автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Исследование и совершенствование эжекторных снарядов для вращательно-ударного бурения геологоразведочных скважин диаметром 59 мм

:? о о у у■

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР по дам НАУКИ И ВЫСШЕЙ школы

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

КВЕНЦЕЛЬ АНАТОЛИЙ ЛЕОНИДОВ!«

УДК 622.243.572

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЖЕКГОРНЫХ СНАРЯДОВ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЫЮ-УДАНЮГО БУГЕНШ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН ДИАМЕТРОМ 59 мм

Специальность 05.15.14 - Техника и технология геологоразведочных работ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1991

Л > /

У чЛ/ / / I)

Работа выполнена в Московском ордена Трудог.ого Красного Знамени геологоразведочной институте имени Серго Орджоникидзе и Луганской СПКБ НПО "Геотехника".

Научный руководитель - доктор технических наук 1С1СЕЛЕВ А.Т.

Официальные оппоненты - доктор технических наук 1САРДШ1 В.Г.; кандидат технических наук Т0Д0КН03 И.И.

Ведущее предприятие - ПГО "Центркаггеология".

Защита состоится "2.4 " октября 1591г.

с час., и ауд. № 3 на заседании специализированного

Совета Д.063.55.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе ( г. Москва, ул. Инклухо-Ыаклал, 23).

С диссетрацией можно ознакомиться в библиотеке МГРИ.

Автореферат разослан " " 09 1991 г.

Ученый секретарь / специализированного совета, доктор технических наук,

гггсфесор

А.А. СЫОЛЯНИЦКИЙ

¡.Ш5 .-овртгциЯ

ОБЩАЯ X АРАКТЕР11СГИКА РАБОТИ

ЛлТУЗЗЫ^с^Ь.Г'Зй^Ш- Одним из значительных достижений оте-честпенной отраслевой науки к практики является разработка и внедрение гидроударного бурения, одной из разновидностей которого является врепательно-ударное бурение высокочастотными гирроударника-мн. Практика подтвердила высокую эффективность вряп^тельно-,ударного способа бурения, как по монолитным, так и по трещиноватым породам. При прохождении интервалов интенсивно трещиноватых пород (го данным Мингео СССР, составляющих 30-35 объема алмазного бурения) БргчпатРЛЬно-:,7арнкм способом, для подменил представительной дроби гфимен/'т.тсл •укркторнге снаряды. Однако разработка и внедрение унифицированных гидроудорн'« машин и мялорасходной технологии пргяателмю-удг-рного бурения снизило »{Активность применения су-дествддопх чченторниг снарядов, в основном из-аа несоответствия расходных характеристик гуокторнмх снарядов и гидроударигх машин.

Несмотря на значительное число работ по совершенствованию технических средств для повышения шкода керна, некоторые р&жнде вопроси, касающиеся юотт и расчёте рабочего процесса гжокториого снаряда при врглг.тслыю-улаичом бурении, зкспориментального исследования его характеристик, повняенип лМектияюст и процесса пламэ-улавливания при бурении скволин малого диаметра, были изучены недостаточно или не рассмотрены совсем. Поэтому исследование и совершенствование технических средств для повышения внхояа керна при врагатсльно-ударном бдении лоуно квалифицировать как актуальную этапу, решение нотсроЯ является настоятельно необходимой.

"сльэ диссертационной работы являете повижение оЛУ>н-гиго»остн и расширьние области применения врояатолыю-уяарного бурения в сложных гсолого-технических условиях.

Для досч'тенил поставленной цели необходимо рсиить следующие задачи:

- теоретически исследовать рабочий процесс струйного несоса векторного снаряда с• ирерквисто-пульспрутамй подс&й активно?, "•и.-г'-остк, диходкдек пмро.удашикч;

- определить раоочие чуклгт<?рие?и!<и аудиторного снаряда при ил«!»!«! режиме роботр ; процесс заполненп" колснкоьо!» *руОч

рпог.'Л;

- обеонорать критернГ; гч^п-йвности рг^отк и р^бср оит'аль-

-чгочстр'тгских :'';1ул'е'?Г'г1г струйкнх насосов ч^екторп'о: снаряяо* при по.".;чательно-уд!:гном бурен;:;);

- разработать методические рекомендации по расчету и конструированию зжекторных снарядов для пршцательно-ударного бурения;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать устройство для контроля за обратной циркуляцией,создаваемой эжек-торним снарядом;

- на основе экспериментальных исследований оптимизировать процесс шламоулавливания забойными ¡цламосборниками эжектор^шх снарядов при вра-щательно-ударном бурении скважин малого диаметра;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать гидроударний эжекторный снаряд для врацательно-ударного бурения как гидроударниками, так и малорасходными гидроударнкмй комплексами;

- обосновать рациональную технологию бурения и область применения гидроударных зжекторных снарядов с сигнализатором обратной циркуляции;

- определить экономическую эффективность применения усовершенствованных гидроударных зжекторных снарядов.

Методика исследований. Для обоснования и решения поставленных задач был принят комплексный метод исследований с использованием элементов функционально-стоимостного анализа включающий:анализ' и обобщение фондовых и литературных источников разработку функциональной модели процесса вра-щательно-ударного бурзнш и анализ нереализуемых.существующими техническими средствами функций; проведение теоретических исследований.постановку значительного объема экспериментальных и опытно-конструкторских работ с внедрением результатов исследований в производство. В процессе исследований применялись специально созданные устройства и стенды, оснащенные современной контрольно-измерительной аппаратурой. Расчоти по математически?,! моделям и обработка результатов экспериментов проводились с исполь-' зованием ПЭВМ DB'i PC/AT. - ■ •' '

Научная новизна работы заключается в том, что вперзые:

- предложена методика комплексного системного исследования процесса колонкового бурения и выбора направления по соворяснствовагош технических средств для отбора керна;

- выявлены закономерности, характеризусщш рабочий процесс зхектор-ного снаряда при врачатэльно-ударном бурении и учитывающие прерывисто-пульсирущую подачу,создаваемую как высокочастотный! гццроударникалгл.та:-: и мзлорасходными гидроударными комплекса.1.;!!, к разработала математическая модель рабочего процесса гидроударного э;иекторного снаряда;

- установлены зависимости характера работы сигнализаторов обратной циркуляции от изменений давления в линиях напорного и обратного потоков при работе с гидроударными озехторнши снарядами и разработана методика расчета;

- установлены зависимости коэффициента улавливания шламовой трубы от количества и концентрации подаваемого в обратный поток промывочной жидкости флокулянта и на их основе оптимизирован процесс пламоулавливания при врапательно-ударном бурении скватгин малого диаметра.

Достоверность научных положений а выводов обоснова'-а теоретически и подтверждена достаточным объёмом экспериментальных и производственных исследований, а такче положительными результатами, полученными при внедрении разработанных гидроударньтх э*екторных снарядов.

П2акти«еская_ценность. Проведенные аналитические, экспериментальные и опытно-конструкторскта работы позволили:

- определить оптимально, по среднему ЫЩ, геометрические параметры эжекторного снаряда при прапательно-ударном бурении, как высокочастотными гидроударниками, так и мадорасходньми гидроударными комплексами;

- установить оптимальнее частоту вращения, концентрация и расход флокулянта (полиакриламида.), обеспечивавших рост коэффициента улавливания забойного шламосборнкка в 2-2,5 раза;

- разработать и внедрить в производство геологоразведочных работ сигнализатор обратной циркуляции СОЦ-59 (а.с. !Г> 1028333) и гидроурарный эжекторный снаряд ГЭС-59 (а.с. $ 1177443).

Использование усовершенствованных гидроударных э*екторних снарядов позволяет качественно отбирать керно-пишловый мвтериач при вращательно-ударком бурении на глубинах до 1500 м и сократить аварийность (прижог елиазных коронок) до минмиума.

Сигнализатор обратной циркуляции СОЦ-59 и гидроударный эжекторный снаряд ГЭС-59 успешно прошли приёмочные испытания и серийно выпускаются Феодосийским механическим заводом НПО "Геотехника". Годовой экономический эффект 77574 руб. и 1П4Т.5 руб., соответственно,

Агшобадия_работу. Основное положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Разведочное бурение" МГРИ. на научно-технических сонетах СКВ и СШСВ НПО "Геотехника", ПГО "Цсзнгр-казгеология" и "Уралгеология", на научно-технической кпн^ерпнг'.ии Челябинского политехнического института в 1288 и 1591 г.г. и научно-: конференции профессорско-преподавательского состава VI'Г/! в ¡- '1 : .

Публикации. По теме Д1!ссер?р.ц/окной работ;• опубг;г--ор"Н7 3 статьи, получено 2 авторских свадгг<мьсгва и 2 полсит^.-ь.-!;^ •'•п.'а-и,-.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глив, основных выводов и списка литературы (100 наименований), изложенных на 166 страницах машинописного текста. Текстовая часть иллюстрируется 33 таблицами и 32 рисунками, 6 приложениями.

Во введении рассматривается актуальность темы диссертации, даётся краткая характеристика работы и формируется цель исследований.

В первой главе описана методика комплексного системного исследования процесса колонкового бурения, с использованием элементов функционально-стоимостного анализа, позволяющая учесть все оценочные факторы, влияющие на представительность пробы, проанализировать существующие технические средства для повышения выхода керна и выбрать приоритетное направление по их совершенствованию; дан анализ существующих методов расчёта струйных насосов с прерывисто-пульсирующей подачей рабочей жидкости.

На основе проведенного анализа поставлены задачи исследований.

Вторая глава посвящена вопросу выбора методик теоретических и экспериментальных исследований, статистической обработки опытных данных.

В третьей главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований эжекторных снарядов для вращательно-ударно-го бурения, в частности, составлена математическая модель рабочего процесса эжектора при переменном режиме работы в течение рейса; получены теоретические и экспериментальные характеристики эжекторных снарядов при вращательно-ударноы бурении; дано обоснование критерия эффективности работы гидроударного эжекторного снаряда при переменном режиме и на его основе определены рациональные геометрические параметры струйного насоса; дано обоснование возможности применения эжектора с плавающей посадкой; разработаны методические рекомендации по расчёту гидроударных эжекторных снарядов.

Б четвёртой главе изложена методика расчёта и результаты стендовых исследований устройств для контроля за обратной циркуляцией; приведены результаты экспериментальных исследований влияния количества и концентрации, подаваемого в обратный поток флокулянта, на эффективность процесса шамоулавливания в забойных шамосборниках при врааательно-ударном бурении скважин малого диаметра; даны описание и результаты стендовых и производственных испытаний усовершен-ствовянноР шламовой трубы для гидроударных эжекторных снарядов; прир^денц описания сигнализатора обратной циркуляции СОЦ-59 и гидроугарного эжекторного снаряда ГЭС-59.

В пятой главе приведены результаты производственных испьтаний усовершенствованных эжекторных снарядов для врящательно-ударлого бурения, изложена технология и рациональные области их применения, даётся технико-экономическая оценка эффективности внедрения новой техники.

В заключении сформулированы основные выводы по работе.

В приложениях представлен материал, иллюстрирующий отдельные части работы.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук А, Т. Киселёву.

Большую признательность за ценные советы и замечания автор выражает сотрудникам отдела забойных машин СКВ НПО "Геотехника", а таюгб работникам СПКБ НПО "Геотехника" и ПГО "Центркозгеслогия" и "Уралгеология", оказавя;тх помощь при проведении исследований и внедрении в производство результатов работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследованию, разработке и рациональному применению технических средств для отбора керна в сложных геолого-технических условиях посвящены многочисленные работы специалистов в области техники и технологии бурения: Б. И. Воздвиженского, С. А. Волкова, А. С. Волкова, Д. Н. Башкатова, II. Б. Булнаева, А. А. Волокитенкопг,, А. А. Гребенюкэ, В. А. Каулина, Е. А. Козловского, С. С. Сулакиина, Н. Т. Туякбаева и др.

Проводя исследование факторов, оказывающих влияние на нкхУд керна, авторы классифицировали существующие технические средства по одному из основных признаков и прослеживали характер качественного воздействия каждого фактора в отдельности. Однако, не исследовалось комплексное влияние факторов на выход керна с учётом способа бурения, технологии и экономической эффективности, гакке не разработана методика Еыбора приоритетного направления по совершенствованию технических средств отбора керна.

■ Высокая эффективность вращателько-ударного бурения, с использованием эяекторных снарядов, по трещиноватым породам, отмечена в работах А. Т. Киселёва, Д. И. Когана, 0-. Л. Зайокца, Г. Г. Моис«'.— ва, Г. Л. Лебединского, Ю. А. Меламепа и др.. Однако,_методики расчёта эяекторных снарядов нз учитывают прерывисто-пульсируят^ характер течения жидкости, выходящей нз вксэкочястотного ги;.ро-ударника, т.е. рабочий процесс •»■гзп'огного снаряда не с.сч-лясугтсп

с рабочим процессом гидроударной мапины, как в компоновке с отражателем гидравлических волн (малорасходная технология), так и без пего. По-видимому вышеприведенное несоответствие и привело к снижению эффективности применения гидроударных эжекторных снарядов с увеличением глубины бурения. В то же время, преимущество процесса эксктированик на прерывисто-пульсирующей подаче активной жидкости отмечена в работах специалистов в области струйных аппаратов: 0. 11. Кудрина, Л, Г. Нодвндэа, В. К. Темнова, Е. К. Спиридонова, В. В. Калачова.

Кроме того, изЕеетно, ч-то сбор шлама как дополнительного материала при простом разрушении обязателен при выходе керна ниже 60 %. Однако, получении представительных керно-шамових проб препятствует низко)! эффективность существующих забойных шламосборш-ков, особенно, при бурении скважин малого диаметра.

Эти обстоятельства обусловили необходимость постановки задач, «формулиросашак кс», реконие которых позволило в конечном итоге повысить ггфТ.ектийносп. вращатсльно-ударного бурения в сложных геолого-технических условиях.

Проведенные исследования' позволили сформул про вать следущяе защизаеше пололения.

кия).

Данная методика, разработанная на основе элементов функционально-стоимостного анализа (функционального и системного подходов, методов коллективного творчества), позволяет учесть все оценочные факторы, влияющие на представительность пробы.

Суть подхода заключается в составлении функциональной модели (£'.!) процесса бурения, состоящей из трёх- блоков функций. Первый блок функций - это целевые функции, описывающие и детализирующие связь процесса с надсистемой, в данном случае с процессом разведки месторождений полезных ископаемых. Он является общим для процесса бурения, Iсаким бы способом он не реализовался. Дальнейшее описание процесса бурения, без выбора конкретного способа невозможно.

Второй блок функций - ото технологические функции, описывающие оптимальный для конкретного способа бурения технологический процесс. Они описывают выбранный способ бурения (вращательно-ударный) и не зависят от конкретных технических средств,

необходимых для его реализации. Нижним уровнем данного блока считается такой, каждая йункция которого мотет быть реализован?! единичным физическим эффектом.

Третий блок - конструктивные функции, описывающие конкретные технические средства, реализующие функции второго блока.

'SS позволяет чётко расставить приоритеты и определить функции, которые уогут являться классификационными признаками. Так при анализе целевого блока функций, методом экспертных оценок (расстановка приоритетов) были выявлены наиболее приоритетные функции "Накопить пробу'' ;! "Сохранить гребу", реализующие функция "Собрать пробу", по которым, с учётом плшжя рэзрутвкщих керн факторов, составлен технологический блок функций для механического колонкового бурения в нортстворяемых и неразмиваемых породах.

С использованием мотодики морфологического иначиза, бша составлена морфологическая матрица путей возможной реализации йункци^ ,wi4í>ro блока. На ео основе проведен ряахиэ влияния «а ры-:;од черна вонструггивголс особенностей сериРннк тохнизестагс средств, но вариантом реализации функций. Било установлено, что по количеству реализованных функций, обеспечива-гщих выполнение гласной Лункции "Собрать пробу" следует отдать предпочтение гидроудартд! п-чеиторным снарядом типа ГРЭС-59 и УКН-73 (57), которое предпочтительны таьуе по реализации Функция "О^еспепигь производительность".

С учётом выбора наиболее приоритетного направления по совер-¡даиствэяадяя технических средств отбора керна была составлено íM процесса колонкового врацателыю-ударпого бурения окекторнымн снарядг.ми, которая явилась основанием для определения задач исследований, пропедентэс в донной работе. ОМ позволяет с достаточной точностью определить Фушсцми, нереализуемые конструкцией снарядов типа УКН-73 (57) и ГРЭС-59, и выявить те из них, реализация которых необходима з первую очередь.

Таким образом, предлагаемая методика позволяет:

- выявить взаимосвязь всех операций технологического процесса бурения;

- выявить нереализованные или реализуемые в неполной мере функции и установить влияние на процесс бурения каядой из них;

- произвести анализ существующих технических средств и выбрать приоритетное направление по их совершенствованию;

- производить анализ нового технического средства на этапе разработки конструкторской документации.

2. Ь1атематическая_модел ь _раб очего_процесса_эжекторного_снаря-

цир_1ьнж_^ави§иийА_характеризую переменном^е*име^аботы_£з

системой_уравнений_из^____

Прерывисто-пульсирующее течение активной струи, создаваемое высокочастотным гидроударником приводит к перестройке рабочего процесса эжектора, вследствие возникновения инерционных эффектов в проточной части эжектора и каналах обратного потока. Особенности рабочего процесса позволяют рассматривать эжектор при вращательно-ударном бурении, как струйно-инерционный насос.

Математическая модель составлена для одномерной модели течения жидкости, причём, жидкость несжимаемая, стенки каналов - не-деформируемые, а мгновенные поля скоростей на границах камеры смешения равномерные.

Записав уравнение Бернулли для неустановившегося движения жидкости в линии подвода пассивного потока, в подводе активного потока, в диффузоре, в линии обратного потока непосредственно на забое в процессе бурения и учитывая соотношение для повышения давления в цилиндрической камере смешения, выведенное в соответствии с теоремой об изменении количество движения В. В. Калачевым! после преобразований и перехода к безразмерным величинам, получим систему трёх дифференциальнкх уравнений, описывающих рабочий процесс; эяекторного снаряда при вршцательно-ударном бурении, приведенный к циклу работы гидроударной машины: '

(2)

-li-

me ^ -Q,f/Qn и. O -Q0lQ„- относительный расход активного и пассивного потока; расход бурового насоса>&p*j&pJ2 идр*- перепады полных давлений и кавитационный запас, выраженные в долях динамического давления активной струи JiuJa/¿ при установившемся истечении; Т= ¿ / Г - относительное время; Т - длительность цикла гидроударника; X = ¿,¡ /{¿¡^ ) ~ отношение инерционных длин;

Sh-(e^s)/¿¿3aT и Sh/'¿c/u¡ar

Струхаля; - определяющий геометрический параметр эжекто-

« ^ " плОДЗД11 сопла и камеры смешения; К = К' + Кк - приведенный коэффициент сопротивления линии обратного потока; К' и Кк - приведенные коэффициенты сопротивления постоянных элементов эяекторного снаряда и дроблённого керна.

Влияние коэффициента сопротивления от заполнения колонковой трубы дроблённым керном для всего диапазона исследуемых расходов предложено определять по следующей эмпирической формуле:

кк = з х ю7 х е otL* de , (4)

где L - длина рейса, м; dc - диаметр сопла, м;

а - опытный коэффициент, зависящий от Qh (2,6 é a é 5,3).

Анализ системы уравнений I, 2 и 3 показал, что для численного интегрирования необходимо определить зависимости расхода активного потока, поступающего в эжектор в течение цикла работы гидроударной машины. На основании методики расчёта колебательной снстет гидроударной машины, предложенной Э. Г. ЭпШтерном и В. Г. Яс.совым были получены зависимости изменения расхода активного по-

тока, поступающего в эжектор, на четырёх этапах работы гилро.ударной машины Г59В, как в компоновке с отражателем 0Г59, так и без него:

$*а1и~1г-е-е'1) ; (5)

tf' at-¿t lt-Ъ) ! (б)

ai i

f =/-Q3sv>{(I:-Z¿); (v)

% -0; w

где aj; ag; a3; Bj; Во-, вд и Cj - опытные коэффициенты;

Zj и Z;, ~ относительная длительность этапов работы гидроударника в цикле.

Используя формулы (I, 2, 3, 5, б, 7 и 8) методом численного интегрирования на ПЭВМ можно прогнозировать характеристики эжектор-ного снаряда при врагцательно-ударном бурении, т.е. установить зависимости относительного повышения полного давления пассивного потока üps* ¡Api*z от циклового коэффициента яжекции с\ц с учётом расхода бурового насоса, геометрических параметров эжектора, соотношение инерционных длин и гидравлических сопротивлений в линии обратного потока.

Экспериментальные исследования рабочего процесса макетов гидроударного зжекторного снаряда показали тождественность опытных и теоретических зависимостей. Этим подтвердилась адекватность математической и реальной моделей.

3. СЕевний_за^е£с_цигаовой_1Щ_может_служ

____

Цикловой К1Щ гидроударного эжекторного снаряда при постоянном режиме предлагается вычислять, используя выражение:

V -^'v^lpT ' йРЛ ' (9) :

где Wt и Wп - объёмы активной и пассивной жидкости, втекающих в камеру смешения за цикл работы гидроударника;д/з^ и Л. - средние относительные перепады даялений за цикл работы гидроударника; сЦ = c¿z - цикловой коэффициент эжекции; Z - коэффициент использования остаточной энергии активного потока (О á ér I).

Однако, в процессе бурения, при заполнении колонковой трубы керном, возрастают гидравлические сопротивления в линии обратного потока и, как следствие, снижается цикловой коэффициент эжекции при возрастании относительного перепада давлений, что приводит к изменению циклового КПД. Поэтому за критерий эффективности эжекторного снаряда при вращательно-ударном бурении рекомендуется принимать средний за рейс цикловой ЩЦ ( р ):

? - / Я. (10)

где с(ц2 и с{ц< - цикловые коэффициенты экекции, соответствующие началу и окончанию процесса бурения.

Полученные полиномиальные зависимости $>св = J(Si) для всего диапазона исследуемых расходов (20 - 80 л/мин ), позволяют сделать вывод о степени влияния основного геометрического параметра эжектора Л на средний цикловой КПД. Максимальные значения "¿>Ср, достигаются в диапазоне основного геометрического параметра 0,3 ё: £1 ^ 0,35. Причём,при работе гидроурарника с отражателем 0ГБ9, т.е. с увеличением частоты и амплитуды пульсаций активного потока область максимальных pep по Л сужается.

Выбор оптимальных по среднему КГЦ геометрических размеров эжектора, предлагается производить по зависимостям основного геометрического параметра Л и диаметра сопла с/с от расхода бурового насоса <2* (л/мин ):

Л опт = 0,3013 + 2 X Ю"4 X QH + 4,5 X 1(Гб# * (II)

da опт = 3>° + °'05,Э" •

В результате проведенных исследований было установлено, что рассчитанные по данной методике гидроударные э:»екторные снаряды для пращательно-ударного бурения способны создавать больший относительный перепад при одинаковом цикловом коэффициенте эрекции и, как следствие, имеют более высокий КГЩ по сравнен™ как с эжекторами работавшими на стационарном потоке при вращательном бурении, так й с серийными гидроударными эжекторными снарядами типа ГРЭС-59 и УКН-57. " .

4. £2ба_1мение_в_сдз£ат^

__иуесг ___

Анализ функционально!! модели процесса вращательно-ударного бурения показал, что при бурении скважин малого диаметра для сохранности пробы необходимо в зоне улавливания шламовой трубы обеспечить увеличение крупности частиц шлама при уменьшении и* миделева сечения. Исследование процесса осаждения шлама показало, что рекение этой задачи для забойных шламосборникоп наиболее эффективно достигается при обработке промывочной чидкости, обогащенной шламом, фдокулянтами. Данное техническое решение признано изобретением и защищено' а. с. № I177443.

Процесс Флокулнции возникает вследствие адсорбции на поверх нос'.'и частиц шла на гетерополг^ашх коле кул •Ьпок.ммггп. В результа ■этого происходит укругиеии« частиц, т.е. обрьаовшшс хлопьев, се диментируюцнх под действие;.! силы гпжесги, Диан в» аЭДитчн'ИОСти применения существующих 'рлокулянтоь покатал, что нг-ибсшч: привод дли условий бурения полиакриламид (ПАА), как пЛ^кгиино рорствуг я(ий в широком диапазоне- рН и наиболее доступнмн в производстве бурових работ.

Исследование тштя »эшдеггрпцгй и »ггатк'сткп йюгулкпс, подаваемого в г,ото1;, с целью оптимизации процесса слччоулаш:игз-ник, проводилось нг. специальном стенде с применение!.', ппаняролчни окспергл.юнт т. «етояо» крутого восхочет»1! к о коя оолт ихаг. ы :ой области и О'"- изучение кото/иг»«!* рототабельного гла-г/горами«- для '?Р' Фиксированные расходов птектпр;,емого потока (10; 30 л/дон ) икакоь различных пород. В гочсртрс параметра оптимизации !1рнют ко->')>{)ииие!1 г улавливания шлнмукоК труби: |£ - У,СГ)/->'о 1 ^З*

I да У|СГ) - срк;иыь масса уловленного ылака, г;

Уо - масса походной пробы шло.ч.ч, г.

Исходная проба идама принималось и» р%сч-'гя 11,25 г/л, й,63 г/'л у 3,75 г/л для расходов 10, 20, 30 л/пин , соответсчнн По результатам зкспериментов были рассчитани уравнения кгадратш ной регрессии зависимости коо4»;>ицт>итй улавливания от гсследуел-..' параметров, ;и;я каждого из иыбрпнт.тх расходов:

Кш = 0,641 + 0,1325Х| Х2 - 0,1098Х22 - О.ОЭШХ^ Т 0,016^

(14)

>О,0 - 0,27 - 0,0531 х/' - 0,0504 Х^ - 0,0392 Х1 Ц (15)

К30 --- 0,10? - 0,0334 х?2 - 0,031 Х1Х2 - 0,031 0.005 :

116'

Исследовав 'функции '(14) - (16) на окстр-члум, получим опт:, пне значения концентрации (С *,) и расхода |{яок>лянтг» ( 0. „. лДип

- 0,141 = С ¿-0,146 % и 0,0079 ^ ^ 0,00ь2.

Тал им образом, установлено, что увеличение ко.» ¡ч ¡я'к-чугя у,.; ) пнанпл сопловой шлаковой трубы диаметром 57 ж при обоаСотге лупи!ночной -гидкосп: 4локул;:нтом (НАЛ'* является еушеотг-ппд.'." •г>г до 2.396) дяд исследуемого диапазона -сскчкг>услк>го гмк

•:а. 0: (/еч'чю тэк--;е, пг',;;>-и;ч'льное влипшие частоты ч>;

! 'V-. уламиванид ояпд.'.альпая 1"1СТО";:. г.г.а':,-'чни'' -

- I г',/мин ) и <-• 111 . :--- I идраплтсскг:- ео'чттив'.еми:1 ча 5

как в линии обратного потока, так и во осей циркуляционной система в целом.

Проведенные исследования позволили разработать шламопум трубу соплового типа с дозированной подачей флокулянта для пряща-тельно-удорного бурения эжекторными снарядами. Производственные испытания усовершенствованной шламовой трубы позволили увеличить количество уловленного шлама в 2,5 - 3 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана методика комплексного системного исследовании процесса колонкового бурения и выбора направления по совершенствованию технических средств для отбора керна, позволявшая учесть при анализе все оценочные факторы, плижцпе на представительность кернового опробования, а именно: способ и производительность бурения, систему промывки н факторы, влингецие на сохранность керна.

С использованием данной методики разработана функциональная модель процесса колонкового врапательно-ударного бурения, позволившая еыяпить функции нереализуемые наиболее совершенными гидроудпрными гэ*екторными снарядами и наметить пути их реализации.

2. Предлог,она математическая модель рабочего процесса отек-торного снаряда при врпгцагельно-ударном бурении, я которой впервые работа яте«торного снаряда рассматривается в неразрывной связи с рабочим процессом высокочастотной гидроударной машины.

3. По алгоритму, предложенному автором, разработана программа "Расчёт зт.ектора", позволяющая прогнозировать рабочие характеристики экектора при вращательно-ударном бурении в зависимости от изменений производительности бурового нгсоса, основного геометрического параметра Л , соотношения инерционных длин снаряда и гидравлических сопротивлений в линии обратного потока. Адекватность математической и реальной моделей подтвердилась тождественностью опытных и теоретических зависимостей.

4. Обоснован основной критерий эффективности работы гндро-

,ударного экекторного снаряда при переменном режиме в течение рейса - средний КПД. По максимальным значениям среднего КПД определены оптимальные геометрические параметры э*екторп во пс- и г .«газоне исследуемых расходов, в том числе на малых расходах при ря-боте гидроударника Г593 с отражателем 0Г59.

5. 3 результате проведенного анализа разработана констг/, гни-' г;';_роударного тэкектооного снаряда с плавакпим соплом

(инерционный клапан в линии обратного потока) для работы с гидроударником Г59В, позволившая повысить средний КЦЦ на 5 - 7 %,

6. Разработан алгоритм расчёта конструктивных параметров устройства для контроля за обратной циркуляцией очистного агента при вращательно-ударном бурении эжекторными снарядами.

7. Выявлена сущность процесса укрупнения частиц шлама при введении в обратный поток, обогащенный шламом, флокулянта. Определены оптимальные концентрация и расход флокулянта, а также частота вращения, обеспечивающие рост коэффициента улавливания забойного шламосборника в 2,5 - 3,0 раза при бурении скважин малого диаметра.

8. Разработан и сдан в серийное производство сигнализатор обратной циркуляции СОЦ-59 (а.с. № 1028833) для снарядов ГРЭС-59. Годовой экономический эффект - 77574 руб.

9. Разработан и сдан в серийное производство гидроударный эжекторный снаряд ГЭС-59 (а.с. № II77443) для вращательно-ударного бурения, как гидроударниками Г59В до глубины 500м, так и малорасходными гидроударными комплексами Г59В0 (расход 20 - 30 л/ыин ) до глубины 1500 м. Годовой экономический эффект - III415 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Квенцель А. Л., Чепурной Г. П., Голиков В. Я. Сигнализатор обратной циркуляции // Разведка и охрена недр, - 1986, 2 -

с. 27 - 30.

2. Квенцель А. Л. Гидроударный эжекторный снаряд ГЭС-59 // Науч. техн. достижения и передовой опыт в области геол. и разв, недр.: Науч.-техн. инф. сб. ВИЭМС - МП1 "Геоинформмарк". - Ы., 1991. - Вып. 4.

3. Квенцель А. Л., Спиридонов Е. К. Рабочий процесс и характеристики струйного насоса эжекторного снаряда при вращательно-ударном бурении // Автоматизация производственных процессов средствами гидро- и пневмоавтоматики. Тезисы докладов региональной конференции. Челябинск. 1991.

4. A.c. 0 1028833 СССР. Буровой эжекторный снаряд. Публ. 15.07.83.

5. A.c. № II77443 СССР. Шламосборник. Публ. 06.05.85.

За/ № ru/j /оо