів (=160 - 240 л/хв)уперше теоретично й експериментально встановлено, що гідроударний і додатковий тиски близькі по значимості в області, коли площа трубопроводу, принаймні, в два рази менше площі поршня (). При співвідношеннізначимість гідроударного тиску в циліндрі машини подвійної дії знаходиться в діапазоні (50-25)%.
3. Експериментально підтверджено, що зниження амплітуди гідроударного тиску за рахунок збільшення живого перерізу трубопроводу призводить до несуттєвої зміни параметрів досліджуваного типу гідроударників. При23 см2і постійній витраті рідини збільшення площі перерізу трубопроводу з8 см2до78 см2призводить до деякого зниження частоти ударів (на4-5. 5%), збільшенню швидкості наприкінці робочого ходу (на10-14%)і зменшенню тиску наприкінці робочого ходу (на12-17%)при зниженні інтенсивності його зміни в інтервалі.
4. Теоретично й експериментально установлено вперше, що при постійній витраті рідини і незмінних конструктивних параметрів гідроударника залежності швидкості бойка наприкінці робочого ходу і ККД машини від площі перерізу трубопроводу носять екстремальний характер. Для досліджуваного гідроударника подвійної дії максимум швидкості бойка і ККД машини знаходяться в діапазоні= 0.87-0.95. При цьому підтверджена особливість досліджуваних екстремумів, що полягає в можливості їхнього зсуву уздовж координатних осей при зміні розміру робочої площі поршня.
5. Уточнена і теоретично обгрунтована залежність для визначення часу робо-чого ходу бойка, яка показує, що оптимальне значення часу ходу і відповідний йому оптимальний робочий хід поршня взаємозалежні з витратою рідини, пара-метрами гідросистеми і робочою характеристикою гідроударника.
6. Розроблено структурно-кінематичну схему і розкрито характер форму-вання частотно-силових параметрів багатофункціонального гідроударного заглиб-ного бурового снаряда, що забезпечує комбінований спосіб однорейсового буріння підводних свердловин. Вперше спосіб заснований на одночасній реалізації ударно-вібраційного ефекту руйнування гірських порід на забої при наявності зверненої циркуляції рідини в керноприймальнику і гідромоніторної руйнації осадів по зовнішній поверхні колонкового набору заглибного бурового снаряда.
7. Встановлено закономірності зміни тиску в робочій камері насосного блока багатофункціонального гідроударника, що визначають область необхідної інтенсивності висхідного прямування рідини в керноприймальній трубі. Вперше межа припинення циркуляції води в керноприймальній трубі визначена техноло-гічною областю раціональної частоти ударів бойка, при якій забезпечується ударно-вібраційний ефект руйнування осадків і одночасно досягається достатня заповнюваність робочої камери насосного блока водою.
8. З урахуванням технічних і параметричних обмежень приводу і нерегульованих елементів гідроударника, при номінальній області подачі бурового насоса (180 - 240 л/хв), запропоновано метод вибору оптимального сполучення конструктивних і режимних параметрів гідроударної машини. Для типового набору донних осадів Азовського і Чорного морів встановлені області необхідних розмірів енергії (52 - 105 Дж) і частоти ударів бойка (16 - 21 гц),реалізація яких забезпечує комбінований спосіб буріння свердловин із необхідними вихідними параметрами системи «заглибний буровий снаряд-свердловина».
9. Експериментально підтверджена технічна можливість зменшення частоти ударів бойка при незмінних енергетичних показниках гідроударника. Відзначений результат забезпечено шляхом зниження гідроударного тиску в камерах гідродвигуна за рахунок активної зміни їхнього обсягу. Вперше при реалізації технічного рішення виключена багатоелементність гідроударної системи.
10. Вперше розроблено комплекс технологічного і допоміжного устаткування, що забезпечує можливість і ефективну експлуатацію гідроударних бурових снарядів при реалізації процесу буріння свердловин глибиною до 10 м із мало- і середньотоннажних бурових судів.
11. Результати досліджень використані при створенні гідроударних заглибних бурових снарядів і установок, що пройшли повний комплекс попередніх і приймальних іспитів і широко застосовуються морськими геологорозвідувальними підприємствами України і Росії. Вперше у світовій і вітчизняній практиці забезпечена проходка свердловин глибиною до 10 м і більш у широкому спектрі донних осадів, що включають прошарки «важких» грунтів і міцних порід, із неспеціалізованих мобільних і економічних плавзасобів малої і середньої тоннажності.
12. Розроблено метод проектування характеристик гідроударних бурових механізмів, що заснований на аналітичному рішенні рівняння балансу об’ємів рідини, що надходить від бурового насоса і минущих через гідроударник в окремі фази робочого циклу. Отримано залежності, що деталізують закономірності формування характеристик і показують додаткові шляхи більш повної реалізації потенціалу гідродвигуна, із можливістю підвищення на 20-30% ефективної потужності гідроударних машин, на основі вибору оптимального сполучення конструктивних і робочих параметрів елементів гідроударної системи.