автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Повышение эффективности работы долот режуще-скалывающего действия путем оснащения комбинированным по форме вооружением

Р Г Б ОД государственный комитет российской федерации

1 9 ПЧ! 1а3;' ПО ШШ ОБРАЗОВАНИЮ

УФШЗТСЙ Г0СУДД]?СТЕ5!2!ЫЯ К55ТЯКСИ 7ЕЖЧЕШЕЯ УНИВЕРСИТЕТ

На Еразга рукописи

швтакн ш.к? ШКРОШ

тюше&з эдактившот работы долот

режуще-скалывающего действия путем оснащения 1юшшир0ваннш ш «орме воорушшэд

Специальность 05,15Л0 "Бурение скваяин"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

УФА 1994

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНГУ) и ИГ111 "//ЗИМА/Т" Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

11 Р. Мавлютов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор .К & Кагарманов

кандидат технических наук, доцент А. Е Лягов

Ведущее предприятие - "ВОЛГОУРАЛНШШГАЗ" Защита состоится " 7 " октября 1994 г. в 17.00 час. на заседании диссертационного совета Д 063.09.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, Республика "Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов,д. 1 С диссертацией можно ознакомиться в техническом архиве УШУ

Автореферат разослан • 1994 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор фиаико- математических наук.

профессор /\JiZ-~—* р- И- Бахтизин

ОБЩАЯ 2ЛРЛКТЕРИСТШ РЛБЛЫ

Ачтуалт-.кость проОле'ль:. Сдиш,; из цаправлвний сокращенна

■::ео--:о:' сг-хете." с-":;; гу.г;-оуес Усл-^О::;:;.;'^'

н соййаяив новых, внсокопрои8вояютеят>нш? потюяп-;; эг р г кнет щке не о г..,

Исследования постедчиу гз'о^Ь:

л-у'А'д-^-у, \ осбот--; ;.;о':ст

ваадего действия (Р2Д). Б то ха время неравномерный износ

и пшткяч О™»™"

оснозньа® неяостаткаьш названных породоразрукающих инструментов.

Одной из причин неравномерного износа вооружения является неоптимальная силовая и энергетическая загруз. :а отдельных участков рабочей поверхности.

усо* /■о"':?:'!1 е-

V'::;.'КСХ.'Л!,: ¡1 ЧО^Л'О':.1,^ ".аУ&ОУПе^.Г

ча ^'опаюмьгз^з;.' ■ ■. >-о>-оитс. состкгиг; окл-анн- /¡л;-; ' паса-

чатра »:& участке, цэлв)!8Л1>а1!Лб1!.чого возлекстьия >:а'ощстеь ргзвуизияя Рассматриваемого участта. /прачяти1 распределением параметров взаимодействия.

Урезонь загрузкг участка ышзлвляется .«копали 'Гекторами: величиной {!згруз.'«1 из долото, частотой ¿ранения. гвпаеоу 20-орузкения, схемой размещения элементов вооружения, положением участка относителько соседних и др. Уровень загрузки определяется также геометрическими уачотрами элементов вооружения, т.е. управление распределением параметров взаимодействия может быть осуществлено и комбинированием но Форме элементов вооружения. Для' осуществления последнего в первую

очередь нугхко определить зависимость распределения параметров взаимодействия по рабочей поверхности от Форш элементов вооружения, которые шгут быть приняты в последующем для оснащения породоразрушвдзго инструмента.

Представленная работа является продолкэнием исследован!®, направленных на совершенствование породоразрушавдх инструментов реяуы.9- скалывающего действия, выполняемых в УГНТУ под руководством профессоров Ы. Р. Кавлютова и Л. А. Алексеева.

Пель работы Повышение эффективности работы долот режуще-скалыващго действия путем комбинированного размещения резцов различной Форш на основе исследований распределения параметров взаимодействия по участкам рабочей поверхности.

Основные задачи работы.

1. Анализ исследований распределения параметров взаимодействия по рабочей поверхности породоразрушаадзго инструмента

2. Изучение влияния формы элемента вооружения на показатели работы долот реЕушо-скалываахцзго действия.

3. Изучение распределения силовых и энергетических параметров по рабочей поверхности долот, оснащенных резца),т различной формы. .

4. Разработка способа армирования породоразругавдэго инструмента комбинированным размещением резцов разли'шой Форш на участках рабочей поверхности.

5. Промысловая апробация результатов исследований.

Методы решения поставленных задач.

1. Экспериментальные лабораторные исследования с применением методов статистической обработки результатов.

2. Поиск технические решений, конструкторские разработки.

3. Промысловые испытания и анализ результатов.

Научная новизна

1. Установлена степень влияния формы элементов вооружения ка показатели работы долот реиуда - окалывающего действия.

2. Установлены зависимости распределения силовых и знер-.гетических параметров ао рабочей поверхности породоразрушаю1 цих инструментов редуце - скалывающего действия, оснащенных элементам! вооружения различной формы.

3. Разработана методика оснащения породоразруиащего инструмента комбинированным по форме воорулюнием.

Ооиовнш ешпишаемые положания.

1. Характер распределения силовых и энергетических параметров по радиусу долота, осашазнного резцами различной формы.

• 2. Методика оснащения породораэрушащэго инструмента комбинированным по форме вооруиением.

Практическая ценность.

•¿. Разработана методика сскаиэякя породоразрувагавего гзйструшнта яомбпяяровшяшм по фохтв вооружением.

2. Разработаны н внедрены з производство долота малого диаметра.

Реализация работы в промышленности. Трехлопастные долота, оснащенные комбинированным вооружением, прошли промысловые испытания и внедрены в производство. Промысловые. испытания разработанных долот показали проходки на долото на 14%, механической скорости бурения на 13% по результатам отработки более трех тысяч долот.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывали^н и обсуждались ка: научно-технической конференции молодых ученых и специалистов БНИИВТ (Москва. 1йВ1к научно-технической конференции студентов, аспирантом

и молодых ученых (Уфа, 1984); научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ВНИИВТ (Мэсква, 1986); научно-технической конференции "Повышение эффективности строительства скващн, поисков и разработки нефтяных, газовых и гаэоконденцатных месторождений" СевКавНИИгаза (Ставрополь. 1985); Республиканской научно-практической конференции шлодых ученых и специалистов БашНИПИнефгь • (Уфа, 1986); Республиканской научно-технической конференции "Творческая молодежь Башкирии-ускорению научно-технического прогресса" (Уфа, 1988); Всесоюзной конференций "Механика горных пород при бурении" (Грозный-Агой, 1988); Республиканской научно-технической конференции "Вклад молодежи Башкирии в решение комплексных проблем'нефти и газа" (Увь, 1989); научно-технической конференции. "Современные технологии и технические средства, повышающие технико-экономические показатели строительства нефтегазоразведочных скважин" (Тюмень, 1089); Всесоюзной научно-практической конференции "проблемы строительства скважин . на нефть и газ предельно малого диаметра" (Красноярск, !990); Всесоюзной научно-технической конференции "Разрушение "орных пород при бурении скважин" (Уфа, 1990); .Международной конференции "Механика юрных пород при бурении'^ (Грозный, 1991); первом и втором годичных собраниях Российской комплексной научно-технической программы "Исследование, разработка, освоение и производство мелкосерийной и малотоннажной наукоемкой продукции для отраслей народного хозяйства на основе фундаментальных исследований" (Саратов-Валаково, 1991, 1992); государственной научно-технической программе "Технологии, машины и производства будущего" (Пермь, 1993).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 работы, в

том числ 5 авторских свидетельств на иэсбрететт и патентов.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения» четырех основных разделов, заводов и рекомендаций, списка литературы из 121 наименования и 7 приложений. Общий объем работы 138 страниц, включая 24

рисунка и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

3 первом разделе проведен анализ, работы породоразрушавдих инструментов рекувдз-скалываще-го действия, приведены представления различных авторов о распределении осевого усилия по профилю долота, рассмотрены экспериментальные исследования распределения силовых и энергетических параметров по рабочей поверхности ¡зородоравруиавдего инструмента.

Значительный вклад в совериэнствование породоразрушащях инструментов реиуще- скалываздего действия внесен исследованиями А. и. Абдулзэде, X И, Акчурина, Л. А. Алексеева, Г. ЕАрцк-мовича, Б. Е Байдкка,. И. И. Барабаааоша, Л. И. Барона, ¡4 И. Бибер-мана, А. Г. Вишнева, А. II Бочковского, В. С. Владиславлева, К а Вовчановского, Р. Г. Ганиева, Л £ Глатыана, К П. Двергот, Е 5. Кагарманова, С. Ы. Кул5!ева, 1,1 Р. Мавлютова, А. Е Карамзина, Н. Н. Павловой, А. ЕПопова, ЕР. Пуняк, Р. М.Сакаева, А. И. Спивака, Г. И. Сукманова, 0. Е Сукманского, Б. Е Трушкина, Д М. Силикоиова, Е. М. «Мнкелыптейна, И. X Яамзина, В. Е Царицына, Н.Р, -Цыгша, Р. М. Эйгелеса, Е. ф. Эпиггейна и др.

Показано влияние формы эле..1е"та вооружения на эффективность разрушения горних пород. В процессе резания, применительно к работе долот РСД, форма резцов изучена недостаточ-

- в -

но. Если характер разрушения горных пород зависит от формы элемента вооружения, то применение ревцов различной Форш на различных удалениях от оси долота должно влиять на уровень загрузки участков рабочей поверхности ( характер раппредвде-ния параметров взаимодействия).

Таким образом, выдвигается следующая гипотеза: путем комбинированного размещения резцов различной формы можно управлять характером распределения параметров взаимодействия по рабочей поверхности породоразрушакдах инструментов ЮЛ, что в конечном счете повлияет на эффективность бурения, т.е. на рост механической скорости и проходки долота, т. к., увеличение механической скорости и долговечности воэшяно за счет уменьшения удельной энергоемкости разрушения горных пород на участках поверхности еабоа, сдерживающих углубление всего долота Снижение удельной энергоемкости мояет быть достигну^ то в результате уменьшения сопротивляемости горной породы разрушению путем воздействия на нее комбинированным вооружением из резцов различной Форш. Комбинирование резцов различной формы позволит также увеличить энергонапряженность (Аэ) вооружения на участках наибольшего1сопротивления породы разрушению выбором соответствующих резцов и одновременно ва счет снижения энергонапрякенности на участках относительно меньшего сопротивления, что в конечном счете доляно привести к более рациональному использованию подводимой на забой мощности. Возможность регулирования распределением силовых и энергетических параметров позволит также облегчить условия работы резцов в зоне перехода от торца долота к калибрующей части, что приведет к снижению теша изнашивания калибрующих резцов и предотвращению возможных осложнений, гвяй энных с потерей диаметра.

- в -

Однако для управления распределением параметров взаимодействия необходимо знать зависимость распределения от Форш элементов вооружения, Поэтому основной задачей предлагаемой работы является иаучекке зависимостей распределения параметров взаимодействуя от формы элементов вооружения.

Во втором разделе арозеден анализ методов исследований. Применительно к изучаемым вопросам выбран экспериментальный »е?о» мсследозакпй раздуиайии иатуральных образцов горных пород.

Обоснованы параметры установки. На основе анализа существующих установок для проведения исследований выбран стенд, смонтированный на базе буровой установки СБА-500.

' Обоснованы: горная порода, форма резцов и схема их размещения, форма забоя, режимы бурения и вид промывки. Изложена методика проведений зксперимевтааькых иссаедоваиий распределения параметров эваишдействия по рабочей поверхности поро-йоразруазюаэпс инструментов, оснащенных разными типами элементов вооружения.

Эксперименты проводились с использованием модели лородо-разрушакшэго инструмента pesyse- екащвахнззго действия, состоящей ив пяти невавнсигых гдагкскалько расположенных узлов. Ковдый узел состоит из элементов вооружения к из дадиндра с тензодатчикамк для измерения оевого усилия и крутящего момента, 3 зависимости от числа уэлоз, диаметр яородоразрупшь-nsrc ¡шетрумеята мог©!? меняться от 32 so »20 ш. Существует яаюю устройство для регистрации общего мошята и обвей наг р'/экм на долота.

Основной объем бурения выполнен при частотах вращения .1

2.00-, 3,25; 4.6У с и удельных нагрузках на долото 250, 150.

650 Ша. Эксперименты проведены при тех же режимах бурения, которые испольауются при отработке аналогичных долот в промысловых условиях. Величина удельных нагрувок выбрана из условия обеспечения эффективного объемного разрушения горных пород.

Промывка осуществлялась водой при расходах, достаточных для полного удаления шлама из зоны разрушедая при бурении. В качестве промывочной жидкости использовалась вода, которая широко применяется и на практике. Для исключения влияния промывки на исследуемые параметры использован метод обращенного забоя, т. е. модель долота жестко прикреплена к основа-нив, а блок горной породы крепится к шпинделю станка Кроме того, такой метод' упоошает измерения и повышает надежность регистрации параметров.

Основной объем бурения приходится, как известно, на пластично- хрупкие породы. Типичной пластично- хрупкой горной породой, наиболее полно характеризующей поведение таких пород в целом, является мрамор. Мрамор отличается большой однородностью ¿изнко- механических свойств. Он сравнительно легко обрабатываете я, обеспечивает хоропуэ воспроизводимость результатов исследования вследствие своей однородности. Поэтому для экспериментальных исследований использовался мрамор Коелгикского месторождения. Многие исследователи также ииро-"о используют в качестве модели горной породы мрамор. Для эксперимента подготавливается образца горной породы, имеющие форму цилиндра с плоско- параллельными основаниями, диаметром около 210 км, высотой около 160 мм.

В качестве элементов вооружения использованы резцы из твердого сплава ВК-8В Форш Г60, Г53, ГЦ, Г23, Г51- наибо-

лее шкрои применявше чдя производства долот резотэ- скала-Baxe&io действия малого диаметра. Ревцы фор;-.,' Г23 по форме рабочей поверхности аналогичны резцам с погккркеталлйчесхш слоем, все аире хепож>зуе»йй* проюжевкооть« для ивгоховяэ-икг. ."ородоразрушетмз? ияструкйгпгов.

Обоснованы параметры мовелк, требуемой для решения поставленных еадач. Ргсвирекы Огсййэтадк:^ -гаамсжоотч эк :е-рикектальяой установка для ка^чэаяа расйредедения параметров взаимодействия элементов зоог^*««»*» - ггри^Л ..¿ичло» те ss-5гй£ йозвохност» пере доразрушйайх инструментов релуще-скалызающэго действия-. Разработаны хороню: с резцами различной формы. Элементы зоорукений предложено устанавливать ::а еъедаых резцедержателях. Прэддояевныэ технические решения использованы при разработке и усовершенствовании моделей по-родоразрушшэдх инструментов sao. м Í6S-Í455. « ?00б5б4.

Ееозщй притупления элэкев^ов 2оо?;Ш»йа иолуче:>г* ахкав-пш ¿¡лифованием т условия обеспеч?я5№ буровык станком СБА-500ГЭ удельных нагрузок на отдельных участках pr-Joveñ позерхйости (представляемых вооружением ka;t;üciv лй независимых узлов} з пределах от 0,2 до 2,0 твердости мрамора по штампу.

При бурении одновременно осуществлялась вались осевого усилия я крутящего момента на осциллограф. иг всех участков, общаге момента и оЗщей нагрувки на долото. При атом также регистрировались проходка и время бурения.

Проведен анализ источников погрешностей, Рассчитана аппаратурная cóctí «шюивя погрешности результата, максимальное заачениа которой не превышает айрана столика статистической обработки результатов опытов.

В третей разделе изложены результаты экспериментальных исследований.

Проведена оценка степени влияния формы элементов вооружения на показатели работы долот рекущз-скалывающего действия. 6 табл. 1 показаны значения механической скорости бурения Ум, мощности N. затрачиваемой на бурение и удельной объемной работы разрушения Ауд при бурении долотами, оснащенными разными элементами вооружения.

Таблица 1

Результаты бурения долотами, оснащенными разными элементами вооружения

Удель ная Частота вра-щ$- НИ?, Показатели Ум-10? м/с ©орма элементов вооружения

пси руа- ка, ЫПа N. Вт 3 Ауд, ВДи/М Г14 ГбО Г23 Г63 та

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 250 2,00 Уы 0,251 0,287 0,208 0,205 0,230

2 250 12.00 н 1683 850 600 680 1670

3 250 |2,00 АУД 689 284 299 341 753

4 450 |2,00 Ум 0,493 10,510 0,'642 0,327 0,466

Б 450 12,001 N 2829 | 1300 920 1217 2337

6 450 12,001' Луд 590 244 149 382 520

7 650 |2,00| Ум 0,701 |0,703 0,891 0,605 0,743

8 650 12,00| М 3515 | 1740 1950 1760 3665

9 650 12,Ш| Ауд 515 237 228 299 511

10 250 |3,25| Ум 0,387 |0,421 0,425 0,429 0,705

11 250 13,251 N 1690 | 1219 1080 1005 1920

12 250 |3,25| Ауд 449 277. 263 241 283

13 450 13,25| Ум 0,571 10,652 0,807 0,023 1,536

14 450 13,Р5| N 3800 2298 1650 1850 3240

окончание таблицы 1

1 2 3 4 б 6 1 7 8 9

15 | 450 (3,25| Ауд 1 684 | 337 | 212 I 206 ! 219

16 | 650 13,25) Ум 11,115 12,003 11,255 11,763 12,755

.17 | 650 |3,25| N | 6388 | 4494 | 2632 | 2390 | 6647

18 | 650 |3,25] Ауд 1 589 | 429 | 217 | 139 | 250

19 | 250 |4,е"»| Ум 10,461 ¡1,282 (0,483 |0.873 11,062

20 | 250 |4,67| N ( 2350 | 1600 | 2600 1 1570 | 2030

21 ( 260 !4,67) Ауд I 584 ] 119 | 658 | 185 | 198

22 | 450 |4,67| Ум 10,850 (1,623 10,962 |1,705 12,481

23 | 450 ¡4,671 N { 4050 1 2180 | 3250 | 2950 Г 6500

24 | 450 |4,671 АУД. | 483 | 129 | 350 Г 178 | 272

25 1 650 (4,67} УМ 11,561 Я,812 (1,444 13,145 14,283

26 | 650 14,671 N 1 8200 } 3730 | 3900 ! 6000 ! 12500

27 { 650 }4,67{ ЛУД | 540 | 197 | 279 | 196 \ 303

Как видно из табл. 1 , ,э целом» независимо от формы элементов вооружения долота, р увеличением нагрузки и частоты вращения, механическая скорость бурения к ъющюсгъ, затрачиваемая нв бурение, возрастай?.

Наибольшие различии механической скорости бурения при этом получены для долот, осваймиык элементами всоруяепая

•юй награда на долото (например, 4,67 б и 660 МПа), скорость бурения долотом, оснащенным элементами вооружения Г51 в 3 раза выше, чем ток бурекии золотом, оснащенным резпачп Форму Г! <4, Осшш-енйе золоте дедами формы Г53 ведет к посту скорости, при том .ч» режиме буреиуя, в два рала, но ермт» нио с л'»лото».;, вооруженным резцами Гг4.

Шфюсть» затрачиваемая на бурение долотом, оснащенным элементами вооружения Г23, при прочих равных условиях, имев? минимальную величину, по сравнению с другими долотами.

Энергоемкость бурения, при неизменных параметрах режима бурения, такие значительно отличается для долот, вооруженных разными по Форш элементами вооружения.

Приведенные результаты позволяю? сделать вывод о том, что показатели работы породораэруважл^го инструмента в значительной степени определяются-, форжй элемента вооружения, примеияешго для его оснащения.

В табл. 2 приведено распределение ко рабочей поверхности удельной нагрузки Руд, удельной обадыной работы разрешения Ауд, мощности N. удельной мощности Ку, окружного усилия Рок и отношения окружного усилия к осевому усилию Рок / Р при частоте вращения 3,25 с* и удельной ' нагрузке ка долото 450 МП& ( номера участков возрастает от центра к периферии долота ).

Таблица 2

Распределение параметров взагюдейетвня

Обозначение элемента во оружения и участка рабочей поверхности. ц & Р А;М 1 т р

ы, ыш ш, 3 ¡¡Да/и N. Вг Куд, . 2 .¿Вг/м Рок, н |ров Г

1 2 3 ■ . 4; 7 8

1 Ч ГбО (1) { 762 1251,19 | 169,81 \ 44,80 ! 924 : ¡0,32

2 | ГбО (£) | 607 |Щ,32 | 307,78 ! 94,12 | 764 |0,38

3 | Г60(3) | 572 1275,28 { 520,46 |157,72 | 850 |0,4Б

4 | Г60 (4) | 632 (410,06 11033,56 |335,67 Ц266 |0,65

окончание таблицы 8

б ! ГбО (5) ! 714 !635,64 12623,50 1677,42 ¡2472 |0,89

б 1 Г63 (1) 11038 ! 93,60 | 111,23 | 45,77 | 605 10.24

7 ! ГбЗ (2) ! 633 1107,57 ! 238,39 ¡147,15 ! 584 Ю, 67

8 1 Г53 (3) I 490 1 98,76 I 328,19 (202,59 I 536 (0,67

9 1 ГБЗ (4) ! 521 ¡112,04 ( 496,37 (305,40 ! 608 10,72

10 ; ГБЗ (5) 1 703 1220,58 ¡1323,38 1544,60 ¡1247 10,73

11 1 Г14 (1) ¡1008 1538,82 I 404,93 (116,69 ¡2204 (0,63

12 1 т (2) | 74В 5490,48 1 687,41 1223,19 (1684 (0,73

13 \ П4 (3) ! 689 (443,40 1 931,92 (313,78 (1522 (0,87

и 5 т <4) { 608 1416,65 }1167,4б (381,62 (1430 (0,92

15 Г Г14 (б) } 673 (805,57 ¡3053,60 ¡576,72 ¡2880 10,94

16 Л » Г 23 (1) ¡1059 1163,22 ! 129,60 ! 39,27 ! 703 ¡0,20

17 ! Г23 (2) ! 703 ¡158,10 1 249,41 ! 80,98 1 511 ¡0,28

18 !; Г23 (3) { 534 И65,85 ( 371,05 ¡114,62 I 606 ¡0,36

19 « Г23 (4) I 461 ¡191,03 ! 602,50 1195,62 | 738 ¡0,52

20 { Г23 (5) ! 480 ¡337,08 ¡1402,37 ¡416,13 ¡1311 ¡0,81

21 ! Г51 (1). : 881 ¡188,82 1 352,47 ¡71,21 (1919 Ю.44

т ! Г51 (2) | 568 1140,98 I 488,21 1148,39 11106 |0,64

23 ! ГБ1 (3) 1 440 ! 135,24 ! 702,31 121-2,82 ¡1147 ¡0,79

24 1 1 Г51 (4) I 623 (177,23 (1227,05 ¡379.89 11603 10,89

25 ! Г51 (5) | 852 ¡446,30 14066,89 1831,67 ¡3832. 10,92

Распределение удельной нагрузки при разных формах злом^к гов вооружения показано на рис. 1.

2

Б

7

8

4

- 16 -

Распределение удельной нагрузки

Р -IÖ6

уд 1 иоо

700

а- Г60 ©- ГБЗ А - И 4 О - Г23; Г51.

r/ra-

отношение

радиуса

участка

к радиусу

• долота

О 0,15 0,34 0,5.' 0,68 0,88 1,00

*V

Рис.1,

Как видно «в рве. 1, удельная нагрузка во асех случаях максимальное значение шеет в центральной части долота, снижается к сер'ЕШе я возрастает к периферии рабочей поверхности, Прй stom врачеккя удельных нагрузок на участках для разных долот юеот разлкчняо величину. В центральной части рабочей поверхности ■ наибольшие значения удельных нагрузок получены для лоно?, оешмкых элементами вооружения Г23, Г53, Fi 4. на периферии рабочей поверхности наибольшая удельная нагрузка--подучена для долота, оснащенного элементами вооружения Г51, наименьшая - для долота, оснащенного резцами Г23. При зтом величина удельной нагрузки на периферии для долота с вооружением Г51 в 2 раза больше, чем для долота с вооружением Г23.

Таким образом, как видно из табл. 2 , величина параметров

взаиыодекотвия ка участках рабочей поверхности порадораару-иаадзго инструмента реяуке- скашзаипэго действия» при прочих разных условиях, определяется «акт формой злемвитоэ вооружения» применяемого для ©го оснащения.

Четвертый, раздел посвящен разработке гогот ревуще- скаш-в£..йцего действия.

Акалкв работ в области оснащения доам ¡сомбинированным по Форме вооружением показывав®, что они в Ооядаасгвэ случаев выполнены 6т уче??. распрздэйэщш ■ параметров ввзиюдеЗсаает по рабочей поверхности породоразрушащях инструментов.

Наш предлагается методика» основанная э применении результатов исследований распределения параметров ввшшо-дейсивия по рабочей поверхности долот, оснащенных элементами вооружения разного тшта.

Основы методики изложен в а с. Н 1754873. Методика включает: 1} изучение физико- механических свойств горн®: пород, для бурения !«5-орых создается долото;

К) предварительный выбор воорушшп, соответствующий свойствам пород;.

3} опредехеше распределения параметров взаимодействия но рабочей поверхности породораэрушаший инструментов, оснащенных предварительно вабрашнягк злементаш вооружения (для кгддого типоразмера вооружения}

4) анализ результатов определения распределения параметров взаимодействия о целью выделения участков позьменпой по-икжешгой силовой 1! энергетической: загруженности рабочей поверхности, для каждого типоразмер вооружения;

5) совмещение {(«оптирование} элементов восруйвния, с целью устранения участков аномальной загруженности, с учетом уело-

вий:

iCD ПЙ

Нудi 4 Иуд1 < НУД1, ( 1 )

_3ф ПЙ

РУД1 4 РУДi < Pyßi, í 2 }

где Нуд i, - соответственно удельная мощность и удельная нагрузка, при которых достигается аффективное объемное раврузекке породы ка i-том участке,

ЯР ÍJP

Иуд i, Руд1 - предельные удельная мощность и удельная наг-рувка, при которых начинается катастрофическое изнашивание и разрушение вооружения на i-том участке;

6) промысловая проверка выбранных вариантов комбинированного вооружения.

Ниже рассмотрим пример реализации методики по результатам распределения только удельной нагрузки по рабочей поверхности (наиболее упрощенный вариант).

Как видно из рис. 1, уровень силовой загрузки (удельная нагрузка) на равных участках рабочей поверхности для долот, оснаадэнных разными элементами'вооружения, отличается, особенно в центре н на периферии, до нескольких раз.

В соответствии с наложенной выше методикой, из рис. 1 можно выбрать различные варианты комбинирования элементов вооружения.

На рис. 2. показано распределение удельной нагрузки при восьми вариантах комбинирования: 1- ГбО, Г51, Г51, Г23, Г23; 2- Г60, Г60, Г51, Г14, Г23; 3- ГбО, ГбО, Г51, Г14, Г14; 4-Г51, Г53, Г53, Г23, Г23; Б- Г51, Г61, Г51, Г23, Г23; 6- ГбО, ГБЗ, 144, Г51, Г14; 7- г60, Г53, ГбО, Г51, Г14; 8- Г60, Г53, Г60, líH, Г14.

Распределение удельной нагрузки при разных вариантах комбинирования вооружения

руд-1бб, HM2 900

7СС 500

300

0 0,15 0,34 0,51 0,68 0,88 1,00

В/ВЛ

Рко. 2.

Окончательное решение по определению наиболее оптимального зарианта размещения элементов зоорулвния прикинется по результатам стендового бурения и йромысловых испытаний.

С цель» предварительной оценю»: эффективности конструкций опытных долот и выбора оптимальных режишз бурения проводятся стендовые испытания долот.

Рассмотрен пример буреяжт голоташ малого диаметра на буровом стенде, скоктирозанном на оазе станка ЗШ-ЭОй.

Исследования проведены с пг*<мекеяием полнси|!акторного планирования эксперимента с матрицей планирования типа г1 Врезные параметры: осевая нагрузка на долото а и частота »оаиенкя п . Выходные параметр» мощность на разруненяе М. механическая скорость бурения Умех, энергоемкость ргзрушечия

Результаты исследований обработаны и получены математические модели процесса разрушения опытными долотами:

- 20 -

N - Г( в. п ) , (3)

Умах .п ) . С 4 )

Ауд - М 0 , п ) . (5)

. Ка основе результатов стендовых испытаний опытных долот сделаны рекомендации по выбору оптимальных режимов бурения ими.

По ¡результатам исследований спроектированы; изготовлены и внедрены долота режуще - скалывающего действия малого диаметра,

В патентах М 1774984. М 1838569 приведены примеры реализации результатов исследований в виде конкретных технических ¡решений.

За базовые приняты ступенчатые т'эехлопасткыз долота диаметром 73 мм с радиальными и спиральными лопастями. Ш5ор базовой конструкции основывался тем, что зтиыи долотами достигнуты наилучше показатели бурзнеш. Вооружение базовых долог некомбинированное и состояло из згемектоз вооружения Г53 кз твердого сплава ВК-8В.

Испытания опытных долот г..х>водились ка разных шгааддях. Туймаэннской ГШ Ш "Баанефть*% при разных регэает и показали эффективность породоразрушйщего шгструиента;- оснащенного комбшированлыы по форме вооружение«.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Неравномерный износ вооругакшг н кедостаточно высокая скорость бурения остается основным« недостаткам породораз-рушаадк инструментов реаувцз- скашвагодего действия. Одной из причин неравномерного износа вооружения является неоптимальная силовая и энергетическая загрузка отдельных участков

рабочей поверхности» что приводит к отработке породоразрута-вдего инструмента с неполным использованием запаса вооружения.

2. Экспериментально показано, что эффективность работы породоразрукающего инструмента реиуигэ- скаяыващэго действия, при прочих равных условиях, определяется также формой элемента вооружения, применяемого для его оснащения. Угта-ковлена степень влияния формы элементов вооружения на пока-ввте,.вд оейоти доле? реауп-з - с:<адыйшо5зго действия.

3. Установлены зависимости распределения силовых и энергетических параметров. по рабочей поверхности иородоразрушо-Ю инструментов рецуще - скашввщэго действия, оснащенных элементами вооружения различной формы.

4. Удельная нагрузка максимальное значение имеет в центральной част» нолота„ снйшзтея к серэдине ь возрастай? к периферии рабочей аоверхвоат При этом впачзния удельных нагрузок на участках для разных форм ресцой имеют различную величину, определяемую сопротивляемость» породы разрушению.

б. Показача возможность оптимизации распределения параметров взаимодействия путем варьирования формой элементов вооружения на учасиш рабочей поверхности кородораврушакжэ-го инструмента.

6. Разработана методика оснащения породоразрушагсщего инструмента комбинированным по форме вооружением.

7. Разработаны ш внедрены в производство долота режущз-скалызаюшего действия, оснащенные комбинированным по форме вооружением.

Промысловые испытания разр ботанных долот показали рост проходки на долото на 14%, механической скорости буре-"ия на 13% по результатам отработки более трех тысяч долот.

- 82 -

Экономический аффект от внедрения долот в Туйыаашской Г1Ш составил 62178 рублей 9 ценах 1991г.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Ганиев Р.Г., Акчурин Х.И., Ахметшин Д.U. Универсальные модели породораарушаодих инструментов ревушэ-скалываюаего, иетиравде-релущего классов // Технология бурения нефтяных и гавовых скважин. -Уфа, 1984.

2. Стендовые исследования работы долот реадгщз-скашвавдз-го действия / Шарипов Е Б., Ахметшин Д. М., Акчурин X. И., (Закаев Р. Ж // Тев. докл. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов. -Уфа, 1984.

3. Ахметшин Д. Ц , ¡Шрипов Е Б., Ганиев Р. Г. Исследование породорагрушаюших инструментов редуае-скалызащэго .действия о применением универсальных моделей // Тев, докл. науч. -техн. конф. молодых ученых и специалистов. -Уфа, 1984.

4. Шарипов Е Е , Ахметшин Д. М., Акчурин X. И. Влияние формы забоя на эффективность разрушения горных пород // Тев. докл. науч. -техн. конф. молодых ученых и специалистов. -Уфа, 1984.

6. Эффективность бурения скважин породоразрушаицикг инструментами режущэ-скалывающэго действия / Мавлюгов М. Р., Алексеев ДА., Ганиев Р.Г., Шарипов ЕЕ, Акчурин Х.И., Са-каев Р. Ы., Ахметшин Д. М. // Нефть и газ. -1984, -N10.

6. Грак И. Е , Ахметшин Д. IL , Ганиев Р. Г. Влияние типа и формы резцов на распределение силовых и энергетических параметров по рабочей поверхности долота /•/ Творческая молодежь Башкирии - ускорению научно-технического прогресса: Тез. докл. республ. науч. -техн. конф. -Уфа, 1988.

- 23 -

7. Ахметшин Д. M. Повышение показателей работы долот оптимизацией распределения силовых и энергетических параметров по рабочей поверхности // Проблемы разработки нефтяных месторождений:' Tes. докл. республ. науч. -практлч. конф. молодых ученых и специалистов. -Уфа» 1988.

9. Исследование эффективности бурения долотами режуще-скалывающего действия, армированных композиционными материалами / Акчурин X И., Ахметшин Д. М.» Алексеев Л А., Гелма-нова а. ?. // Tes. до;«. Всесоюзной конференции ''Механика горных пород при бурении" Гроеный-Агой, 1888.

9. Алексеев Л. А. » Ганиев Р. Г., Ахметшин Д. М. К снижению аномального ив нашивания породораэрушагацего инструмента реиу-iae-скалывавдэго действия // Теэ. докл. Всесоюзной конференции "Механика горных пород при бурении". -Гроеный-Агой, 1G88.

10. Еафигуллин Д. М. , Гермачоза А. Р. , Ахметшин Л. М. О необходимости оснащения долот ?СД алмаако-твердосплавнымя пластинами различных диаметров //> Е&лад молодежи Башкирии в решение комплексных ¡проблем нефти и газа* Tes. дисл. республ. конф. -Уфа, 1989.

11. Ахметшин Д. М., Аничков ЕМ., • Еалута А. Г.. '¿эвышевие эффективности бурения скважин долотами реяущэ-скалывашего действия // Современные технологии й технические средотва, повышающие технико-экономические показатели строительства нефтегазоразведочных скважин: Тез; докл. науч. -практич. конференции. -Тюмень, 1989.

12. Создание и освоение производства породоразруиаютего инструмента малого диаметра новых конструкций / Акчурин X И., Алексеев JL А., Ахметшин Д. М. ; Шарипов Е Б., Файзылгая-нов С. и. // Проблемы строительства скважин на нефть и газ

предельно малого диаметра: Tes. докл. Всесоюзной науч. -прак. кокф. -Красноярск, 1990.

18. Гакиев Р. Г., Ахметшин Л- М., Аничков Е Я , Исследование эффективности разрушения пород резанием-скалыванием // Tes. докл. пятой Всесоюзной науч. -техн. конф. "Разрушение горных пород при бурении скважин". -Уфа, 1990.

14. Акчурин X. И., Ахметшин Д. М., Макаров L П. Особенности разрушения горной породы и условия работы элементов вооружения долота у стенки скважины // Tes. докл. Международной конференции "Шханика горных пород при бурении". -Грозный, 1991.

15. Ишбаев Г. Г., Акчурин X. К. » Ахметшин Д. М. Породоразру-каадий инструмент для бурения сквакин // Тез. докл. перв. годич. собр. по 2 разделу РКНГП "Технологическое оборудование. производственная аппаратура, инструмент и оснастка". -Саратов, 1992.

16. Гениев Р. Г. « Ахметпш Д.М. О задачах исследования и совершевствовашя породораэрушооих инструментов реаущэ-ска-шваадего дсЯотвия // Современные щхзилеш буровой и нефтеп-. рошсловой механика. -Уфа, 19S2.

17. разработка алмазных породоразрушаащ ш.зтрумзнтов с высокопрочным матричным покрытием корпуса //Ишбаев Е Р., Акчурин X й. „ ЕЬкшев Т. А., Ташбулатов Р. &, Ахштшив Д.Ш // Tes. докл государственной науч.-техн. програьиы "Технологии, машины !' производства будущего". -Пермь, 1993.

18. А. с. H 1684466 МКИ Е 21 В 10/00 Универсальная модель долота для" исследования напряженного состояния корпуса бурового долота / X. И. Акчурин» Д. М. Ахметшин, А. Р. Германрва и А. Г. Балута// Опубл. 16.10.91, В. Я. N 38.'Заявлено 01.02.89.

19. А. С. N 1764873 МКИ Е 21 В 10/00 Способ армирования

породорвьдаааецэго инстпушнта / Е Р. Мавлдгоз, Л. А. Алексеев, Р. Р, ¡Ччвдч, X Е-Акчурич Ахмотя-Чй // Опубл. 15. 08. Я2,

о. я. >; зз. заявлено 04.04. ео,

"С-' иас&т N 1774235 Май 3 21 Б 10/42 Вурозоз долото рФ-гто?- екалкваюйэго дейошзг / Л. К Ахкетаив, X М. Акчуриа, •V Г. гйкарог к н. а Ррак // Опубл. 07.11.82, 3.15. К 41. Заявим Патаиг> М 1 ЯЧ^КйО ШШ В 91 й //1А №>«п«5Г> ляп «тягая-

•гельаого бурения / х е ¿кчурин» Я & Азшеташ. И. С. Гвбдраки-мв I ам.Аничков // Огц,Зл. 30.08.93, ЕЕ М 32. Заявлено

28. 04. 90.

22. Патент N 2006564 М5Ш Б 21 В 10/00' Универсальная модель долота резотэ- екажываюгего действия / X. -И. Акчурин, Д. М. Ахметаин, Л. А. Алексеев, • Р. Р.- Раниез0 А. Е Макаров // 30.01.94, 33. К. V 2. Заявлено 19.02.91.

П.дписеп к п: 'ат;: 11.08 94. Фор:.:а? <5у:..агк 60x84 1/16.

Цаказ 5Л'), Т-раж 100 экз.

Ротапринт Уфимского гисударствэ;;ного нефтяного г о у;;;;Е.>рс,:тота

450064 г. Уфа, Иссяглв&чЪг, I