Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки
Work of hydrodynamic strengthener of axleloading is based on hydrodynamic transients in anisotropy pipeline. The choice of rational arrangements of boring shell is offered providing a most reflectivity hydropercussion wave.
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20946 |
| 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: | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки / Ю.Д. Бессонов, В.С. Слипенький // 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. 104-108. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860076940736593920 |
|---|---|
| author | Бессонов, Ю.Д. Слипенький, В.С. |
| author_facet | Бессонов, Ю.Д. Слипенький, В.С. |
| citation_txt | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки / Ю.Д. Бессонов, В.С. Слипенький // 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. 104-108. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | Work of hydrodynamic strengthener of axleloading is based on hydrodynamic transients in anisotropy pipeline. The choice of rational arrangements of boring shell is offered providing a most reflectivity hydropercussion wave.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:14:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
104
Суммарный гидравлический под-
пор, даН 390 407 422 434 444
Забойная осевая нагрузка, pF , даН 610 593 578 566 556
Результаты расчетов свидетельствуют, что увеличение толщины стенки бурильной
трубы в 5 раз ( с 5 до 15 мм) позволяет уменьшить длину сжатой части в 1,8 раза. При этом
гидравлический подпор увеличивается на 28 %, а забойная осевая нагрузка уменьшается на 9
%. Приведенный гидравлический подпор значительно повышается, однако это не приводит к
большим потерям забойной осевой нагрузки.
Выводы
Таким образом, результаты теоретических исследований влияния толщины стенки
бурильной трубы на гидравлический подпор, действующий на бурильную колонну, и дейст-
вующую на забой осевую нагрузку, таковы: увеличение толщины стенки бурильной трубы
приводит к увеличению гидравлического подпора и уменьшению забойной осевой нагрузки.
Литература
1. Бражененко А. М. Материалы к выбору режима бурения разведочных скважин колон-
ковым способом. – Днепропетровск: Проминь, 1967.
2. Залежності геометричних характеристик бурильної труби від товщини стінки / С.В.
Гошовський, А.О. Кожевников, Ю.Л. Кузін та ін. // Наук. вісн. Нац. гірнич. уні-ту. –
2004. – № 4. – С. 53–55.
Поступила 16.06.09
УДК 622.244
Ю. Д. Бессонов1, канд. техн. наук; В. С. Слипенький2
1Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Украина
2Казённое предприятие «Южукргеология», г. Днепропетровск, Украина
РАЦИОНАЛЬНАЯ КОМПОНОВКА БУРОВОГО СНАРЯДА
С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ УСИЛИТЕЛЕМ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ
Work of hydrodynamic strengthener of axleloading is based on hydrodynamic transients in
anisotropy pipeline. The choice of rational arrangements of boring shell is offered providing a most
reflectivity hydropercussion wave.
Результаты анализа волновых процессов в трубопроводах гидромеханизмов свиде-
тельствуют о возможности повышения прямого гидравлического удара путём использования
явления отражения волны в неоднородном трубопроводе [1]. Такой трубопровод имеет раз-
ные сечения по длине и тупиковые элементы. Так, при прохождении прямой волны через
место соединения различных по сечению элементов трубопровода (рис. 1), давление отра-
женной волны составляет определенную долю прямой волны с учетом соответствующего
сдвига во времени. Таким образом, согласно принципу суперпозиции, происходит наложение
отраженной волны и увеличение амплитуды давления прямого гидравлического удара в ра-
бочей камере 1 (рис. 1е).
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
105
dб
т
Dр
к
2 f2C2 1 f1C1
а)
б)
в)
C1
x=l
x
P1
P
P0
V
V2
0
0
1-d
1+dP1г)
0
P
P0
C2
C1
C1P2
д)
V
0
C1
C2
1-d
1+dV1
2
В(1+d)
V1
е)
0
P0
C1
1-d
1+dP1
P
ж)
V
0 C2
1-d
1+d V1
V1
2
В(1+d)V1
dб
т
2 f2C2 1 f1C1
а)
в)
x
P
P0
V
V2
0
0
1-d
1+dP1г)
0
P
P0
д)
V
0
1-d
1+dV1
2
В(1+d)
V1
е)
0
P0
1-d
1+dP1
P
ж)
V
0
1-d
1+d V1
2
В(1+d)V1
Рис. 1. Схемы прохождения гидроударной волны через соединение трубопроводов 1 и
2: а – схема соединения; б, в – распределение давления и скорости жидкости в исходном
положении; г, д – распределение давления и скорости жидкости при первом отражении
гидроударной волны от соединения трубопроводов 1 и 2;е, ж - распределение давления и
скорости жидкости при жестком отражении волны от дна трубопровода 1 при закры-
том клапане; 1
2
12
2
21122 // cdcdcfcf – коэффициент соединения; d1 , f1, c1 – диаметр,
площадь поперечного сечения и скорость гидроударной волны отводящего трубопровода 1;
d2, f2, c2 – диаметр, площадь поперечного сечения и скорость гидроударной волны подводя-
щего трубопровода 2
В [1] теоретически определена зависимость давления в трубопроводах 1 и 2 от коэф-
фициента соединения (рис. 2.2). Из анализа рис. 2 следует, что амплитуда прямой волны за
счет неоднородности трубопроводов увеличивается при первом отражении до двух раз.
1 2 3
1
2
Коэффициент соединения
Да
вл
ен
ие
ги
др
оу
да
ра
1
2
Коэффициент соединения
Рис. 2. Зависимость давления в рабочей камере
от коэффициента соединения после отражения волны
В течение определенного времени произойдет несколько отражений упругих волн вы-
сокого давления, что приведёт к увеличению амплитуды гидродинамического давления в
рабочей камере.
Рассмотренный гидродинамический переходный процесс в неоднородном трубопро-
воде положен в основу работы гидродинамического усилителя осевой нагрузки (ГУОН) [2],
создающего, дополнительную к весу бурового снаряда нагрузку на породоразрушающий
инструмент и преобразующего кинетическую энергию потока промывочной жидкости в гид-
родинамический напор для непосредственного воздействия на породоразрушающий инстру-
мент (долото). Для компоновок бурового снаряда с ГУОН коэффициент соединения
1
2
12
2
21122 // cdcdcfcf должен быть меньше единицы Схема ГУОН показана на рис. 3.
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
106
a
a
12
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
а) б) в)
увт
ук
lрк
Dрк
II
I
a
a
12
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
а) б) в)
увт
ук
lрк
Dрк
II
I
Рис. 3. Схема ГУОН: I – положение деталей при спуске в скважину; II – рабочее по-
ложение деталей: а – в начале рабочего хода клапана; б – в начале свободного хода клапан-
ной втулки; в – при обратном ходе клапанной втулки
Устройство состоит из следующих конструктивных элементов: верхнего переходника
5 для соединения с бурильными трубами 4; ограничительной втулки 6 для регулирования
перемещения клапана 9; пружины 7 для перемещения клапана вверх; шлицевой втулки 8 для
передачи вращательного движения через корпус (рабочую камеру) 10 к долоту 13. Шлицевая
втулка является одновременно элементом выключающего устройства. Клапан 9 соприкасает-
ся нижним торцом с клапанной втулкой 11.
Дно рабочей камеры является поверхностью, на которую воздействует высокое гид-
родинамическое давление. Пружина 12 служит для перемещения клапанной втулки 11 вверх.
Для обеспечения устойчивых колебаний давления жидкости в камере – диаметр клапана 9 в
месте сопряжения его с клапанной втулкой 11 должны иметь одинаковый размер.
Гидродинамический усилитель осевой нагрузки работает следующим образом. Уст-
ройство спускают в скважину на бурильных трубах (положение I). К нижнему переходнику
предварительно присоединяются долото 13. Не доводя долото до забоя 14 скважины на 0,2 –
0,5 м, от насоса 1 через компенсатор 2 и сальник-вертлюг 3 в скважину через бурильные тру-
бы 4 подают промывочную жидкость. При этом клапан 9 под действием пружины 7 припод-
нимается вверх относительно корпуса на величину <> свободного хода шлицевой втулки.
Между нижним торцом клапана 9 и торцом клапанной втулки 11 образуется зазор <>, через
который к забою скважины свободно протекает промывочная жидкость и очищает его от
шлама.
При постановке долота на забой (положение II a), шлицевая втулка 8 перемещается
вниз относительно корпуса 10 вместе с клапаном 9, который нижним торцом перекрывает
отверстие в клапанной втулке 11. У ее нижнего торца рабочей камеры создается гидравличе-
ский удар, который в виде прямой волны движется со скоростью c1 по промывочной жидко-
сти вверх до встречи с местом соединения с бурильными трубами.
В этот момент гидродинамическая волна начинает действовать на клапан 9, переме-
щая его вместе с клапанной втулкой 11 вниз.
Отраженная от неоднородности соединения с бурильными трубами обратная волна
увеличивает амплитуду прямой волны в рабочей камере 10. В конце рабочего хода yk (поло-
жение II б) клапан 9 отсекается посредством упора ограничительной втулки 6 в шлицевую
втулку 8. Клапанная втулка 11 по инерции движется вниз, сжимая пружину 12.
Между нижним торцом клапана и клапанной втулкой образуется зазор, куда устрем-
ляется промывочная жидкость, а давление в рабочей камере резко снижается. Клапан под
действием пружины 6 возвращается в исходное положение, а клапанная втулка 11 в конце
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
107
свободного хода отсекается и под воздействием сжатой пружины 12 возвращается в исход-
ное положение (положение II в). Клапанная втулка снова перекрывает движение промывоч-
ной жидкости, в рабочей камере возникает новый гидравлический удар и цикл повторяется.
Наличие удлиненной и увеличенной по сечению рабочей камеры 10 позволяет увели-
чивать амплитуду и регулировать продолжительность гидродинамического воздействия на
породоразрушающий инструмент, а также увеличивать КПД и ресурс устройства по сравне-
нию с гидроударниками.
В [3] аналитически определена амплитуда гидродинамического давления в рабочей
камере:
,
1
)(1
21
21
kk
kkpp
n
гуn
где 01cpгу – давление прямого гидроудара по Н.Е.Жуковскому; – плотность промы-
вочной жидкости кг/м3; 0 – начальная скорость движения жидкости в рабочей камере, м/с;
k1 – коэффициент отражения прямой волны согласно [1] –
1
1
1k ; k2 – коэффициент зату-
хания волны в рабочей камере; n – количество пробегов волны в рабочей камере.
Результаты анализа формулы для определения амплитуды гидродинамического дав-
ления в рабочей камере pn показали, что она зависит не только от амплитуды прямого гидро-
удара pгу, но и от коэффициента отражения k1. Определенный практический интерес пред-
ставляет анализ комбинаций компоновок бурового снаряда с включением в него ГУОН,
обеспечивающих наибольший коэффициент отражения k1. Значения отношения диаметров
бурильных труб и рабочей камеры dбт/Dрк, коэффициента соединения δ и коэффициента от-
ражения k1 для различных компоновок бурильных труб (по диаметру проточного канала) и
внутреннему диаметру рабочей камеры (если для их изготовления использовать трубную
заготовку из обсадных труб) приведены в таблице.
Числовые значения отношения диаметров бурильных труб и рабочей камеры dбт/Dрк,
коэффициента соединения δ и коэффициента отражения k1 для различных компоновок
бурильных бурового снаряда
Значение при отношении
диаметра трубы, мм/диаметра рабочей камеры, мм
Диаметр бурильн.
трубы, мм
/диаметр канала,
мм
Символьное
значение
73/63 89/79 108/98 127/117 146/136 168**/150
42 /32
dбт/Dрк
δ
k1
0,508
0,258
0,590
0,405
0,156
0,730
0,327
0,107
0,807
0,274
0,075
0,860
0,235
0,055
0,896
0,213
0,045
0,913
50 /39
dбт/Dрк
δ
k1
0,619
0,384
0,445
0,494
0,232
0,620
0,398
0,168
0,712
0,333
0,111
0,800
0,287
0,082
0,849
0,260
0,068
0,873
54*/ 44
dбт/Dрк
δ
k1
0,698
0,488
0,344
0,557
0,295
0,544
0,449
0,202
0,664
0,376
0,142
0,751
0,324
0,105
0,810
0,293
0,086
0,842
63,5/51,5
dбт/Dрк
δ
k1
0,818
0,668
0,199
0,652
0,400
0,429
0,526
0,276
0,567
0,440
0,194
0,675
0,379
0,143
0,750
0,343
0,118
0,789
73**/59
dбт/Dрк
δ
k1
0,936
0,878
0,065
0,747
0,530
0,307
0,602
0,363
0,467
0,504
0,254
0,595
0,434
0,188
0,684
0,393
0,155
0,732
* – трубы ниппельного соединения [4]; ** – бурильные трубы для глубокого бурения с толщиной стенки 9мм [5]; В расчёте
не учитывалась площадь сечения клапана, уменьшающая площадь поперечного сечения рабочей камеры.
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
108
Анализ данных табл. 1 показывает, что меньшие значения отношения диаметра бу-
рильных труб к диаметру рабочей камеры и коэффициента соединения обеспечивают уско-
ренный рост амплитуды гидродинамического давления в рабочей камере и, как следствие,
обеспечивать рациональную гидродинамическую нагрузку на породоразрушающий инстру-
мент.
Литература
1. Тарко Л.М. Волновые процессы в трубопроводах гидромеханизмов. – М.: Машгиз,
1963. – 162 с.
2. Пат. України № 200003266505 Гідродінамічний вібробур. 11.05.2000. Бюл. № 3
О.М.Давиденко, В.С. сСліпенький, Ю.Д. Безсонолв, В.Ф. Сірик.
3. Сліпенький В.С. Визначення енергетичних характеристик гідродинамічного
вібробура. Нафтова і газова промисловість. – 2002. – № 6 – 22 с.
4. Справочник инженера побурению геологоразведочных скважин: В 2 т., Под ред.
проф. Е.А.Козловского.– М.: Недра. 1984. – Том 1. – 512 с.
5. Палашкин Е.А. Справочник механика по глубокому бурению. 2-е изд. перераб. и доп.
– М.: Недра. 1981. – 510 с.
Поступила 16.06.09
УДК 622.243:536.24
А. А. Кожевников1, д-р. техн. наук, А. Ю. Дреус2, канд. техн. наук,
С. В. Гошовский3, д-р. техн. наук, И. И. Мартыненко4, канд. техн. наук
1 Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Украина
2 Днепропетровский национальный университет, Украина
3 Украинский государственный геологоразведочный институт, г. Киев
4 Государственная геологическая служба, г. Киев, Украина
ТЕРМОДИНАМИКА СИСТЕМЫ «ИНСТРУМЕНТ–ГОРНАЯ ПОРОДА»
ПРИ ГЕНЕРИРОВАНИИ ТЕПЛОТЫ ТРЕНИЯ НА КОНТАКТЕ
The results of experimental investigation of the thermal conditions of drilling instrument are
presenting. The experiments are carried out with thermalvision camera.
Введение
Ресурсосберегающие режимы работы технологического инструмента (бурового, свер-
лильного, металлообрабатывающего и др.) во многом определяются теплофизическими про-
цессами, протекающими в зоне контакта инструмента с рабочей поверхностью. Роль темпе-
ратуры в обеспечении рациональных режимов работы такого инструмента детально проана-
лизирована в [1]. Следует отметить, что единого представления о термодинамическом со-
стоянии на забое и температуре при генерировании теплоты трения не существует. В этой
связи с этим возникают трудности при определении контактных температур с помощью рас-
четных методик. Неопределенность некого важного параметра теплообмена, как коэффици-
ент теплоотдачи, требует дополнительных исследований, в том числе с использованием ме-
тодов экспериментального моделирования и новейших измерительных методик.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20946 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:14:17Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бессонов, Ю.Д. Слипенький, В.С. 2011-06-13T06:01:48Z 2011-06-13T06:01:48Z 2009 Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки / Ю.Д. Бессонов, В.С. Слипенький // 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. 104-108. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20946 622.244 Work of hydrodynamic strengthener of axleloading is based on hydrodynamic transients in anisotropy pipeline. The choice of rational arrangements of boring shell is offered providing a most reflectivity hydropercussion wave. 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 Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки Article published earlier |
| spellingShingle | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки Бессонов, Ю.Д. Слипенький, В.С. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки |
| title_full | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки |
| title_fullStr | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки |
| title_full_unstemmed | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки |
| title_short | Рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки |
| title_sort | рациональная компоновка бурового снаряда с гидродинамическим усилителем осевой нагрузки |
| 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/123456789/20946 |
| work_keys_str_mv | AT bessonovûd racionalʹnaâkomponovkaburovogosnarâdasgidrodinamičeskimusilitelemosevoinagruzki AT slipenʹkiivs racionalʹnaâkomponovkaburovogosnarâdasgidrodinamičeskimusilitelemosevoinagruzki |