Исследование и оптимизация конструкции низа бурильной колонны для шароструйного бурения
Основной целью работы является расширение и углубление знаний в области шароструйного бурения за счет разработки новой конструкции, которая позволит производить замену отработанной, рейсовой порции породоразрушающих шаров без подъема всей бурильной колонны. В ходе магистерской диссертации был произведен расчёт геометрических и технологических параметров бурения; разработана геометрическая модель в программном комплексе SolidWorks; выполнен расчёт геометрической модели в программном комплексе Ansys; проанализированы результаты расчёта и выданы рекомендации.
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..17
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………………………….20
1.1. Сущность шароструйно-эжекторного способа разрушения
твердых и крепких горных пород…………………………………………………20
1.2. Тенденция развития шароструйных аппаратов………………….22
1.3. Оптимизация режимов работы шароструйно-эжекторных
аппаратов путем регулирования скорости рабочего потока жидкости…………37
2.ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
ДЛЯ ШАРОСТРУЙНО-ЭЖЕКТОРНОГО АППАРАТА…………………………41
3. РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ ШАРОСТРУЙНО-ЭЖЕКТОРНОГО АППАРАТА
ДЛЯ СКВАЖИН ДИАМЕТРОМ 215,9 ММ………………………………………46
3.1. Расчёт геометрических параметров бурения…………………….46
3.2. Расчёт технологических параметров бурения……………………50
4. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ РАЗРАБОТАННОЙ
КОНСТРУКЦИИ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ SOLIDWORKS
……………………………………………………………………………………….55
4.1. Описание процесса построения модели…………………….……57
4.2. Сборка компьютерной модели……………………………………67
5. РАСЧЁТ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ В ПРОГРАММНОМ
КОМПЛЕКСЕ ANSYS …………………………………………………………….69
5.1. Выбор свойств материала…………………………………………72
5.2. Основные допущения………………………………………………74
5.3. Задание типов конечных элементов………………………………75
5.4. Задание граничных условия………………………………………78
5.5. Тип решения……………………………………………………….80
5.6. Анализ результатов………………………………………………..81
6. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………..………………………………86
6.1. SWOT – анализ…………………………………………………..…86
6.2. Планирование научно-исследовательских работ………………….87
6.3. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………93
6.4. Формирование организационной структуры управления
инженерным проектом………………………………………………………………………………95
6.5. Составление бюджета разработки и внедрения инженерных
решений………………..……………………………………………………………96
6.6. Проведение анализа безубыточности инженерного
проекта……………………………………………………………………………………………………..97
6.7. Оценка эффективности инженерных
решений………………………..…………………………………………………100
6.8. Анализ потенциальных рисков и разработка мер по управлению
ими…………………………………………………………………………………………………………101
7. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ……………………………….103
7.1. Производственная безопасность…………………………………103
7.2. Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению……………………………………………………………….108
7.3. Экологическая безопасность…………………………………….109
7.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………..112
7.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности…………………………………………………..…………………..115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..117
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………118
Приложение А………………………………………………………………124
Актуальность
Наблюдая за мировой практикой бурения скважин, следует отметить
возрастание объемов бурения геологоразведочных, сейсмических,
водозаборных и других скважин в крепких горных породах. При бурении
крепких горных пород механическим способом, наблюдается низкая
механическая скорость и проходка на долото. Несмотря на постоянные
совершенствования породоразрушающего инструмента (ПРИ), бурение
данным способом остается недостаточно эффективным. Повысить
эффективность бурения твердых горных пород можно путем разработки
новых материалов и новых конструктивных решений для ПРИ. Поэтому
актуальность приобретает разработка альтернативных способов разрушения
твердых гордых пород [1-4]. Следует отметить, что одним из наиболее
перспективных является гидродинамический способ разрушения крепких
горных пород, который осуществляется с помощью высокоскоростной струи
жидкости. Данным способом на забой скважины можно передавать
значительные мощности, при этом скорость бурения и проходка на долото
возрастают в кратное число раз [7]. Кроме того, этот способ легко
вписывается в существующую технологию бурения механическими
способами, при которой для очистки скважины от шлама на забой подается
промывочная жидкость. Однако гидродинамический способ в неизменном
виде малоэффективен для бурения скважин в крепких горных породах [9].
Шароструйный способ бурения скважин, заключается в разрушении
горных пород высокоскоростными ударами, взвешенных шаров, непрерывно
циркулирующих в призабойной зоне, позволяет решить ряд технических и
технологических проблем, возникающих при разрушении крепких горных
пород [57]. Данный способ бурения характеризуется рядом существенных
преимуществ: отсутствием необходимости в создании осевых нагрузок на
долото и его вращении, значительная проходка на долото, высокая
механическая скорость бурения [57].
На кафедре бурения скважин Томского политехнического университета
А.В. Ковалевым была разработана оптимальная конструкция шароструйно-
эжекторного бурового снаряда (ШЭБС), исследованы основные технические и
технологические параметры, предложена оригинальная методика расчёта
процессов шароструйного бурения, что является хорошим фундаментом для
дальнейших исследований [34].
Исследованием шароструйного способа бурения занимались А.В.
Васильев, А.Н. Давиденко, Л.С. Дербенев, О.Л. Дербенева, А.В. Дугарцыренов,
С.А. Заурбеков, Т.Н. Зубкова, А.А. Игнатов, В.П. Коротков, М.М. Майлибаев,
М.Н. Нурлыбаев, Н.Т. Туякбаев, А.Б. Уваков, А.В. Штрассер, J.M. Camp, F.W.
Cole, F.H. Dеilу, I.Е. Eckel, A.B. Hildebrandt, L.W. Ledgerwood, A.W. McCray,
E.M. McNatt, J.E. Ortloff, G.H. Ramsey, M. Roth, Williams и др [33].
В настоящие время, шароструйный способ разрушения горных пород не
получил широкого внедрения из-за недостаточного уровня его теоретической и
экспериментальной проработки [35].
Разработанные ранее методики расчёта оптимальных геометрических
параметров шароструйно-эжекторных буровых снарядов и рациональных
технологических параметров режима бурения являются разрозненными и часто
противоречивыми [34]. Также следует отметить высокую трудоемкость, низкую
надежность и значительные потери времени на спуско-подъемные операции
при проведении полевых работ шароструйным методом [57].
Резюмируя вышеизложенное, следует отметить, что разработка
технических средств, оптимизация и проработка конструкции низа бурильной
колонны является на сегодняшний день актуальной и требующей решения
задачей.
Цель работы
Основной целью работы является расширение и углубление знаний в
области шароструйного бурения за счет разработки новой конструкции,
которая позволит производить замену отработанной, рейсовой порции
породоразрушающих шаров без подъема всей бурильной колонны.
Предметом данного исследования является низ бурильной колонны
шароструйно-эжекторного бурового снаряда.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
обзор и анализ ранее полученных результатов исследования
шароструйного способа бурения скважин;
обоснование принципиальной конструкции шароструйного
бурового снаряда, который обеспечивает высокую эффективность бурения в
крепких горных породах;
расчёт геометрических и технологических параметров бурения
шароструйно-эжекторного бурового снаряда для скважины диаметром 215,9
мм.;
разработка технологических схем для повышения эффективности
шароструйного бурения;
построение компьютерной модели с использованием программного
комплекса SolidWorks ;
расчёт компьютерной модели с использование программного
комплекса ANSYS;
анализ полученных результатов, с выдачей рекомендаций.
Личный вклад автора состоит в оптимизации конструкции низа
бурильной колонны шароструйно-эжекторного снаряда; расчёте
геометрических и технологических параметров бурения; в разработке
технической документации; в построение компьютерной модели и её
дальнейшем расчёте с использованием программных комплексов.
В ходе выполнения магистерской диссертации был выполнен обзор и
анализ ранее полученных результатов исследования шароструйно-эжекторного
способа разрушения твердых и крепких горных пород, который показал
необходимость в оптимизации существующей конструкции компоновки низа
бурильной колонны для шароструйно-эжекторного бурового снаряда.
Результаты диссертационного исследования:
разработка конструкции съемной сопловой насадки;
описание принципа работы съемной сопловой насадки;
расчёт геометрических и технологических параметров бурения
шароструйно-эжекторного бурового снаряда для скважины диаметром 215,9
мм.;
разработка сборочных чертежей: компоновки низа бурильной
колонны и съемной сопловой насадки с учётом результатов расчёта
геометрических и технологических параметров бурения;
построение компьютерной модели по результатам разработанных
сборочных чертежей в программном комплексе SolidWorks;
расчёт построенной компьютерной модели в программном
комплексе ANSYS.
Разработанная конструкция съемной сопловой насадки позволяет
производить смену отработанной рейсовой порции породоразрушающих шаров
на новую, без подъема всей бурильной колонны.
Следует отметить, что данная работа, как и всякая из числа подобных, не
лишена упущений и недостатков, и безусловно не претендует на
исчерпывающие освещение всех вопросов, связанных с шароструйным
способом бурения твердых и крепких горных пород. В целях дальнейшего
повышения эффективности шароструйного бурения, а также внедрения его в
практику буровых работ необходимо продолжать углубленное исследование
данного метода и проведение различных экспериментов.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (1241 отзыв)
4.8 (9 отзывов)
5 (20 отзывов)
5 (14 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.9 (826 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
