Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения
In article the refined solution of a problem of definition of a maximum of the power implemented by down the hole hydraulic engine, with the account of functional dependence of hydraulic resistance from the liquid expense is resulted.
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20899 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения / А.А. Каракозов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 40-43. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859794092539510784 |
|---|---|
| author | Каракозов, А.А. |
| author_facet | Каракозов, А.А. |
| citation_txt | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения / А.А. Каракозов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 40-43. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | In article the refined solution of a problem of definition of a maximum of the power implemented by down the hole hydraulic engine, with the account of functional dependence of hydraulic resistance from the liquid expense is resulted.
|
| first_indexed | 2025-12-02T13:06:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
40
изгиб лепестка на участке S (рис. 4, а), где будет действовать максимальная нормальная
сила cp
nF (вид К на рис. 4) максимальной величины. Момент силы cp
nF относительно оси
шарнира (рис. 4, б) обеспечит поворот лепестка в вертикальное положение, что исключает
дезинтеграцию породы и поломку затворного устройства.
В 2008 г. новое затворное устройство было испытано при вращательном морском бу-
рении. Этим устройством был оснащен колонковый снаряд подводной буровой установки [2]
вращательного действия, бурение производилось в прибрежной зоне Черного моря. Испыта-
ния подтвердили работоспособность и эффективность нового затворного устройства.
Подводя итог, отметим, что разработано простое лепестковое затворное устройство,
для применения, как при ударном, так и вращательном бурении. Расширение функциональ-
ных возможностей инструмента обусловлено смещением шарниров от оси симметрии лепе-
стков и изгибом последних. Результаты анализа работы затворного инструмента дают осно-
вание для разработки универсального инструмента, обеспечивающего отбор представитель-
ных проб рыхлых пород при морском бурении.
Литература
1. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., 1967. – 608с.
2. Патент 23522 України, МПК (2006) Е21В7/12. Верстат для підводного буріння / С.В.
Гошовський, Б.М. Васюк. – Опубл. 25.05.2007. – Бюл. №7.
3. Патент 34391 України, МПК (2006) Е21В17/07. Універсальний затворний пристрій
грунтоносу / С.В. Гошовський, Б.М. Васюк. – Опубл. 11.08.2008. – Бюл. №15.
Поступила 02.06.09
УДК 622.24.085
А. А. Каракозов, канд. техн. наук
Донецкий национальный технический университет, Украина
УТОЧНЕННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МАКСИМАЛЬНОЙ
МОЩНОСТИ, РЕАЛИЗУЕМОЙ В ЗАБОЙНОМ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ МЕХАНИЗМЕ,
В УСЛОВИЯХ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ
In article the refined solution of a problem of definition of a maximum of the power imple-
mented by down the hole hydraulic engine, with the account of functional dependence of hydraulic
resistance from the liquid expense is resulted.
Создание новых эффективных технических средств гидроударного бурения геолого-
разведочных скважин связано с решением ряда задач по оптимизации гидроударных буро-
вых снарядов и режимов их работы. Одной из таких задач является поиск оптимального рас-
хода промывочной жидкости, который определяется из условия максимума мощности, под-
водимой к гидроударнику, при заданном давлении на выходе бурового насоса.
Впервые эту задачу решил П. П. Шумилов для условий турбинного бурения [1], и по-
лученное им решение универсальное для забойных гидравлических двигателей. Суть реше-
ния заключается в следующем: максимальная мощность в забойном гидравлическом двига-
теле (как функция от расхода жидкости) достигается в случае, когда в механизме реализуется
две трети мощности на выходе бурового насоса [2]. При выводе этого соотношения учитыва-
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
41
лись гидравлическое сопротивление в системе «насос – бурильная колонна – забойный дви-
гатель – скважина». Поскольку задачу решали в условиях бурения нефтяных скважин, в рас-
чете потерь мощности фактически использовали допущение о независимости коэффициен-
тов гидравлических сопротивлений от расхода жидкости [3].
В условиях геологоразведочного бурения, площади сечений потоков жидкости в
скважине малы, изменение расхода может привести к варьированию коэффициентов гидрав-
лических сопротивлений [4]. В этом случае принятое допущение не корректно, связи с чем,
требуется уточнение решения известной задачи.
Приведем решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в
забойном двигателе, с учетом функциональной зависимости гидравлических сопротивлений
от расхода жидкости. В целях уменьшения громоздкости выкладок решение приведено толь-
ко для скважины постоянного диаметра и невращающейся бурильной колонны, что харак-
терно для гидроударного бурения скважин на морском шельфе.
Гидравлическая мощность, реализуемая в забойном двигателе, определяется по фор-
муле:
CH NNN (1)
где NН – мощность на выходе насоса (NН=PH Q, PH – давление на выходе из насоса, Q – рас-
ход жидкости); NС – потери мощности на гидравлических сопротивлениях.
QPPN CКС )( (2)
где PК – потери давления в бурильной колонне; PC – потери давления в скважине.
В общем случае [4]:
22
1
2
1
11
1
2
1
1
1
VnV
d
lPK
(3)
22
2
2
2
22
2
2
2
2
2
VnV
d
lPС
, (4)
где 1 и 2 – коэффициенты гидравлических сопротивлений (индекс 1 относится к трубам,
индекс 2 – к скважине); l – длина бурильной колонны; d1 и d2 – эквивалентные диаметры
потока; 1 и 2 – плотности жидкости; V1 и V2 – скорости течения жидкости; n1 и n2 – коли-
чество соединений бурильной колонны, оказывающих влияние на течение жидкости в тру-
бах и скважине (например для труб ниппельного соединения n2=0, а n1 равно количеству
ниппелей); 1 и 2 – коэффициенты гидравлических сопротивлений соединений бурильной
колонны.
Коэффициент гидравлического сопротивления зависит также от скорости течения
жидкости, ее типа (вязкая или вязкопластичная) и параметров.
Рассмотрим сначала решение задачи для вязкой жидкости. В этом случае коэффици-
ент определяется по формуле Блазиуса [5]:
44 )/(
3164,0
/
3164,0
FQdVd
(5)
где – кинематическая вязкость, F – площадь потока жидкости.
Тогда потери мощности:
3
1
4/11
1 QBQANC (6)
где 2
2
2
24
22
2
1
1
14
11
1 2)/(
3164,0
2)/(
3164,0
Fd
l
FdFd
l
Fd
A
2
2
2
222
1
1
111 22 F
n
F
nB
Подставляя значение NС из (6) в (1), получим:
3
1
4/11
1 QBQAQPN H (7)
Для нахождения максимального значения N производную выражения (7) по расходу
Q приравняем ее нулю:
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
42
03
4
11 2
1
4/7
1 QBQAP
dQ
dN
H (8)
откуда
2
1
4/7
1 3
4
11 QBQAPH (9)
Значение Q для максимальной реализуемой мощности определяется из уравнения (9),
которое можно решить численным методом. Подставляя значение PH из (9) в (7), получаем
максимальное значение N, соответствующее оптимальному расходу Q:
3
1
4/11
1 2
4
7 QBQAN (10)
Учитывая в (9), что
1
2
14/7
4
11
3
A
QBPQ H
(11)
3
1
3
1 11
1
11
7
11
1
11
7 QBNQBQPN HH (12)
из (7) получаем
Результаты анализа формулы (12) показывают, что максимальная мощность в забой-
ном гидравлическом двигателе может на 2/3 превышать мощности на выходе из насоса.
Рассмотрим решение этой задачи для вязкопластичной жидкости. В этом случае ко-
эффициент определяется по формуле Шищенко [4]:
8 0
6
075,0
V
d
Vd
(13)
где – структурная вязкость, 0 – динамическое напряжение сдвига.
С учетом (3), (4) и (13) потери мощности:
3
1
3
28
2
22
18
2
11 QBQE
Q
D
Q
CE
Q
D
Q
CNC
(14)
где
1
1
1 d
FC
;
2
2
2 d
FC
;
1
1
2
0
1 6
FD ;
2
2
2
0
2 6
FD ;
1
2
1
1
1
0375,0
Fd
lE
;
2
2
2
2
2
0375,0
Fd
lE
.
Подставляя значение NС из (14) в (1), получим:
3
1
3
28
2
22
18
2
11 QBQE
Q
D
Q
CE
Q
D
Q
CQPN H
(15)
По аналогии с предыдущим случаем, для нахождения максимального значения N
производную выражения (15) по расходу Q приравняем ее нулю:
0
8
2
8
2
33
8/72
22
3
2
2
2
3
2
8/72
11
3
1
2
1
3
1
2
1
2
28
2
22
18
2
11
QDQC
QDQCQE
QDQC
QDQCQE
QBQE
Q
D
Q
CE
Q
D
Q
CP
dQ
dN
H
, (16)
откуда
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
43
8/72
22
3
2
2
2
3
2
8/72
11
3
1
2
1
3
1
2
1
2
28
2
22
18
2
11
8
2
8
2
33
QDQC
QDQCQE
QDQC
QDQCQE
QBQE
Q
D
Q
CE
Q
D
Q
CPH
. (17)
Значение Q для максимальной реализуемой мощности определяется из уравнения
(17), которое также решается численным методом. Подставляя значение PH из (17) в (15),
получим максимальное значение N, соответствующее оптимальному расходу Q:
8/72
22
3
2
2
2
4
2
8/72
11
3
1
2
1
4
1
3
1
3
28
2
22
18
2
11
8
2
8
2
22
QDQC
QDQCQE
QDQC
QDQCQE
QBQE
Q
D
Q
CE
Q
D
Q
CN
. (18)
С учетом из (17), что
8/72
22
3
2
2
2
3
2
8/72
11
3
1
2
1
3
1
2
1
2
28
2
22
18
2
11
24
2
24
2
3/
QDQC
QDQCQE
QDQC
QDQCQE
PQBQE
Q
D
Q
CE
Q
D
Q
C
H
, (19)
из (18) получаем
8/72
22
3
2
2
2
4
2
8/72
11
3
1
2
1
4
1
8/72
22
3
2
2
2
4
2
8/72
11
3
1
2
1
4
1
24
2
24
2
3
2
24
2
24
2
3
2
QDQC
QDQCQE
QDQC
QDQCQEN
QDQC
QDQCQE
QDQC
QDQCQEQPN
H
H
. (20)
Результаты анализа формулы (20) показывают, что максимальная мощность в забой-
ном гидравлическом двигателе при использовании вязкопластичной жидкости всегда будет
меньше 2/3 мощности на выходе насоса, поскольку значения всех коэффициентов, входя-
щих в формулу, положительны.
Таким образом, полученные формулы (12) и (20) для определения максимальной
мощности, реализуемой в забойном гидравлическом двигателе, показывают, что при учёте
функциональной зависимости коэффициентов гидравлических сопротивлений от расхода
жидкости значения максимума могут существенно смещаться относительно установленной
ранее величины 2/3NH. Причем величина смещения зависит от типа промывочной жидкости:
для вязких (ньютоновских) жидкостей максимум может превышать 2/3NH (12), а для вязко-
пластичных (неньютоновских) – не может превышать 2/3NH (20).
Полученные зависимости моно использовать при разработке технологических пара-
метров бурения геологоразведочных скважин с использованием забойных гидравлических
машин, в том числе гидроударников.
Литература
1. Шумилов, П. П. Турбинное бурение нефтяных скважин. – М. : Недра, 1968. – 352 с.
2. Проектирование режимов турбинного бурения / Ю. Ф. Потапов, А. М. Матвеева,
В. Д. Маханько [и др.]. – М.: Недра, 1974. – 240 с.
3. Ясов, В. Г. Погружные гидравлические машины. – Днепропетровск, ДГИ, 1974. – 64 с.
4. Ивачёв , Л. М. Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин: Справоч-
ное пособие – М. : Недра, 1989. – 247 с.
5. Ивачёв , Л. М. Промывочные жидкости в разведочном бурении – М. : Недра, 1975. –
216 с.
Поступила 05.06.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20899 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T13:06:08Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Каракозов, А.А. 2011-06-09T19:38:26Z 2011-06-09T19:38:26Z 2009 Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения / А.А. Каракозов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 40-43. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20899 622.24.085 In article the refined solution of a problem of definition of a maximum of the power implemented by down the hole hydraulic engine, with the account of functional dependence of hydraulic resistance from the liquid expense is resulted. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения Article published earlier |
| spellingShingle | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения Каракозов, А.А. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения |
| title_full | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения |
| title_fullStr | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения |
| title_full_unstemmed | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения |
| title_short | Уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения |
| title_sort | уточненное решение задачи по определению максимальной мощности, реализуемой в забойном гидравлическом механизме, в условиях геологоразведочного бурения |
| topic | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20899 |
| work_keys_str_mv | AT karakozovaa utočnennoerešeniezadačipoopredeleniûmaksimalʹnoimoŝnostirealizuemoivzaboinomgidravličeskommehanizmevusloviâhgeologorazvedočnogobureniâ |