автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка и исследование буровых станков с двойным раздельноприводным буровым ставом для направленного бурения горизонтальных скважин

государственный комитет рсфср по делам

науки и высшей школы

ИРКУТСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Экз. № 2/

АНОХИН АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

УДК 622. 242-6122. 245

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БУРОВЫХ СТАНКОВ С ДВОЙНЫМ РАЗДЕЛЬНОПРИВОДНЬШ БУРОВЫМ СТАВОМ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

0^ Для служебного

пользования

А втореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре «Теории механизмов и машин» фрунзенского политехнического института.

Научный руководитель: Член — корреспондент АН Кирг. ССР, доктор технических наук, профессор Л. Т. Дворников.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В, А. Перетолчин, кандидат технических наук, доценг С. Н. Гудимов.

Ведущее предприятие: Кузнецкий машиностроительный зааод (г. Новокузнецк).

Защита состоится 23 МАЯ 1991 г. на заседании Специализиро-

ванного Совета К 063.71.02 в Иркутском политехническом институте (664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского политехнического института.

Автореферат разослан « 22. » апреля 1991 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета,

Н, 11. Страбыкин

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бурение горизонтальных скважин находит все более широкое применение в геологоразведке, горнодобывающей промышленности и строительстве. Использование при этом средств и методов направленного бурения, поднимает на качественно новый уровень технологию ведения работ и их эффективность. Так, применение направленных горизонтальных скважин в геологии позволяет более детально производить разведку полезного ископаемого, а также снижает затраты и объемы бурения при его поиске. В горнодобывающей промышленности, где горизонтальные скважины используются для ведения дегазационных и дренажных работ, они позволяют улучшить условия труда и снизить аварийность на очистных и проходческих работах. Применение средств направленного горизонтального бурения в строительстве дает возможность осуществлять прокладку коммуникаций в случаях, когда открытый способ ее укладки затруднен или невозможен, а также использовать опережающие горизонтальные скважины при проходке тоннелей и различных горных выработок. Однако ограниченность существующих средств бурения направленных горизонтальных скважин в осложненных горно-геологических условиях, затрудняет широкое использование этого метода в указанных отраслях промышленности. Необходимо отметить, что до настоящего времени ни в отечественной, ни в зарубежной практике бурения направленных скважин, не разработано технических средств и методов проходки высокоточных глубоких горизонтальных скважин в осложненных условиях. Одной из задач в области военного строительства является бурение глубоких направленных горизонтальных скважин в осложненных условиях. К основным требованиям решаемой задачи относятся: высокая точность проходки (I % от глубины),низкие энергозатраты на бурение и небольшая масса бурового оборудования.

Исследования, связанные с разработкой техники и технологии подобного назначения, актуальны не только для задач военного строительства, но и для гражданских отраслей промышленности, что позволит получить значительный экономический эффект.

Диссертиуояная работа непосредственно связана с программой НИР Фрунзенского политехнического института и выполнялась по темам: "Выбор и обоснование технологии бурения и конструкции бурового станка для бурения глубоких горизонтальных направленных

скважин" - № ГР 79079970; "Исследование процессов бурения прямолинейных горизонтальных скважин глубиной до 200 метров" -№ ГР 01Ы3000797; "Исследование и разработка грунтопроходческих машин буровых станков и агрегатов, а также высокопроизводительного бурового инструмента к ним по условиям оптимального взаимодействия со средой" № ГР 01670081464. Научная консультация проводилась доцентом «№ к.т.н. Донченко B.C. •

Цель работы: разработка и создание буровых станков направленного горизонтального бурения с использованием комплекса новых технических средств и метопов, обеспечивающих заданную точность проходки глубоких скважин в осложненных условиях.

Идея работы: Использование в конструкции буровых станков двойного раздельноприводного бурового става, обеспечивающего устойчивость всей колонны за счет применения центрирующей медленно вращающейся наружной колонны труб, разгрукенной от передачи нагрузок на инструмент и внутреннего центрируемого бурового става, установленного относительно наружного на подшипниковых опорах.

Научные положения:

- классификация разделения скважин по углу наклона, отличающаяся тем, что в качестве критерия, характеризующего равнозначность процессов бурения в данном диапазоне углов наклона скважин, принята сила трения, препятствующая продвижению бурового става в скважине;

- технологический метод бурения направленных скважин двойным раэдельноприводным ставом, отличающийся тем, что наружная центрирующая колонна труб разгружена от передачи осевой нагрузки и крутящего момента на инструмент, а внутренняя, центрируемая является рабочей и установлена относительно наружной в подшипниковых опорах! ,

- впервые установлено, что устойчивость двойного бурового става с заданными жесткостными и силовыми параметрами определяет-ря рациональным соотношением количества промежуточных опор, устанавливаемых на центрирующей колонне, и тем, что эта колонна разгружена от передачи осевого усилия и крутящего момента на инструмент;

- установлено впервые, что необходимым условием снижения энергозатрат на бурение является обеспечение передачи энергии к забою через внутренний центрируемый буровой став, имеющий возможность свободного осевого и вращательного перемещения относительно подшипниковых опор центрирующей колонны;

- впервые установлено, что проходка прямолинейных скважин глубиной до 100 метров в осложненных условиях возможна без применения специальных корректирующих устройств.

Научная новизна работы. Впервые предложен и разработан способ и с устройства для бурения прямолине(*ных горизонтальных скважин в перемежающихся горных породах для различных технологий проходки.

Разработана классификация скважин по углу наклона и длине.

Выполнен обзор и проведен анализ тенденции развития буровой техники по зарубежным источникам и промышленным каталогам.

Обоснованы и рассчитаны рекимныо и энергетические параметры буровых комплексов для различных технологических вариантов проходки.

Установлено влияние конструктивных размеров и компоновок некоторых узлов и элементов бурового снаряда на точность, производительность и энергозатраты бурения.

Разработана программа расчета на ЭВМ устойчивости многопролетного бурового става для двойной колонны труб, в зависимости от осевой нагрузки, расстояния между центрирующими опорами и жест-костных параметров става.

Выполнены аналитические решения задач динамической устойчивости бурового става двойной колонны труб и установлены зависимости частотных колебаний става от режимных нагрузок, глубины скважины и длины пролета между центрирующими опорами.

Разработана методика экспериментальных исследований по испытаниям буровых комплексов направленного горизонтального бурения и создан полигон для испытаний.

Созданы принципиально новые буровые комплексы направленного горизонтального бурения для различных условий применения.

Экспериментально доказана возможность проходки абсолютно прямолинейных скважин глубиной до 100 метров в перемежающихся породах и грунтах с минимальными энергозатратами на бурение.

Общая методика исследований. Дня решения поставленных задач применен комплексный метод,включающий аналитические и экспериментально-статистические исследования влияния режимных параметров процесса бурения и конструктивных параметров буровых комплекта на глубину и точность проходки скважины. Методика и аппаратура экспериментальных исследований основаны на применении натурного моделирования и статистической обработки информации.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждается необходимым объемом теоретических исследований по обобщению и анализу накопленного опыта при создании буровых станков горизонтального бурения, обоснованием выбора рекомендуемых режимов бурения, проведением достаточного объема экспериментальных и натурных исследований по макетированию различных узлов и механизмов буровых комплексов, а также их испытаниям в полевых условиях. Объективность и .достоверность получения экспериментальных данных достигается использованием современной регистрирующей и записывающей тензометрической аппаратуры и датчиков, применяемых в авиационной технике, а также геодезическими методами замеров отклонения снаряда от заданного направления.

Практическая ценность. Результаты исследований могут быть рекомендованы организациям, занимающимся проектированием и созданием буровых станков горизонтального бурения. Предлагаемый способ может быть реализован в буровых станках различного назначения. Созданные рабочие макеты буровых комплексов позволяют бурить глубокие направленные горизонтальные скважины в породах П-1У категорий буримости с нулевым отклонением по азимуту и углу наклона на глубину до 100 м. Ожидаемый годовой экономический эффект в расчете на один станок составляет 6700 руб. для станка СГД-1 и 17 тыс. руб. для станка СГД-3. Созданный полигон с монтажно-испытательным боксом позволяет проводить испытания буровой техники подобного назначения.

Реализация работы. Основные результаты исследований реализованы в созданных буровых комплексах СГД-1 и СГД-3. Результаты полигонных испытаний нашли практическое применение при разработке

О

"Обоснования" и Технического задания на опытно-конструкторские работы по программе "Стрела" (ТЗ ОКР) для в/ч 68240 по созданию опытной партии станков для бурения глубоких горизонтальных направленных скважин. Конструкторские и технологические рекомендации, разработанные в процессе проектирования и натурных испытаний макетов бурового става и бурильной машины были учтены при изготовлении буровых комплексов на машиностроительном заводе им. В.И.Ленина (г. Фрунзе), а также в экспериментально-конструкторском бюро при Фрунзенском политехническом институте.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные полокения диссертационной работы докладывались и были одобрены на научных сессиях НГСФГМ 1980-1986 гг., на приемо-сдаточных этапах ведомственной комиссии из представителей заказчика в/ч 68240, гг.Москва, Фрунзе 1980-1986 гг., а также в открытой части на Республиканской научно-технической конференции "Теория машин и систем машин" г. Фрунзе, 1980 г.; I Всесоюзном семинаре:"Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья" г. Фрунзе, 1987 г.; П Республиканском семинаре "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья", г. Фрунзе, 1990 г.; на научных семинарах в Иркутском политехническом институте в 1990 и 1991 гг.

Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано II печатных и 6 рукописных работ..

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, 5 приложений, содержит 237 страниц машинописного текста, II таблиц, 48 рисунков, список используемой литературы из 106 наименований. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы и формулируется цель исследования. ' - . . .

Первая глава: Проблемы и техника бурения горизонтальных направленных скважин и постановка задач исследования. Рассматриваются общие вопроси по бурению горизонтальных скважин, их назначению и области применения. Предлагается в качестве критерия,- при классификации скважин по углу наклона, принять силы трения, действующие, на 'став в процессе бурения.

В зависисмости от типа горных: пород коэффициент трения металла о проду меняется в диапазоне от 0,1 для мягких глин до 0,65 для гранита. Поскольку и />= агсЬд^ , можно устано-

вить диапазон изменения углов трения р для различных пород. Эти углы равны соответственно + Ь° для мягких глин и + 35° для гранита. Таким образом, скважины с углом наклона до + Ь° можно считать горизонтальными, поскольку, независимо от физико-механических свойств горной породы, процесс бурения в этом диапазоне пород не имеет качественных различий. При бурении под углом наклона от + В0 до +35° буровой став, в зависимости от физико-механических свойств горной породы, будет находиться в состоянии неустойчивого равновесия. Эту зону можно условно выделить для гюлогонаклонных скважин. В диапазоне от +35° до +_ 75°, где силы трения еще оказывают некоторое влияние на продвижение бурового става, скважины можно отнести к крутонаклонным. И, наконец, в диапазоне углов наклона от +75° до +90° скважины можно считать вертикальными, поскольку силы трения сопротивления (в прямолинейных скважинах) по отношению к весу самого става существенно не оказывают влияния на работу подающего механизма и экстрактора. На рис. 1 представлена классификационная схема разделения скважин по углу наклона

Рис. I.

Согласно схеме, рассматривается характер влияния сил трения на став в каждой выделенной зоне.

Ь

Проведен широкий обзор отечественной и зарубежной буровой . техники применительно к горизонтальному бурению. Выявлены основные проблемы и тенденции развития технических -."еде-, и методов бурения горизонтальных направленных скважин. О -;частся, что до настоящего времени ни в отечественной, ни в зарубежной практике бурения направленных горизонтальных скважин не разработано технических средств и методов проходки высокоточных глубоких горизонтальных скважин в сложных условиях. В конце главы сформулированы задачи.исследования.

Вторая глава: Теоретические обоснования к выбору структурных, кинематических и динамических свойств станков горизонтального бурения. Проводится анализ известных способов бурения и обосновываются режимные параметры буровых станков с различной технологией проходки. Отмечается, что для установления функцио- : нальной связи между силовыми, кинематическими и режимными параметрами процесса бурения, достаточно приемлемым является наличие простейших эмпирических зависимостей, основании на широких обобщениях экспериментальных исследований. Такие зависимости били определены при анализе работ, посвященных изучению процессов и режимов бурения, а также техники и технологии проходки направленных горизонтальных скважин, авторами которых являются Алимов О.Д., Владнславлев B.C., Воздвиженский Б.П., Дверий В.П., Дворников Л.Т., Карднш В.Г., Катанов Б.А., Кодзаев Ю.В., Крапивин Д.М., Перетол-чин В.А., Ребрик B.W., Сафохин М.С., Свирщевский В.К., Сулакшин С. и др. Проведенный анализ теоретических и экспериментальных исследований в области режимов вращательного и вращательно-удлрно-го способов бурения, позволил определить наиболее приемлемые метода расчета режимных и конструктивных параметров буровых комплексов и породоразрушарщего инструмента и использовать их при разработке бурового оборудования. Рассмотрен« основные конструктивные i технологические факторы, влияющие на формирование траектории :квпг.ин, энергозатраты процесса бурения и производительность ра-¡от. В частности определена закономерность затухания ударного мпулъев А/Ад в диапазоне глубин скважкнн до. 200 м с учетом приятых конструктивных.и жесткостных параметров бурового става, ыявлена зависимость производительности бурения от длины применя-

емой секции штанг р =/( 6С ) и соотношения затрат вре-

мени на наращивания Ьн к чистому времени бурения Тр . Обоснованы способы рационального подведения энергии к забою для шнеко-вого става с обсадкой и двойной колонны труб, позволяющие обеспечивать надежную стабилизацию бурового снаряда при проходке скважины и существенно снизить энергозатраты на бурение.

Третья глава: Создание новых конструкций станков горизонтального бурения типа СГД. Проведенные исследования по обоснованию способа рационального подведения энергии к забою при бурешп направленных горизонтальных скважин позволили выработать принципиально новую концепцию подхода к проблеме бурения прямолинейны? горизонтальных скважин в сложньк условиях. Она заключается в то\ что бурение осуществляется двойным раздельноприводнмм центрируемым буровым ставом. Причем, медленно вращающаяся наружная колонна труб, разгруженная от передачи осевого усилия и' крутящего момента на пород»разрушающий инструмент, жестко центрируется в люнете станка и нёпосредственно в скважине, вслед за продвигающимся буровым инструментом. Внутренний став, являющийся буровым, осуществляет передачу энергии от бурильного механизма к породо-разрушающему инструменту и центрируется в наружной колонне с возможностью своего свободного вращения и осевого перемещения о' носительно наружного става. Такая схема позволяет обеспечивать надежную стабилизацию бурового снаряда при проходке скважин даж' в неустойчивых, перемежающихся грунтах. Для реализации предложе: ного способа в условиях с ограниченным применением газообразных жидких очистных агентов был разработан и создан буровой станок СГД-1 (а.с. ?? У75010), оснащенный шнековым буровым ставом. На р 2 приведена его кинематическая схема. Станок включает в себя по движный вращательно-удзрннй бурильный механизм с приводом враще ния.буровой и обсадной колонны, дифференциальный винтовой подаю щий механизм, установочное приспособление и комплект бурового става.

Главными критериями при выборе кинематической схемы станка являлись: максимум технологических возможностей И' высокой энер-гонатепенности, при минимуме >.<ассы и габаритов.

Разработка •/, создание бурового комплекса .■-ГД-З является ре эульто-п-.- поиска пут«!* .еуцвепиниого учсньтсния весогг^аритннх

характеристик бурового оборудования, а' также снижения энергозатрат на бурение при сооружении глубоких горизонтальных скважин с обеспечением высокой точности их проходки. Идея раздельноприводной колонны труб, реализованная в одном из самых прогрессивных способов бурения - двойной колонной труб с гидро- пневмотранспортом керна обратным потоком очистного агента, позволяет создать "идеальные" условия работы для внутреннего бурового става и обеспечить передачу мощности от бурильного механизма к породоразрушающему инструменту практически без потерь. Схема двойного става станка СГ'Д-3 с внутренней центрируемой рабочей колонной представлена на рис. 3.

'Рис. 3

Разработанные технические средства и методы бурения позволяют осуществлять эффективную проходку скважии любого назначения с высокой точностью и низкими энергозатратами.

И

Четвертая глава: Исследование устойчивости и динамики бурового става СГД-3. Проблема обеспечения устойчивости става при проходке минных направленных горизонтальных скважин является одной из самых важных и достаточно сложных, т.к. дайна става может достигать нескольких сот метров, а нагрузки во много раз превышать ' критические. При потере устойчивости става возникает вибрация, характер которой зависит от режимов работы и формы изгиба става. Вибрация увеличивает расход мощности, нарушает эффективность забойных процессов и может привести к быстрому разрушению става, по-родоразрушающего инструмента или станка. Продольная устойчивость, применительно к двойному ставу, может быть обеспечена.с помощью промежуточных опор между наружным и внутренним ставами. Решение задачи состоит в определении необходимого количества промежуточных опор и оптимального расстояния между ними. В процессе решения задачи о устойчивости, применительно к многопролетному буровому ставу( была получена зависимость

О - (1)

р ~ и2 *

где: Ркр - критическая сила, J - момент, инерции, Г - модуль уп- " ругости, П - число опор става, Ь - длина става. Количество необходимых опор для сохранения устойчивости става определяется как

У >

* кр

где: Ркр - критическая сила для однопролетного става длиной /. . Длина пролета бп определится

4<- ■ <3>

" ^ п - /

Используя программу расчета на ЭВМ можно рассчитать необходимое количество опор и величину пролета для любых жссткостньге параметров става и значений Ь и Р .

Нагрузки, передаваемые через буровой став инструменту, вызывают значительные колебания и вибрации буровых штанг, приводящие к интенсивному их износу и разрушению. В общем случае колебнпия могут быть продольными, крутильными и поперечными. Источником ко-

лебаний являются внешние силы, действующие на став. В зависимости от соотношения частот собственных и вынукденных колебаний.изменяется амплитуда колебаний. Решение задачи, связанной с колебаниями бурового става, в значительной степени 'связано с определением частоты собственных колебаний става. Аналитические расчеты по оп-.редеиейию продольных и .крутильных колебаний многопролетного става показали, что вероятность возникновения резонанса колебаний возможна при длине става более 100 метров в диапазоне рабочих частот вращения бурового става СГД-3. Поперечные колебания става под действием осевой нагрузки описываются .дифференциальным уравнением" в частных производных

вхУ дхг * 7Р

где: ЕЗ - жесткость сечения става, ^ - осевое усилие,

_Р - плотность материала, Е - площадь сечения става, , у{Х,Ь)~ поперечное смешение'центра тяжести сечения става от

положения его статического равновесия, Решением уравнения (-1) является функция

где:

Х(х) = А1б1оАгХ + В совЛ1X + СзЬАгЬ-ЪсЬЛгХ.

время.

(5)

л

Л

2ЕЭ

ш

у.

ЯГ со2

ЕО

А,В,С%1) - постоянные интегрирования определяемые из системы линейных алгебраических уравнений. Система уравнений составляется из условий удовлетворения'решения уравнения колебаний каждого пролета'граничным условиям-(табл Л) на -крайних и промежуточных

опорах бурового става.

Таблица I

ьхема

у^т^т

Лев.

Прав.__,

Граничные условия или условия сопряжения

X = X.

Хлев - Хпр

X

лпп

(ЕЛ") (Ш'")

пр' лев =

лев

(Е7Х )Пр -9

О

Схема нагружения бурового става продольной сжимающей представлена на рис. 4

силой

N

x

6

г

Лт

пе

Рис. 4.

Система таких уравнений однородна, поэтому условием нетривиального решения будет равенство нулю определителя, составленного из коэффициентов при постоянных. В общем случае, решением уравнения (5) будет выражение собственных частот поперечных колебаний става нагруженного продольной силой.

ы Ркр

(о)

где:

М - осевая нагрузка, ¿с- - номер формы колебаний, Рд - частота собственных поперечных колебаний става без нагрузки.

В зависимости от изменения осевой нагрузки при бурении о^ды изменяться и собственная частота поперечных колебаний става. График зависимости от N представлен на рис. 5.

10 ,"Г, у.

Рис. 5.

1 " /н

Рис. 6

Критическая угловая скорость многопролетного бурового с там определяется выражением

СО,-

П \jP~F '

(V)

где: С = 1,2,3,... номер гармоники колебаний, 6п - дайна пролета. График зависимости СО„р от &п приведен на рис. 6.

При бурении однотрубным буровым ставом изменение плины штанг от осевого усилия и крутящего момента не имеет особого значения. При бурении двойным ставом этот фактор необходимо учитывать, т.к. он оказывает существенное влияние на работу головной части бурового снаряда и условия работы внутренней колонны в подшипниковых опорах. Как показывают расчеты при осевой нагрузке Р = 20 кН и длине става Ь = 100 м относительное сжатие &В внутреннего става из сплава Д16Т достигает 45 мм. В связи с этим, в конструкции головной части бурового снаряда, должна быть предусмотрена компенсация его длины, соответствующая условиям бурения и режимным нагрузкам на став.

Пятая глава: Полигонные испытания станков типа СГД и рекомендации по созданию станков промышленного применения. Наиболее важными показателями, по которым проводилась опенка реализованных в конструкции станков научных идей, являлись глубина бурения и достигнутая при этой глубине точность проходки. В дополнение к этому оценивались также затраты мощности и производительность бурения в зависимости от глубины скважины. Испытания проводились на специально созданном полигоне с монтаяно-испытательным боксом (ШБ) и моделируемой трассой бурения. МИБ оборудован необходимым вспомогательным оборудованием, для подъема и спуска в гаахтный колодец буровых комплексов; и контрольно-измерительной аппаратурой. Трасса представлена плотными глинами П-Ш категорий буримости и искусственно созданными участками, содержащими бетон, песок, гравий, мрамор и обломочный материал. Скважины бурились параллельно поверхности земли с глубиной заложения около 1,5 метров. Графики изменения крутящего момента от глубины скважины для станков СГД-1 и СГД-3 представлены на рис. 7.

В разделе представлены также данные о режимах бурения, технологических особенностях буровых станков и технических средствах, применяемых в процессе испытаний. Показатели точности проходки в

зависимости от глубины скважин составляют соответственно: для станка СГД-1 - 1,5 м по азимуту и 1,8 м по углу наклона, при глубине до 100 м; для СГД-3 - нулевое отклонение по азимуту и углу наклона при глубине до 100 м.

& 40 Д? ео !00 !20 ь,»

I !

— — — — 1

— •г —

—

у -

к

га -1о гл оо гоо пм на ко юо Л,

Рис. V.

В целом испытания буровых комплексов подтвердили теоретические предпосылки о возможности сооружения глубоких прямолинейных горизонтальных скважин в осложненных условиях по предложенной технологии бурения. Ожидаемый годовой экономический эффект в расчете на один станок составляет 6700 руб. - для станка СГД-1 и 17 тыс. руб. - для станка СГД-3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования по разработке буровых станков с двойным раздельноприводным буровым ставом позволили решить актуальную научную задачу бурения глубоких направленных горизонтальных скважин в осложненных условиях с заданной точностью, что имеет большое значение для геологоразведочных работ, горнодобывающей промышленности и строительства.

Основные результаты исследований.

1. Разработана классификация скважин по углу наклона, в которой за критерий Оценки данного параметра принят угол трения материала бурового става о породу.

2. Разработан технологический метод бурения направленных скважин двойным раздельноприводным ставом, характеризующийся тем, что наружная центрирующая колонна груб разгружена от передачи осевой нагрузки и крутящего момента на инструмент, а внутренняя, центрируемая является рабочей и установлена относительно наружной в подшипниковых опорах.

3. Анализ различных кинематических схем станков, применительно к шнековому способу бурения, позволил найти новое решение и создать станок СГД-1, имеющий двухп^иводаой вращательно-ударный бурильный механизм с дифференциальным винтовым податчиком, оснащенный медленно вращающейся обсадной колонной труб и центрируемым шнековым ставом.

4. Основываясь на наиболее прогрессивном способе бурения с применением двойной колонны труб и пневмо- гидротранспортом керна* разработан принципиально новый станок СГД-3 с раздельноприводным бурильным механизмом, в котором передача энергии на забой осуществляется по внутренней трубе, установленной на подшипниковых опорах в медленно вращающейся наружной трубе. Предлагаемая конструкция позволяет практически без потерь передавать осевое усилие и крутящий момент на породораэрушающий инструмент при значительной глубине скважины. Разгрузка наружной колонны труб от усилий на породоразрушащий инструмент обеспечивает сохранение устойчивости всей колонны труб в широком диапазоне нагрузок и позволяет осуществлять бурение практически прямолинейных скважин.

5. Проведенное численное моделирование мн'огопролетных систем двойного става показало, что для предложенной расчетной схемы, величина достаточного пролета £Пд = 2,1 м не зависит от общей длины става, а зависит лишь от величины приложенной осевой нагрузки и жесткостных параметров бурового става. Принятая .длина пролета става =1,5 м позволяет эффективно работать в диапазоне частот вращения до 2500 об/мин., что позволяет использовать высокооборотное алмазное бурение без опасности возникновения резонансных колебаний.

6. Разработана техническая документация и изготовлены по два комплекта буровых станков СГД-1 и СГД-3. Проведены всесторонние испытания, показавший работоспособность всех механизмов и возможность обеспечения заданных выходных параметров бурения.

7. Создан полигон и разработана методика экспериментальных исследований по испытаниям буровых комплексов направленного горизонтального бурения.

В. Испытания бурового комплекса СГД-1 показали высокую эффективность шнекового способа бурения с обсадкой на глубину до 100 метров, с отклонением бурового снаряца по азимуту и углу наклона ■ соответственно на 1,5 и 1,с м вправо вниз. При бурении скважин без обсадки, отклонение скважин увеличивается до нескольких метров в сторону вращения вниз. Установлено, что в породах П-Ш категорий буримости шнековое бурение горизонтальных скважин достаточно эффективно до глубины 150 м.

9. Испытания бурового комплекса СГД-3 позволили установить возможность проходки горизонтальных скважин на глубину до 100 метров с нулевым отклонением по азимуту и углу наклона. Бурение в перемежающихся породах практически не оказывает влияния на искривление скважин. Применение двойной колонны труб с внутренним рабочим' ставом позволяет поддерживать бурение скважин до глубины ьО м практически с постоянными затратами мощности на холостое вращение.

10. Возможность применения высокооборотного алмазного бурения ' на больших глубинах, при высокой точности проходки, а также качественный выход керна позволяет использовать станок СГД-3 в геологоразведочных работах. Эффективное применение 'станков СГД-3 возможно и в -других отраслях гражданского строительства, в частности при проклад-

rte коммуникационных скважин в городских условиях, где необходима высокая точность прокладки трассы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. К проблеме бурения глубоких горизонтальных скважин с применением двойной колонны труб.//Тез. докл. Республиканской научно-технической конференции:"Состояние и перспективы развития технических наук в Киргизии"/ - Фрунзе, 19Ь0 С 32-33.

2. Обоснование конструкции и технологической схемы работы буро вого станка типа СГД. - Тан же с. 28-30 (Соавторы: Дончен-ко B.C. и Яковлев Г.'Л.).

3. Буровой комплекс .для бурения горизонтальных скважин -информационный листок Г 30-86. Серия 52.44.17, Киргиз'ЛНГИ, 1986, 0,25 печ.л. (Соавторы: Дворников Л.Т., Донченко B.C., Касьянов В.В. ).

4. Станки шля бурения горизонтальных скважин - Фрунзе: Кир-гизЛШМ, I9&7 - 18 с. (Соавторы: дворников Л.Т., Донченко B.C.).

5. Обоснование конструкции и результаты испытаний станка для бурения протяженных горизонтальных скважин //Тез. докл. I Всесоюзного семинара "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья"/ - Фрунзе, 1987, с.172 (Соавторы: Донченко B.C., Касьянов В.В.).

6. Буровой комплекс для бурения горизонтальных скважин. Пром-сть строит.материалов. Серия 7. Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. Экспресс-информация. Отеч.опыт. М., I9&8. Вып. 4. с 18-21. (Соавторы: .Дворников Л.Т., Донченко B.C., Касьянов В.В.).

7. Испытания бурового станка СГД-3 применительно к разведочным работам. В кн."Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья". Тез.докл. П Республиканского семинара. Фрунзе, 1990, с G8-G9.

Ь. Результаты испытаний бурового станка СГД-3. В кн."Совершенствование п-:цсссов и узлов горных мамин". Сб. научн. тр. Фрунзенский политехнический институт, Фрунзе, 1990 с 95-102. ,'Соавторы: Донченко B.C., Касьянов В.Б. /

19

9. A.c. 875010 СССР МКИ3 E2I С 1/00. Буровой станок -№ 2887976/22-03; Заявлено 05.12.79: Опубл. 23.I0.CI, Бюл.39-2с. (Соавторы: Дворников Л.Т., Донченко B.C., Яковлев Г.И.).

. Ю. A.c. 1129345 СССР, МКИ3 E2I С 9/00, Направляющая опора. № 3634028/22-03; Заявлено 09.08.83; Опубл. 15,12.84, Бюл. .№ 46 -2 с. (Соавторы: Дворников Л.Т., Донченко B.C., Касьянов В.В.).

II. A.c. 270845 СССР, E2I В 3/00. Буровой станок -№ 3167566; Заявлено 10.04.87; Зарегистрировано 1.03.88. (Соавторы: Дворников Л.Т., Донченко B.C., Касьянов В.В., Васю-тинский В.А., Лысенко И.В.).