Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин
В статье приведены результаты работы по созданию сигнализатора для контроля поглощения промывочной жидкости, разработанного для условий бурения геологоразведочных скважин на полях угольных шахт в Донбассе....
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Назва видання: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63224 |
| 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: | Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин / А.А. Каракозов, С.Н. Парфенюк, А.О. Назарян // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 158-163. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63224 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-632242025-02-23T20:18:11Z Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин Каракозов, А.А. Парфенюк, С.Н. Назарян, А.О. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения В статье приведены результаты работы по созданию сигнализатора для контроля поглощения промывочной жидкости, разработанного для условий бурения геологоразведочных скважин на полях угольных шахт в Донбассе. В статті наведені результати роботи по створенню сигналізатора для контроля поглинання промивальної рідини, який розроблено для умов буріння геологорозвідувальних свердловин на полях вугільних шахт Донбасу. Results of development of fluid wall absorption indicator are presented. Device is intended for use during geological prospecting drilling on coal fields in Donbas. 2011 Article Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин / А.А. Каракозов, С.Н. Парфенюк, А.О. Назарян // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 158-163. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63224 622.143:622.248.33:654.9 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| spellingShingle |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Каракозов, А.А. Парфенюк, С.Н. Назарян, А.О. Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
В статье приведены результаты работы по созданию сигнализатора для контроля поглощения промывочной жидкости, разработанного для условий бурения геологоразведочных скважин на полях угольных шахт в Донбассе. |
| format |
Article |
| author |
Каракозов, А.А. Парфенюк, С.Н. Назарян, А.О. |
| author_facet |
Каракозов, А.А. Парфенюк, С.Н. Назарян, А.О. |
| author_sort |
Каракозов, А.А. |
| title |
Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин |
| title_short |
Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин |
| title_full |
Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин |
| title_fullStr |
Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин |
| title_full_unstemmed |
Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин |
| title_sort |
реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63224 |
| citation_txt |
Реализация способа контроля поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин / А.А. Каракозов, С.Н. Парфенюк, А.О. Назарян // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 158-163. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT karakozovaa realizaciâsposobakontrolâpogloŝeniâpromyvočnojžidkostipribureniigeologorazvedočnyhskvažin AT parfenûksn realizaciâsposobakontrolâpogloŝeniâpromyvočnojžidkostipribureniigeologorazvedočnyhskvažin AT nazarânao realizaciâsposobakontrolâpogloŝeniâpromyvočnojžidkostipribureniigeologorazvedočnyhskvažin |
| first_indexed |
2025-11-25T03:42:27Z |
| last_indexed |
2025-11-25T03:42:27Z |
| _version_ |
1849732261430165504 |
| fulltext |
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
158
13. Методика определения размеров центратора с учетом требований искривления ствола
скважины и предотвращения желобообразования / М. П. Гулизаде, С. .А. Оганов, И. З Гасанов
та ін. // Изв. ВУЗоВ "Нефть и газ" – 1978. – №4. – С.21-24.
14. Патент Україна 27621, МПК 2006 E21В19/00. Пристрій для вимірювання зусиль в колоні
бурильних труб / В. М. Івасів, М. М. Ногач, І. І. Чудик, та ін. Опубл. 12.11.2007. Бюл. №18.
Надійшла 08.07.11
УДК 622.143:622.248.33:654.9
А. А. Каракозов, канд. техн. наук, С. Н. Парфенюк, инж., А. О. Назарян, студ.
Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина
РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА КОНТРОЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
ПРИ БУРЕНИИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН
В статье приведены результаты работы по созданию сигнализатора для контроля поглоще-
ния промывочной жидкости, разработанного для условий бурения геологоразведочных скважин на
полях угольных шахт в Донбассе.
Ключевые слова: сигнализатор, поглощение, моделирование.
Контроль процесса промывки при бурении геологоразведочных скважин в условиях Донбасса
имеет большое значение, особенно при работах на полях угольных шахт, когда пересекаются зоны
поглощения промывочной жидкости. При этом интенсивность промывки в скважине снижается, а
иногда выход промывочной жидкости на поверхность вообще прекращается. Поскольку технические
средства контроля потока жидкости в скважине на установках геологоразведочного бурения
практически не применяются, то несвоевременное обнаружение поглощений может приводить к
зашламованию скважины и, как следствие, к прихватам бурового инструмента. Из-за отсутствия
технической базы своевременного обнаружения поглощений в геологоразведочных скважинах
приходится полагаться только на бдительность и опыт рабочего персонала, что повышает
вероятность аварий.
Известно несколько конструкций сигнализаторов падения уровня промывочной жидкости в
скважине и единичные случаи их использования [1–3], однако эти устройства не могут оповещать
персонал о наличии частичного поглощения. Кроме того, технология их применения требует
постоянной адаптации, поскольку методика расчёта позволяет получить только приблизительные
рекомендации по месту установки сигнализаторов в буровом снаряде из-за сложности учёта
гидравлических сопротивлений при циркуляции жидкости в скважине.
В связи с этим задача по разработке технических средств контроля поглощения промывочной
жидкости при бурении геологоразведочных скважин является актуальной и имеет важное
практическое значение.
Для сигнализатора поглощения промывочной жидкости в скважине был предложен
следующий принцип действия, представленный на рис. 1. Сигнализатор снабжён датчиком 1
скоростного напора и сигнализирующим элементом 2. При этом проходное отверстие в
сигнализирующем элементе 2 зависит от положения датчика 1 скоростного напора.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
159
Рис. 1. Иллюстрация принципа действия сигнализатора поглощения промывочной жидкости:
а – работа сигнализатора в нормальных условиях; б – работа сигнализатора при поглощении; 1 –
датчик скоростного напора; 2 – сигнализирующий элемент
При бурении в нормальных условиях (рис. 1, а) в бурильных трубах и скважине расход
промывочной жидкости одинаков и равен Q. Жидкость в затрубном пространстве перетекает через
датчик 1 скоростного напора. При этом на нём возникает перепад давления СР1D , удерживающий
датчик в определённом положении. В этот момент потери давления в сигнализирующем элементе 2
сравнительно небольшие и равняются 1РD .
При бурении в зоне поглощения (рис.1, б) за счет того, что не вся жидкость выходит на
поверхность, а только её часть (Q1), перепад давления на датчике 1 скоростного напора уменьшается
до величины СР2D . Датчик 1 скоростного напора изменяет свое положение, поэтому площадь
сечения потока в сигнализирующем элементе 2 уменьшается, и потери давления в нем увеличиваются
до величины 2РD . Это повышение давления фиксируется по манометру.
Таким образом, изменением перепада давления на датчике 1 скоростного напора можно
управлять сигнализирующим элементом 2. Используя предложенный принцип действия, была
разработана конструктивная схема сигнализатора, защищённая патентом [4].
Общий вид сигнализатора поглощения промывочной жидкости в скважине показан на рис. 2,
а его работа – на рис. 3 и 4.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
160
Рис. 2. Сигнализатор поглощения промывочной жидкости в скважине
Рис. 3. Сигнализатор в составе бурового
снаряда при бурении скважины без поглощения
промывочной жидкости
Рис. 4. Сигнализатор в составе бурового
снаряда при бурении скважины с поглощением
промывочной жидкости
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
161
Сигнализатор состоит из корпуса 1, в котором установлен шток 2 с осевым каналом 3,
уступом 4, расположенным на его внешней поверхности ниже корпуса 1, и переходником 5. В осевом
канале 3 установлена калиброванная втулка 6, а в штоке 2 выполнены два ряда радиальных отверстий
7 и 8, расположенных, соответственно, выше и ниже её. В кольцевом зазоре между корпусом 1 и
штоком 2 установлен хвостовик 9 клапана 10. Над хвостовиком 9 расположена пружина 11,
прижимающая клапан 10 к уступу 4. В хвостовике 9 выполнены два ряда радиальных отверстий 12 и
13, расположенных, соответственно, ниже радиальных отверстий 7 и 8. На внутренней поверхности
корпуса 1 выполнена кольцевая проточка 14. Кольцевой зазор между корпусом 1 и штоком 2
соединён со скважиной радиальными каналами 15, а на внешней поверхности корпуса 1 и
переходника 5 установлены центраторы 16.
Сигнализатор работает следующим образом. Устройство включается в состав бурового
снаряда. Оно соединяется с бурильными трубами и спускается в участок скважины, перекрытый
обсадными трубами. В процессе бурения под действием течения жидкости в скважине клапан 10
находится в верхнем положении. Поэтому промывочная жидкость перетекает через сигнализатор в
обход калиброванной втулки 6 через кольцевую проточку 14, поскольку радиальные отверстия 12 и
13 становятся напротив радиальных отверстий 7 и 8. При этом центраторы 16 защищают клапан 10 от
контакта со стенкой обсадной трубы для обеспечения работоспособности сигнализатора.
С началом поглощения промывочной жидкости скорость восходящего потока в кольцевом
пространстве скважины уменьшается. Тогда перепад давления на щели между клапаном 10 и стенкой
обсадной трубы также падает, и клапан 10 под действием пружины 11 перемещается в нижнее
положение и опирается на уступ 4. При этом хвостовик 9 перекрывает радиальные отверстия 7 и 8 в
штоке 2. В этот момент промывочная жидкость начинает протекать только через калиброванную
втулку 6. За счет резкого уменьшения площади сечения каналов, по которым жидкость двигается в
устройстве, сопротивление течению жидкости увеличивается. В это время по показателям манометра
бурового насоса можно сделать вывод о начале поглощения жидкости в скважине.
Аналогично сигнализатор сработает и при падении уровня жидкости в скважине ниже места
его установки, поскольку на клапан 10 перестает действовать усилие со стороны промывочной
жидкости в кольцевом пространстве скважины.
Для разработки конструкции и выполнения проектных расчетов сигнализатора необходимо
определить усилие, которое действует на клапан – датчик скоростного напора. Поскольку это усилие
определяется гидравлическими сопротивлениями, то проще определить его путем численного
моделирования методом конечных элементов. В конечном итоге при моделировании определялись
усилия, действующие на тарелку клапана сигнализатора, что позволяло выбрать его конструктивные
параметры, подобрать возвратную пружину клапана и определить его чувствительность к изменению
расхода жидкости.
Расчеты проводились для нескольких типоразмеров сигнализатора при разных режимах
промывки скважины с учетом вращения и без него. При этом для каждого типоразмера
моделирование проводилось для различных диаметров тарелки клапана – датчика скоростного
напора.
Кроме того, наиболее нагруженные детали устройства дополнительно проверялись на
прочность при помощи моделирования методом конечных элементов.
В качестве примера результатов моделирования приведём данные для сигнализаторов,
предназначенных для работы в скважинах, закреплённых обсадными трубами диаметром 89 мм и 219
мм (рис. 5).
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
162
а б в
г
Рис. 5. Примеры результатов моделирования. Характеристики потока жидкости в
обсадных трубах диаметром 89 мм: а – поле давлений; б – поле скоростей; в обсадных трубах
диаметром 219 мм: в – поле давлений; г – результаты моделирования штока устройства при
прочностном расчёте
При моделировании были определены значения силы P, действующей на клапан – датчик
скоростного напора – в зависимости от расхода жидкости.
Зависимость силы P от расхода жидкости Q может быть аппроксимирована, например,
следующими выражениями:
– для работы в трубах диаметром 89 мм: P=0,01Q2 +0,033Q−0,6.
– для работы в трубах диаметром 219 мм: P=0,0001Q2 +0,0086Q−2,95.
Эти данные, полученные в результате моделирования, использованы при проектировании со-
ответствующих устройств.
В результате проведенных работ были предложены принцип действия и конструктивная схе-
ма сигнализатора поглощения промывочной жидкости, включаемого в состав бурового снаряда. Про-
ведено моделирование работы различных типоразмеров сигнализатора, позволившее определить их
конструктивные параметры и рекомендации по технологии применения. На основании этих данных
был разработан нормальный ряд сигнализаторов, предназначенных для работы в скважинах разных
диаметров. Для этих сигнализаторов проведена оценка прочности наиболее нагруженных элементов
устройств на основании моделирования методом конечных элементов.
В статті наведені результати роботи по створенню сигналізатора для контроля
поглинання промивальної рідини, який розроблено для умов буріння геологорозвідувальних свердловин
на полях вугільних шахт Донбасу.
Ключові слова: сигналізатор, поглинання, моделювання.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
163
Results of development of fluid wall absorption indicator are presented. Device is intended for use
during geological prospecting drilling on coal fields in Donbas.
Key words: indicator, wall absorption, modeling.
Литература
1. Филимоненко Н. Т., Поцепаєв В. В., Курдюков Д. В. Результаты теоретического обоснования
способа контроля динамики стола жидкости при бкрении скважины / Збірник наукових праць
ДонНТУ. Серія гірничо-геологічна. Вип. 11. – Донецьк: ДонНТУ, 2000. – С. 28–29.
2. Деклараційний патент України № 63251А МПК7 Е21В21/10. Сигнализатор падіння рівня рі-
дини в свердловині / Каракозов А. А., Филимоненко М. Т., Кущ О. О., Козырев О. М., Парш-
ков О.В., Угнівенко В.В. – Опубл. 15.01. 04, Бюл. №1.
3. Результаты испытаний сигнализатора внезапного падения уровня в скважине / Филимоненко
Н. Т., Каракозов А. А., Кущ О. А., Козырев О. М. // Наукові праці Донецького національного
технічного університету. Серія гірничо-геологічна. Вип. 63. – Донецьк: ДонНТУ, 2003. –
С. 78–81.
4. Патент України на корисну модель № 50771 МПК7 Е21В 25/00. Сигналізатор поглинання
промивальної рідини в свердловині / Каракозов А. А., Парфенюк С. М., Роль А. В., Сайгайдак
І.Д. Назарян А.О. – Опубл. 25.06. 10, Бюл. №13.
Поступила 12.07.11
УДК 544.032.7, 622.23.05
И. В. Петрова, А. И. Малкин, д-р физ.-мат. наук; В. М. Занозин, канд. техн. наук;
В. И. Савенко, канд. физ.-мат. наук
Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва
О ПРИМЕНЕНИИ ЖИДКИХ АКТИВНЫХ СРЕД ПРИ БУРЕНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ СКАЛЬНЫХ ПОРОД И МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
Показано, что использование жидких активных сред – понизителей прочности, значительно
снижает энергоемкость и упрощает технологию разрушения скальных пород, мерзлых грунтов и
строительных материалов. Показано, что линейный износ по высоте сверл, буров и буровых коронок
до их полного затупления сократился: при разработке мерзлых грунтов в 5–6 раз, при разработке
бетона в 4–5 раз, при разработке горных пород в 3–4 раза.
Ключевые слова: понизители прочности, разрушение, износ инструмента скальные породы,
мерзлые грунты, бетон.
Проблема ускоренного разрушения конструкций и материалов различной природы
приобретает в настоящее время большое значение. одним из наиболее перспективных направлений в
этой области является использование эффекта адсорбционного понижения прочности (эффекта
Ребиндера). Наибольший практический интерес представляет использование эффекта снижения
прочности и работы разрушения прочных грунтов и строительных материалов для создания средств
ускоренного производства разрушений.
Работы в скальных и мерзлых грунтах, в грунтах с каменистыми включениями, а также
разрушение валунов и негабаритов, являются наиболее трудоёмкими, дорогостоящими и, вместе с
тем, недостаточно изученными технологическими процессами.
Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым
воздействиям. Разрушение грунта происходит в результате развития в нем сложного напряженного
состояния и рассматривается как результат преодоления сил внутренних связей между частицами. К
прочным грунтам относятся скальные и полускальные породы, плотные глинистые, мерзлые грунты
и грунты с большим количеством каменистых включений [1, 2].
В настоящее время механические способы разрушения прочных грунтов являются
основными. На их долю приходится более 60 % объемов работ.
|