Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения
The results of experimental researches of cavitations treatment of washings liquids of the mining holes applied at the boring drilling are resulted
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20928 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения / А.Н. Давиденк, А.Ф. Камышацки // 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. 85-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20928 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Давиденко, А.Н. Камышацкий, А.Ф. 2011-06-10T11:51:23Z 2011-06-10T11:51:23Z 2009 Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения / А.Н. Давиденк, А.Ф. Камышацки // 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. 85-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20928 622.241.14 The results of experimental researches of cavitations treatment of washings liquids of the mining holes applied at the boring drilling are 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 Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения |
| spellingShingle |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения Давиденко, А.Н. Камышацкий, А.Ф. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title_short |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения |
| title_full |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения |
| title_fullStr |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения |
| title_full_unstemmed |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения |
| title_sort |
изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения |
| author |
Давиденко, А.Н. Камышацкий, А.Ф. |
| author_facet |
Давиденко, А.Н. Камышацкий, А.Ф. |
| topic |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
The results of experimental researches of cavitations treatment of washings liquids of the
mining holes applied at the boring drilling are resulted
|
| issn |
XXXX-0065 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20928 |
| citation_txt |
Изменение свойств промывочных жидкостей в процессе бурения / А.Н. Давиденк, А.Ф. Камышацки // 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. 85-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT davidenkoan izmeneniesvoistvpromyvočnyhžidkosteivprocessebureniâ AT kamyšackiiaf izmeneniesvoistvpromyvočnyhžidkosteivprocessebureniâ |
| first_indexed |
2025-11-25T20:39:04Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:39:04Z |
| _version_ |
1850524897280786432 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
85
В результате рассмотрения формы и размеров лунок разрушения при различных меж-
центровых расстояниях, установлено, что при слиянии лунок разрушения, образовавшихся
от каждого индентора, соединительные трещины проходят на глубине 0,5 – 0,6 диаметра ин-
дентора, как и было доказано теоретически.
Экспериментально установлено, что при одновременном внедрении инденторов об-
щее усилие, необходимое для разрушения породы, в 1,1÷1,3 раза меньше, чем суммарное
усилие внедрения каждого из инденторов отдельно. Наибольший объем разрушения при
межцентровом расстоянии (6÷8)r. Таким образом, регулируя расстояние между инденторами
(зубцами шарошки) можно повысить эффективность разрушения породы. Также на основе
изучения износа вооружения шарошечных долот с учетом анализа работы единичного ин-
дентора при его внедрении в породу установлена закономерность изменения напряжений в
элементах породоразрушающей части долота и в горной породе при их взаимодействии, что
позволяет констатировать: наибольшие касательные напряжения достигаются в области зуб-
ка, примыкающего к телу шарошки, а в горной породе – на границе бокового контакта зубка
с породой.
На основе исследований и анализа результатов производственной отработки шаро-
шечных долот для бурения мягких с пропластками пород средней твёрдости и пород средней
твёрдости рекомендуются [2] долота типа соответственно М, МС, С.
Литература
1. Будюков Ю.Е., Власюк В.И., Спирин В.И. Алмазный породоразрушающий инстру-
мент. – Тула: ИПП «Гриф и К», 2005 – 288 с.
2. Анненков А.А. Конструкции и технологии сооружения буровых скважин для захоро-
нения токсичных и радиоактивных отходов. Материалы Российского государственно-
го геологоразведочного университета «55 лет кафедрам Горного дела и Разведочного
бурения», – М., 2006, – С.75 – 89.
Поступила 09.06.09
УДК 622.241.14
А. Н. Давиденко, д-р. техн. наук, А. Ф. Камышацкий
Национальный горный университет, г. Днепропетровск Украина
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ
The results of experimental researches of cavitations treatment of washings liquids of the
mining holes applied at the boring drilling are resulted.
Как известно, бурение скважин без осложнения и качество их цементирования зависят
от качества промывки скважин. Без тщательной промывки забоя и ствола скважины невоз-
можно дальнейшее развитие глубокого и сверхглубокого бурения. Однако решаются вопро-
сы совершенствования промывки скважин довольно сложно, о чем свидетельствует большое
количество публикаций на эту тему с несовпадающими выводами.
Дисперсность определяет такие параметры дисперсных систем, как: водоотдача, структур-
но-механические свойства и устойчивость промывочных жидкостей. В то же время свойства дис-
персных системы существенно зависят от содержания в них мельчайших, коллоидных частиц. От
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
86
качества и соответствия промывочных растворов геолого-техническим условиям зависят скорость
бурения, предотвращение аварий и осложнений, получение качественного кернового материала,
износостойкость бурового оборудования и инструмента и, в конечном итоге, стоимость сооруже-
ния скважины.
Буровые растворы готовят с помощью механических смесителей: лопастных глиномеша-
лок, фрезерно-струйных мельниц, эжекторных установок. Такой способ приготовления растворов
зачастую не позволяет получить жидкость с требуемыми технологическими параметрами, что
приводит к увеличению расхода дорогих химических реагентов, материалов и энергии. При при-
готовлении промывочной жидкости в рассмотренных устройствах происходит первичное измель-
чение дисперсной фазы. Дисперсность диспергируемой фазы зависит от ее вида и качества, ис-
ходных размеров частиц, способа и продолжительности измельчения и других факторов. Однако
полная диспергация в процессе такого приготовления не достигается. Как показывают результаты
многочисленных исследований, для каждого диспергирующего устройства устанавливается опре-
деленная продолжительность процесса, увеличение которой не приводит к дальнейшему диспер-
гированию твердых частиц и изменению свойств дисперсной системы. Механические воздействия
для этого слишком кратковременны и прилагаются лишь к сравнительно небольшой части твер-
дой фазы.
Наиболее подходящую в каждой конкретной ситуации, промывочную жидкость вы-
бирают с учетом предъявляемых к ней требований, выполнение которых обеспечивается
большим количеством функций [3].
Для эффективного выполнения функций в различных геолого-технических условиях
бурения скважин промывочные жидкости должны обладать определенными технологиче-
скими параметрами (вязкостью, водоотдачей, плотностью), которые определяются их ком-
понентным составом.
Реологические свойства промывочной жидкости играют решающую роль при осуще-
ствлении буровых работ, в частности вязкость – основной технологический параметр. От
этих свойств зависят преимущество технико-экономические показатели бурения скважин.
Неудовлетворительные реологические свойства могут привести к серьезным осложнениям:
образованию пробок в стволе скважины, забиванию шламом призабойной зоны ствола, сни-
жению механической скорости бурения, размыву стенок ствола, прихвату бурильной колон-
ны, поглощению промывочной жидкости и др. Влиять на реологические свойства промывоч-
ной жидкости можно тремя способами:
изменением содержания дисперсной фазы;
применением химических реагентов;
повышением степени дисперсности дисперсной фазы.
Технологические свойства промывочных жидкостей ухудшаются в процессе бурения
скважин вследствие попадания выбуренных частиц шлама в раствор: ухудшается очистка
забоя, повышаются гидродинамические сопротивления и потери давления в циркуляционной
системе скважины.
Таким образом, большое внимание реологическим свойствам промывочных жидко-
стей следует уделять как на стадии приготовления, так и процессе бурения скважин.
В значительной степени технологические свойства промывочных жидкостей опреде-
ляются их устойчивостью, т.е. сохранением во времени основных параметров дисперсной
системы: дисперсности (удельной поверхности) и равномерного распределения дисперсной
фазы в дисперсной среде (одинаковая плотность по объему). Знание основных факторов ус-
тойчивости дисперсных систем и причин, ее нарушения, позволяет обоснованно управлять
свойствами промывочных жидкостей при бурении.
Различают кинетическую и агрегативную устойчивость дисперсных систем. Под агре-
гативной устойчивостью понимают способность частиц дисперсной фазы сопротивляться
слиянию и тем самым удерживать определенную дисперсность. Основные факторы, влияю-
щие на агрегативную устойчивость, взаимосвязаны и включают электрический и адсорбци-
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
87
онно-сольватный барьеры. Регулируются агрегативная устойчивость введением в промывоч-
ную жидкость специальных химических реагентов, которые создают на поверхности твер-
дых частиц адсорбционно-гидратные оболочки, что и препятствует слиянию частиц при
столкновении. Подбор химических реагентов и характер образования адсорбционно-
гидратных оболочек зависят от химического и минерального составов, как дисперсионной
среды, так и дисперсной фазы. Такое регулирование агрегативной устойчивости промывоч-
ных жидкостей эффективно, однако имеет недостатки, основными из которых являются вы-
сокая стоимость химических реагентов и экологически опасная основная часть химических
реагентов.
Под кинетической устойчивостью понимают способность дисперсных частиц удер-
живаться во взвешенном состоянии под влиянием их броуновского движения, т.е. устойчи-
вость относительно к массово-гравитационных сил. Кроме броуновского движения фактора-
ми кинетической устойчивости являются следующие [1]:
дисперсность (наиболее важный фактор: чем выше дисперсность, тем больше устой-
чивость);
вязкость;
разность плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы.
Таким образом, наиболее перспективным направлением в получении промывочных
жидкостей с улучшенными технологическими свойствами, является получение высокодис-
персных систем с высокой устойчивостью.
При использовании для приготовления промывочных жидкостей механических или
гидравлических способов полной диспергации дисперсной фазы не происходит. Для каждого
реального диспергирующего устройства установлена определенная продолжительность про-
цесса, увеличение которой не приводит диспергированию твердых частиц и изменению
свойств дисперсной системы. Механические воздействия для этого слишком кратковремен-
ны, прилагаются лишь к сравнительно небольшой части твердой фазы. Вследствие этого ак-
туальными становятся процессы дополнительного диспергирования дисперсной фазы про-
мывочных жидкостей, использующие различные диспергаторы.
Дополнительной диспергацией твердой фазы можно при одном и том же ее содержа-
нии в 2–3 раза увеличить вязкость, в 1,5 раза уменьшить водоотдачу, кроме того, уменьшить
содержание песка, и повысить стабильность. Процесс диспергирования позволяет сократить
количество твердой фазы в промывочной жидкости при заданных структурно-механических
свойствах. Чем ниже качество глины, тем значительнее эффект диспергирования.
Наиболее перспективными для регулирования свойств промывочных жидкостей яв-
ляются гидродинамические аппараты, в которых кавитация возникает при взаимодействии
потоков между собой или с другими кавитаторами.
На кафедре техники разведки месторождений полезных ископаемых Национального гор-
ного университета разработан экспериментальный образец кавитационного диспергатора (рис. 1)
[2]. Промывочная жидкость по подающей линии поступает в ниппель специального сечения
1 и, обтекая конус 2, далее в выкидную линию. При обтекании конуса образуется участок, в
котором капельная жидкость отсутствует – появляется суперкаверна. Для обеспечения воз-
можности регулирования режимными параметрами работы кавитационного диспергатора
конус обтекания выполнен с возможностью осевого перемещения в диффузоре ниппеля, пу-
тем перемещения штока 3. При этом размер суперкаверны зависит от скорости набегающего
потока и как следствие от радиального зазора между конусом обтекания и диффузором нип-
пеля.
В качестве базы сравнения принимается приготовление промывочной жидкости с по-
мощью гидродинамического кавитационного генератора – трубки Вентури.
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
88
Рис. 1. Экспериментальный образец кавитационного диспергатора
В результате проведенных исследований были получены зависимости технологиче-
ских свойств промывочных жидкостей от времени обработки (рис. 2).
а) б)
а б
Рис. 2. Зависимости обработки глинистого раствора условной вязкости (а)
и водоотдачи (б) от продолжительности
Из графиков рис. 2 следует, что применение исследуемого кавитационного дисперга-
тора позволяет получать суспензии более высокой степени дисперсности. Это и обусловило
более высокую скорость повышения условной вязкости и снижения водоотдачи в сравнении
с другими способами. Во время эксперимента наблюдался больший перепад давления (в 2
раза) на трубке Вентури. Это объясняется меньшей площадью проходного сечения.
Выводы.
1. Применение кавитационного диспергатора позволяет получать суспензии более высо-
кой дисперсности, чем при применении в качестве кавитационного генератора трубки Вен-
тури или при механическом перемешивании.
2. При использовании экспериментального образца кавитационного диспергатора энер-
гетические затраты на приготовление промывочных жидкостей на 50 % меньше, чем при
использовании трубки Вентури, вследствие меньшего перепада давления.
3. Использование кавитационного диспергатора позволяет снизить расход исходных
компонентов для приготовления промывочной жидкости на 20 %.
Литература
1. Ахмадеев Р.Г., Данюшевский В.С. Химия промывочных и тампонажных жидкостей. –
М.: Недра, 1981. – 152 с.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
89
2. Давиденко О.М., Камишацький О.Ф. Пат. 68524 А Україна, МКИ 7 Е 21 В 21/06. Устрой-
ство для приготовления буровых растворов / № 2003065862; Заявлено 24.06.2003; Опубл.
16.08.2004; Бюл. № 8. – 3 с.
3. Ятров С.Н. Промывочные жидкости в бурении скважин. – М.: Гостоптехиздат, 1960. –
310 с.
Поступила 09.06.09
УДК 622.24.051
И. А. Свешников1, А. Л. Майстренко1, доктора технических наук, С. Д. Заболотный1,
С. Ф. Беспалов1, А. И. Доброскокин1, В. Г. Городецкий2, канд. техн. наук, Н. П. Осадчук2
1 Институт сверхтвердых материалов им В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
2 Национальный технический университет «КПИ», г. Киев
ВЛИЯНИЕ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ РЕЗЦОВ НА ЭНЕРГОЕМКОСТЬ
РАЗРУШЕНИЯ ПРОЧНОЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ
It is experimentally established, that the tool of ISM design effectively works to depth of cut-
ting of 8 mm., thus minimum power consumption of destruction of breed is observed at a step of
cutting Тр = 60 mm. Necessary Тр the mathematical model is developed for the computer program
of arrangement of cutters in a combine crown.
Разрушение прочной горной породы при комбайновой проходке выработок является
сложной проблемой. При проведении горных выработок проходческими комбайнами типа
П110-01М должна обеспечиваться максимально возможная глубина резания породы. При
этом наблюдается большой расход серийных самовращающихся резцов типа РТ32 вследст-
вие частых поломок твердосплавных вставок и износа при прекращении вращения. Резцы
РП-221 с градиентной структурой отличаются высокой прочностью и износостойкостью.
Цель настоящей работы состоит в разработке путей рационального размещения единичных
резцов в коронке комбайна. При этом основным показателем был взят оптимальный шаг ре-
зания Тр – расстояние между соседними резцами, при котором наблюдается взаимодействие
зон разрушения от единичных инденторов.
Экспериментальные исследования проводили на стенде, созданном на базе токарно-
карусельного станка 1М553. При этом использовали блоки Теребовлянского песчаника
прочностью 60-80 МПа. Для измерения составляющих силы резания использовали специаль-
ный динамометр в комплексе с измерительной системой фирмы «НВМ» (Германия). При
проведении исследований шаг резания изменяли в диапазоне 12–80 мм при глубине резания
2–8 мм. В процессе экспериментов проводили отбор продуктов разрушения песчаника, по
которым определяли объем разрушенной породы и площадь реза. Далее рассчитывали энер-
гоемкость разрушения (МДж/м3) по формуле
p
z
w S
PH ,
где Pz – среднее усилие резания, Н; Sp – средняя площадь реза, мм2.
Результаты экспериментов приведены в табл. 1-3 и показаны на рис.
|