автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Совершенствование шарошечных дол на основе автоматизированного анализа их элементов на стадиях конструкторского проектирования и испытания

iratfWPCIE3353 Ш-ЖЗГ РООСЗЗЗСНСЯ .НДЕУШПЗ ПО Е.ЫЕЕМУ С5?ДЭ0ЕЙКЗ> УФЕШКИИ ГССУДАРСТЕЕННЬВ КЕгТЯКСП таИРШИП УН1ГЕ11РС1ГШГ

Дгтл слу::-:еСг:огс> пользои~:"1л С?;зе1-ахллр II M á У

FEMKEB EA/EFIIPI PACrf/IbSFÏÏ4

ГА^ЛГЗБ^ТЕС-РАЛИЕ ПАРСЗЕГОК долтг ÏÏA ССШЕЕ AE:K::ATI::II?CI^:I~O лиллизл iix ГА СТА™гРД

Н";ГГГ?'/Г{ГС-гС1*СГО 17Г"~ГП~СсЛг"1Л II "С'ГИГАгИШ

: С". 15. 10 -

Работа выполнена в Специальном конструкторском 5;оро по долотам акционерного общества "Волгабурмаш" и на кафедре горной и прикладной механики Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Еедущее предприятие -

доктор технических наук, профессор А. Н. Попов

доктор технических наук, профессор Л. Л. Алексеев кандидат технических нале доцент Ю. А. Подавэлов

Произволетвеное объединен "КУ1:1бьзевнеФ'ть"

Запита состоится 7 октября 1994 г. в /5~час. на заседанк диссертационного Совета Д 063. 09. 02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, У Фа, Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в техническом архиве Уфимского государственного нефтяного технического универеггг

Автореферат разослан __________1994 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор Физшсо-математическж нале, профессор

Р. Н. Еахтизин

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность теш. Значительный объем бурения шарошечными долотами (свыпе 90'/) диктует необходимость улучшать, в первую

очередь, их эксплуатационные показатели. >

Улучшения показателей бурения можно добиться различными путями: совершенствованием конструкции долота," технологии изготовления, режимов и условий его эксплуатации.

Поскольку качество долота закладывается на "этапе конструкторского проектирования, особое внимание должно быть уделено вопросам совершенствования методического обеспечения этого процесса и его автоматизации. ~

Известно, что более, чем в 70'/ случаев долота выходят из строя вследствие опережающего износа опор. Отсюда следует необходимость" разработки методики, позволяющей прогнозировать относительную нагруженность и работоспособность опор на этапе эскизного проектирования.

При оценке эффективности проектных решении, заложенных в новой конструкции долота, по результатам промысловых испытаний в традиционно применяемых методиках не учитывается влияние большого числа Факторов на результаты бурения. Это может привести к ошибочным выводам и принятию неверных технических решений. Необходимо разработать методику статистического анализа промысловых данных, позволяющую объективно оценивать результаты бурения на основе классификации (ранжирования) различных Факторов по степени их влияния на показатели бурения.

Поскольку отдельно взятые показатели проходки и средней механической скорости за рейс позволяют лишь частично, односторонне оценить качество бурового "долота как технической системы, -необходимо разработать более совершенный критерий качества долота

. Дель работа Улучшение показателей бурения шарошечными долотами путем их совершенствования на основе разработки и при-' менения автоматизированных методик для анализа ожидаемой напруженное™ элементов вооружения и опор и экспериментального определения параметров нагружения на стадии конструкторского проектирования долот и результатов их эксплуатации на стадии промысловых испытаний.

- Основные задачи исследования. Для достижения поставленной дели решаются следующие задачи:

1) разработка методики автоматизированного анализа отно-:ительной нагруженное ти элементов вооружения и опор шарошечного долота;

2) аналитическое исследование относительной нагруженности рабочих элементов вооружения и опор при статическом нагруже-даи;

3) разработка методики автоматизированного статистического анализа степени влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на показатели работы буровых долот;

4) разработка подсистемы автоматизированнного статистичес-сого анализа износа вооружения шарошечных долот для системы ^ЦР-долото;

5) разработка критерия эффективности проектных решений для 1АПР-Долото;

6) совершенствование конструкции долота с использованием шолненных исследований и разработок

Методы исследовании. Аналитические исследования, с исполь-¡ованием метода конечных элементов, стендовые и промысловые ^следования с применением методов математической статистики.

Научная новизна. с----

1. Разработаны конечнозлементная модель бурового шарошеч->го долота и методика, позволяющая на стадии конструкторско-» проектирования, прогнозировать относительную нагруженность

[ементов вооружения и опор.

»

2. Предложен "способ расчета нагрузок на элементы вооруже-

ч ;

и с учетом углов их активного контакта с породой.

i

3. Предложен способ выбора стратегии улучшения показате-■й бурения, основанный на классификации различных Факторов

' степени-их влияния на эксплуатационные показатели буровых »лот. •' • - -

4. Предложено достаточное условие получения объективной [енки показателей работы опытных долот по результатам их смысловых испытаний,""основанное на выборе оптимального на->ра Факторов, влияших на эти показатели.

5. Предложен критерий оценки качества долота как техничкой системы, обладающий большей универсальностью по сравнимо с традиционно применяемыми (проходкой и средней механи->ской скоростью за рейс)

6. Предложен принцип размещения вооружения на шарошках фового долота, повыпаший равномерность нагружения их опор.

Основные защищаемые положения:

1) конечноэлементная модель шарошечного долота, методика результаты автоматизированного исследования относительной 1ГРУженности элементов вооружения и опор;.

2) методика автоматизированного статистического анализа^ гепени влияния конструктивных, технологических и эксплуата-юнных Факторов на показатели бурения;

3) критерий оценки качества новых' конструкций буровых >лот; ;■'•;•.

" 6

4) принцип размещения элементов вооружения на шарошках долота и соответствующее техническое решение.

Практическая ценность работ Результаты исследований вошли: 1) в СГП 1401-560-94 "Методика автоматизированного статистического анализа степени влияния конструктивных,- технологических-и эксплуатационных факторов на показатели бурения", ~ с "использованием которого выработаны научно-обоснованные "рекомендации по выбору стратегии улучшения показателей бурения для УЕР-4 ПО"НижневартовскнеФтегаз"; 2) в СГП 1401561-94 "Методика автоматизированного анализа относительной загруженности элементов вооружения и опор шарошечных долот", в соответствии с которым разработаны опора долота II1215,9М-ГВ-217 и схема размещения вооружения долота Ш215,9М-ПШ Экономический эффект на одно долото Ш215,9М-ГВ-217 соста-зил 15567 рублей в ценах на начало 1993 г.

Реализация работа в промьшленност Проведены промысловые испытания долот ш215,9и-ГВ-217 с модернизирований опорой на йетыбайской площади Жетыбайского УЕР ПСМантыппакнеФть" в количестве 26 штук.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены яа V Всесоюзной научно-технической конференции. "Разрушение торных пород при бурении скважин" (г. Уфа, 1990 г. ), на заседании научно-технического совета СКБ по долотам АО"Волгабур-маш"(г. Самара, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем диссертации. Диссертация обшим объемом 169 страниц содержит введение, семь глав, основные еыводы и рекомендации, библиографию из 103 наименований, 22 таблицы, 25 рисунков и приложения на 46 страницах.

- 7

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работа, определены ее цель и задачи, методы исследований, основные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первом разделе приводится анализ состояния исследований

в области улучшения показателей бурения- шарошечными долотами. «

Значительный научный и практический вклад в решение этой задачи внесли исследования Т. Г. Агошашвили, X. И. Акчурина, Л А. Алексеева,: А. М. Ашавского, Т. Е Еикчурина, Р. М Богомолова, Е ф. Кагарманова, Е А. Колесникова, Э. А Комма, А. А. Логинова, М Р. Мавлюгова, КХ А. Папашенко, А. Е Попова, СА.Посташа, А. И. Спивака, А. А. Старцева, К Л Стеклянова, А. Е Торгашова, Б. Е Трушкина, Р. М. Эйгелеса и др. .

Современные, методы улучшения показателей бурения принято подразделять на конструктивные, технологические и эксплуатационные. Применение конструктивных методов является одним из наиболее эффективных путей улучшения показателей бурения.

Показатели работы-шарошечных долот (проходка' на долото и стойкость). определяются в большинстве случаев долговечностью их опор. Совершенствование конструкций опор ведется по четырем основным направлениям: 1) совершенствование схемы опоры; 2) улучшение конструкции отдельных подшипников и их элементов; 3) герметизация опоры; 4) разгрузка элементов

опоры. 1:

Для реализации перечисленных конструктивных мероприятии необходима методика оценки относительной нагруженности элементов вооружения и опор шарошечных долот на этапе эскизного проектирования;; .Анализ. литературных источников-указывает на отсутствие в настоящее время: удовлетворительной методики, применимой при массовом проектировании шарошечных долот. .

Для выбора пути улучшения показателей бурения необходим

• . 8

глубокий анализ степени влияния различных факторов на эти юказатели. Классификация Факторов осуществляется с. использованием таких методов математической статистики, как диспер-:ионный, Факторный, корреляционный и регрессионный анализы, [ри .зтрм накладывается ряд условий!, таких как независимость [ризнаков, нормальность закона их распределения, огранйчиваю-ш область применения этих методов. Отсюда вытекает" необходимость -разработки автоматизированной методики для решения :Формулированной шпе задачи, основанной на более универсаль? ых статистических методах.

Буровое долото является сложной технической системой, которая характеризуется большим шелом параметров и множеством ригериев оценки ее качества. При анализе работы буровых до-ют их качество оценивается, как правило, путем сранения- ин-•егральных показателей бурения опытными и базовыми долотами: ррходки на долото и средней механической скорости. Каждый из тих показателей отражает только часть технических характе-истик долота. 'Кроме того, невозможно на основе этих'критери-в сделать вывод о преимуществах той или иной конструкции дзота в случае увеличения одного из них и снижения другого, ругие критерии'(например, стоимость 1 метра проходки) нельзя спрльзовать для оценки эффективности проектных решений, по-кольку они существенно зашеят от геолого-технических усло-ий бурения, таких как глубина скважины, тип буровой установ-ии др. Следовательно, необходим новый критерий для оценки ачества буровых долот.

/ Таким образом, проведенный анализ литературных источников одтверждает необходимость решения сформулированных выше за-ач для достижения указанной цели.

Второй раздел-посвящен разработке методики автоматизиро-анного анализа относительной нагруженности элементов воору-

9 ' сения и опор шарошечных долот.

Данная методика базируется на использовании метода конечных элементов (МКЭ) при моделировании силового взаимодействия :екдий долота с забоем скважины. Преимущества НКЭ по сравнению с другими теоретическими методами, применяемыми в насто-щее время для анализа силовых характеристик шарошечных до-ют, позволяют решать более широкий круг задач с высокой точ-юстью и надежностью.

Методика предназначена для решения на этапе эскизного проектирования следующих задач: ..

1) оценка относительной нагруженности опор различных сек-ий бурового долота;

2) оценка относительной нагруженности элементов вооружения >азличных венцов шарошек долота; /. . . •

3) сравнительная оценка нагруженносш поверхностей контак-а различных модификаций опоры; -.

4) рациональный :Еыбор материалов элементов опоры и зон :онтакга в подшипниках. ,

Методика определяет порядок решения этих задач и интерпретации полученных результатов.

Процесс моделирования рассмотрим на примере 1-й секции ро-ота 111215,9М-ГВ-2. На рис. 1 показана геометрическая модель той секции и-ее разбиение на конечные элементы. Аналогичным. бразом моделировались 2-я и 3-я секции этого долота'

Для всех секций задаются следующие услоеия нагружения: . ) ниппельная часть долота жестко закреплена; 2) точки, лежа-ие на оси долота (ось Ч), в процессе деформирования могут пе-емешаться только вдоль этой оси; 3) зона контакта зуба пери-ерийного венца со стенкой скважины может перемешаться только доль оси У;. 4) вертикальные участки блока породы могут пере-

мешаться только вдоль оси У; 5) для всех секций долота задается одинаковое перемещение нижней границы блока породы в положительном направлении оси Ч.

Модели секций долота состоят из отдельных четырехугольных областей, дня каждой из которых можно независимо задавать физико-механические свойства материала, что дает возможность

. i

решать задачу рационального выбора материалов для различных' элементов и узлов долота

• Дня каждой секции при заданном 5 моделируются все возможные варианты контакта, соответствующие вертикальному положению одного, двух и трех зубьев. Для каждого из этих вариантов определяются перемещения узловых точек элементов вооружения, ,'а затем - реакции забоя на элементы вооружения. Эквивалентные нагрузки на венцы шарошек определяются по

Формуле ^ где =

6 - осевая нагрузка на долото, кН; Р: - -вероятность 1-го вари-

-г 1

анта контакта зубьев долота; - реакция забоя на Л* венец К-й шарошки дня 1-го варианта контакта; N - число вариантов контакта; пк - число венцов К-й шарошки. . Нагрузки на венцы чД считаются постоянными в течение всего времени работы долота. Относительная нагруженность опор секций долота определяется сравнением эквивалентных нагрузок на шарошки: пк

Вероятности P¿ определяются как произведения вероятностей событий активного контакта элементов вооружения для отдельных шарошек с учетом углов активного контакта,, вычисляемых по

Рис. 1. Модель 1-й секции долота Ш215,9М-ГВ-2 и ее разбиение на конечные элемента

Ъ' ЬсгьсС )

где 1 - радиус венца; оС - угол наклона плоскости венца к плоскости забоя. .

Нагрузки ч^к являются исходными данными' для расчета лине] ной интенсивности р нагрузки вдоль образующей цапФы.

Нагрузку 00, воспринимаемую наиболее нагруженным телом к чения радиального подшипника, определяем по Формуле

а0 - ———,

где РЛ- радиальная сила, действующая на подшипник; Ъ - чксл^ тел качения.

Максимальное напряжение, еозш-п-сакшее в зоне контакта ролика с беговой дорожкой цапфы, равно ■

Г =

Чах & *

где Е - длина ролика; Ь - малая полуось площадки контакта.

Для шарикового подшипника максимальное напряжение в зоне контакта цапфы определяется по Формуле

_ за о (б

.г. '

где а,Ь - соответственно большая и малая полуоси эллипса де Формации.

Максимальные напряжения в зонах контакта, определяемые п Формулам .(5) и (6), служат критерием оценки относительной н груженности элементов опоры. Целью конструктивых изменении опоры и вооружения является минимизация Ста,*-

Для автоматизации наиболее трудоемкой процедуры конечно-элементных расчетов нами совместно с Поволжским отделением

Инженерной Академии России был разработан пакет программ на базе универсальной программы GIFTS.

В третьем разделе описаны аналитические исследования на-

груженности элементов долота II1215,9М-ГВ-2 с использованием t

разработанной методики. .

т •

Для материала;долота были заданы физико-механические свойства долотной стали, а для материала забоя - свойства глинистой породы. Перемещение нишей границы забоя 5"= 1 мм. Осе-Еая нагрузка на долото G принималась равной 120000 R

Для каждой из трех секций долота были вычислены реакции забоя для каждого варианта контакта зубьев шарошек в вертикальном положении. Затем были определены вероятности событий активного контакта Р;, для чего по Формуле (3) вычислялись углы активного контакта зубьев каждой шарошки и строились соответствующие диаграммы (рис. 2). По Формуле (1) были вычислены эквивалентные нагрузки на венцы шарошек, а по Формуле (2) определена относительная нагруженность опор секций долота. Расчеты показали, что наиболее нагруженной является 2-я секши долота II1215,9М-ГВ-2(Ray =49809 Н). наименее нагруженной -1-я секция (R/y =30971 Н). Вертикальная нагрузка на 3-ю секцию составила 39223 Н, что близко к среднему значению (40000 Н).

Анализ распределения нагрузки по венцам шарошек говорит о том, что для всех трех секций наибольшую эквивалентную нагрузку воспринимает 2-й венец, а наименьшую - 3-й венец, считая от периферии. В то же время, средняя нагрузка на один зуб венца возрастает от периферии к центру скважины. Это позволяет

предположить, что и интенсивность износа зубьев будет возрастать от периферии к центру. Данное предположение подтверждается результатами анализа износа вооружения долот данного типа, отработанных в Западной Сибири.,

- зона активного контакта зубьеЬ 2-го Ьенца [["Л - зона активного контакта зубьей 3-го йсниа

Рис.2. Диаграмма распреЗеления углоЬ активного контакта зубьеЬ шарошек болота Ш215.9М-ГВ-2

Для вычисленных нагрузок на венцы были определены контактные нагрузки для двух вариантов опоил:, без подпятника (вариант 1) и с подпятником(вариант 2). Для обоих вариантов максимальное нормальное напряжение имеет место в зоне контакта малого ролика с беговой дорожкой цапфы и составляет 3320 НПа и 3189 МПа соответственно для 1-го и 2-го вариадта. Расчетная долговечность малого роликового подшипника для 2-го варианта выше на 13И по сравнению с 1-м. Это позволило выдвинуть рабочую гипотезу о том, что введение упорного подшипника скольжения(подпятника) повысит стойкость долота II1215, 9М-ГВ-2.

Распределение контактных нагрузок по поверхности цапфы зависит не только от конструкции самой опоры, но и от располо-кения элементов вооружения на шарошках долота. Наиболее неблагоприятными для опоры являются случаи, когда вся нагрузка триходится на элементы вооружения крайних венцов шарошек

В таблице 1 приведены результаты расчета максимальных зна-гений контактного давления на роликовые бегоше дорожи цапфы ,-й секции долота Ш215,9М-ГВ-2 для случаев, когда вся ре-исция забоя (120000 Н) приложена 1) к зубу 1-го венца; I) к зубу 3-го венца; 3) распределяется между зубьями 1-го и !-го венцов.

Таблица 1

Рабочая поверхность Максимальное контактное давление Стаи, МПа."

Случай 1 Случай 2 Случай 3 I »

МВД 2675 9782 6403 : 1

ЕЕД 8414 \ 4561 7437 :

...т:,3десь МЕД и ШБД соответственно малая и большая роликовые беговые дорожки. Из приведенных в таблице данных следует, что наиболее благоприятным для опоры является случай одновременного'активного контакта с породой зубьев крайних венцов. Поэтому, 'при размещении элементов вооружения на шарошках следует стремщъся к.уменьшению вероятности одиночного контакта зубьев,крайних венцов. ' . :.

В четвертом разделе описаны методика и результаты аьтома-.тизированного статистического анализа степени влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных Факторов на показатели работы буровых долот.

Улучшение показателей "бурения может быть достигнуто различными путями: рациональным выбором конструкций (гамм) буровых долот, . режимов бурения, компоновки бурильной колонны, режимов промывки и т. д. Ошибка на этапе выбора принципиального направления решения этой задачи является наиболее дорогостоящей,; поскольку за ней следует целый комплекс малоэффективных организационных, проектных и технических мероприятий. ■ н Для .выбора стратегии повьшения эффективности процесса бурения (проводки скважины), а также условий проведения.испыта-' ний ц оценки качества опытных конструкций долот нами предложено использовать'многомерны?! дисперсионный анализ (ИДА) степени влияния различных Факторов на результаты бурения. Использование для этой цели'ИДА обусловлено его большей универсальностью по сравнению с традиционно применяемыми в бурении статистическими методами.

В МДА исходная совокупность индивидов (в нашем случае - буровых долот) разбивается на J групп по какому-либо условию (например, по возрастанию проходки на долото). Каждому индивиду соответствует вектор наблюдений, компонентами которого

зляотся значения параметров (признаков), характеризующих ин--шиды: ■

X,

pjx

(j=l.....J; К=1,...,пр,

ie p - число признаков; nj. - число векторов наблюдений. в j-й руппе. •: - - ' :

В качестве характеристики разделительной способности(ин-:>рмативностИ) отдельных признаков и их различных комбинаций зпользуется специальная величина - дистант, статистическая 1енка которой вычисляется по Формуле:

т!,х,.:... .^••^¿'«[xi.-x-j'^fxi.-*-], -

" -' ' ' * ' * ' " Ж f ■ \ ~

ie S"- матрица, обратная ковариационной матрице S; п - объем сборки. - -

Большему значению статистики Т2 соответствует большая раз-глительная способность подмножества признаков {х,,..., Хр]. пя автоматизации процедуры расчета дистанта были разработаны рограмма DISPAN'на" языке FORTRAN и банк "данных по результа-зм промысловых испытаний буровых долот.

С использованием разработанной методики был выполнен ана-из влияния различных Факторов на эксплуатационные показате-¡1 долот, "отработанных в УБР-4 ПО"НижневартовскнеФтегаз". анализ были включены' признаки: Уч - код долота; Х2 - код сособа бурения; Х5 - код площади; Х¥ - код скважины; -эстигнутая глубина; Хб - нагрузка на -долото; Х7 - давление ромывочной жидкости. ; Расчет Т2 проводился" для каждого из ха-штерных интервалов (пачек одинаковой'буримости). Ниже приге-

дены результата расчета для интервала 2500-3000 метров в случае классификации долот по проходке.

1 2 3 4 5 6 7

'О. 29 0.29 0. 30 0. 32 0. 29 0. 29 0. 37 1

0.01 0.04 0.01 0. 02 0, ;02 О.' 18 2

.:-:[Т:г(Х:,Хь)] = 0.03 0.04' 0. 04 о! 04 0. 16 3

0.00 0. 02 0. 01 0. 14 4

0. 01 0. 03 0. 13 5

• т------. г 0. 01 0. 13 6

■ :':-; : : .-: 0.13 7

где д., ь=1,..•>.; ,.7.

Матрица [т2(Х[,Х„)] - симметричная, поэтому.ее элемента под главной диагональю не показаны. Среди одиночных признаков наибольшей, инФорматишость обладает (Т2(ХУ ).=0. 29), а среди пар признаков - пара Х,,Х7(Т2(ХяХ7)=0. 37). Следовательно, при бурении в интервале 2500-3000 метров необходимо уделять первостепенное внимание выбору конструкции долота и условий промывки скважины. Соответствующие рекомендации были -даны по

другим характерным интервалам бурения.

>

качестве, необходимого условия получения объективной .оценки влияния на эксплуатационные показатели конструктивных и .технологических различий буровых долот предложены неравенства:

;, Т2(Ху) > Т*(Х;), 1=2.....р. ' (7)

Его невыполнение означает, что изменение показателей, бурения обуслрвдено,;; в. первую очередь, эксплуатадаонными Факторами.

■ В качестве достаточного условия получещя такой оценки "нами предложено:.'

.-I; Т~(Х,) > Т*(Хг,...,Хр). (8)

Согласно этому, условию, информативности признака "код долота" должна быть, выше информативности совокупности всех остальных

признаков. При этом необходимо требование "полнота" множества признаков {х,,... (влияние на результата классификации лю-Зых других признаков, дополнительно включаемых в анализ, пре-юбрежимо мало). Дня определения оптимального набора призна- . сов использовался метод последовательного включения, соглас-ю которому включение производится для признаков с наибольшим

5 ♦

юказателем необходимости и заканчивается на том признаке, ¡ключение которого нарушает неравенство:

_ . _ VI _

де иг =Т2(Х1у,..., ,..., Хц ,,..., Х^,

\-Uh-j-p4b о,05- - определяемый по таблице квантиль распре-[еления Фишера порядка 0,95 со степенями свободы ^ =Л-1 и г=п-^р +1; р - число включаемых признаков.

Программное обеспечение описанной вше методики послужи© основой для для разработки подсистемы "Износ" - одного из юмпонентов системы автоматизированного конструкторского проектирования САПР-Долото, применяемой в СКБД АО"Волгабурмаш".

В пятом разделе предлагается новый критерий для оценки ка-ества проектных решений, заложенных в новой конструкции бу-ового долота:

, (Уф.-Уо)г (н-н*)2-

У -Ж-X-+ -¡7г-* (10)

У/о н'

де Н0» М) - предельные (реально недостижимые) значения соот-етственно для проходки и средней механической скорости за ейс;<^- безразмерный весовой коэффициент (0< оС <1 у. Для определения параметра сС используется условие максиму-коэФФициента корреляции У со стоимостью метра проходки С:

££ . ' гус=>пвх. (11)

• -По сравнению с показателями Н и , применяемыми для >ценки технического уровня долот в условиях эксплуатации, сритерий У имеет следующие преимущества: 1) он более полно характеризует эффективность работы бурового долота; 2) отражает: степень близости результатов отработки долот к оптимуму; 5): более :тесно связан с экономической эффективностью применения долот; 4) он может быть использован в случае невыпол-1ения требований технического задания по одному из этих показателей и превышения по другому.

г.. ■

Шестой раздел посвящен совершенствованию конструкции до-юта 111215,9И-ГВ-2 с использованием выполненных, исследований и разрабрток. • Ешолнена обоснованная модификация опоры этого долота введением дополнительного упорного подшипника . :кольжения(пяты) и разработано долото Ш215,9М-ТВ-217 с гакой опорой. Промыслоше испытания этого долота показали увеличение проходки и стойкости соответственно на IV/. и 9'/-.

В седьмом разделе описан разработанный метод повышения равномерности нагружения вооружения и опор шарошек на примере "долота Ш215, 9М-ЦГБ. Для экспериментального обеспечения 1етода на установке АИ-4 по методике, описанной в работах 3. Е Трушкина и Ю. А. Самоходова был выполнен дробно-Факторный эксперимент по установлению влияния основных факторов (интенсивности разрушения горной породы, скольжения вооружения и патов поражения при первом и втором проходах венца) на отно-:ительное значение угла взаимодействия элемента вооружения с ■"орной породой в момент, когда нагрузка на него принимает 1аибольшее значение. Результатами эксперимента являются статистические характеристики угла взаимодействия и его' зашей-

юстъ от величин скольжения и шага при первом проходе. Впия-ие интенсивности разрушения и шага поеггорного поражения ста-истинески незначимо.

Сущность метода размещения зубьев в венцах заключается в ледушем. Принимается решение о размещении зубьев в первом енце. Затем относительно первого венца размешаются зубья ериФерийного. венца так,. чтобы в момент наибольшей вероятности максимальной нагрузки на зуб первого венца на одном из убьев периферийного венца, также имела место наибольшая ве-оятностъ максимальной нагрузки. Зубья второго венца разме-зются относительно зубьев периферийного венца так, чтобы омпенсировать меньший угловой шаг зубьев периферийного вена и обеспечить благоприятное взаимодействие с зубьями дру-ях венцов. Новый метод размещения вооружения на шарошках рименен при проектировании долота Ш215,9М-ИГВ со сбалан-ярованным нагружением вооружения и опор.

Основные выводы и рекомендации

1. Разработана методика автоматизированного анализа отно-ягельной нагруженности элементов вооружения и опор шарошеч->1х долот.

2. Выполнены аналитические исследования относительной загруженности элементов вооружения и опоры долота II1215, 9М-3-2, в результате которых дан прогноз относительной работо-юсобности двух вариантов опоры.

3. Разработана методика, автоматизированного статистическо-> анализа степени влияния конструктивных, технологических и :сплуатагсионных факторов на показатели работы „буровых долот, »зволякшая решать следующие задачи:: а) выбор, стратегии повы-'ния эффективности процесса бурения (проводки скважины) ;

выбор условий проведения испытаний и оценки качества опыт-

ных конструкций буровых долот; в) выбор оптимального набора Факторов,-' влияющих на результаты бурения.

Разработана подсистема "Износ" системы САПР-Долото, позволяющая выявлять те векиь: шарашек долота, износ вооруже-шя которых оказывает определявшее влияние на • эксплуатационные показатели',долота. ---- .

Предложен: новый критерий для" оценки на'основе' промыс- ' ловых"данных о"-проходке"и средней механической скорости за -рейс "качества проектных решений, заложенных в новой конструк-ции'дблота" -б. "На основе выполненных исследований обоснованно' модифицирована конструкция опоры долота II1215,9М-ГВ-2. Промысловые испытания долота Ш215,9М-ГВ-217 с новой опорой показали преимущество этой конструкции по сравнению с базовой по проходке на 11 '/• и стойкости на 9'/, что подтвердило прогноз, сделанный по результатам аналитических исследований. Выводы протокола испытаний подкреплены результатами многомерного дисперсионного анализа и проверкой достаточного условия получения объективной оценки результатов испытаний.

• 7. Предложен новый принцип размещения вооружения, использованный при .разработке долота II1215,9М-ЦГВ со сбалансированным нагружением вооружения и опор. Рекомендуется использовать этот принцип во всех последующих разработках.

8. Все выполненные разработки рекомендуется использовать в системе автоматизированного проектирования буровых долот САПР-Долото, действующей в СКВ по долотам АО"Волгабурмаш",-а также в других проектных и научно-исследовательских организациях, связанных с улучшением показателей бурения шарошечными долотами.

Основное "содержание диссертации опубликовано в следующих работах: -

1. Ремнев В.В. »Баталов С.П. Применение г-з-гогомеркого дис-терсионного анализа при исследовании сравнительного влияния различных Факторов на эксплуатационные показатели 6уроеых долот//Пятая Всесоюзная науч. -техн. кон<1>. "Разрушение гарным юрод при бурении сквашн". РГП-90(тезисы докладов). - УФа, l 990. - Т. 3. - С. 50-52.

2. Богомолов Р. М. , Ремнев В. В. , Баталов С. П. п др. Котодп-:еское руководство по спеикурсу "Автсиэттагая проехяпгова-■sm". Часть 2: Техническое обеспечен® САПР. - Самара, СамШ, l 991- - 13 с.

3. Богомолов Р. М , Ремнев В. В., Баталов С. П. и др. Петоди-;есксе руководство по спэшсурсу "Лвтсматазашся проектирования". Часть 3: Лингвистическое обеспечение САПР. - Самара, .992.- 11 с.

Богомолов Р. И., Ремнев В. В. , Баталов С. П. и др. Метода-теско? рясоподстго пс> спецкурсу "Автомат!тзация проектирова-ягя". Часть 4: Нлтсмачдаеасое обеспечеш-ю САПР. - Слмлрл, .992. - 17 с.

5. Ремнев В. В. Автоматизация статистических исследовании шшния износа буровых шарошечных долот на их зксшттатактон-3-:? показагели//"'Хспресс-1п^0ормаи1-1я. Сейш Стр-ео неФт. и vid. сквасин на суше и на морс. - 1992. - Вып. П. - С. 1-5.

0. Рс-мнев В. В. »Баталов С. П. Построение рритерпя зфчзхтив-ЮСШ п^олсгных FcEríülfí шш подсистемы САПР-Долото. - ИсФтя-103 хозяйство, - ¿I о. - С. ¿~j.

7. Баталов С. П. , Решев В. В. , Гладких В. Н. Выбор рашюналь-ых условии проведения испытании буровых долот. - лимпчзскоз

Г , Т.,-^--^.,^ t r-.t.r -т.,- ..^Г"!- ,.ггтгд \ Г'Г'/I ^Т i * Г. * О

i асухлкОс iwtt».e, 1 УУт. _ И i. - С,. iO-ы.

Соискатель:

dT^^^f В. В. Решев