ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ
Аннотация
Цель. Аналитико-лабораторное и стендовое изучение основных закономерностей функционирования породоразрушающих органов устройств гидро(пневмо)механического бурения в породах, различных по прочностным показателям и разработка на их основе рационального технико-технологического регламента сооружения скважин разведочного и эксплуатационного назначения с высокими показателями скорости углубки.
Методика. Изучение особенностей функционирования устройств гидро(пневмо)механического бурения базировалось на использовании комплексных аналитико-лабораторных методов. Исследование процессов разрушения горных пород различной твердости выполнено с применением современных методов аналитического анализа и экспериментальных исследований, в частности, путем использования методов математического и физического моделирования, методик обработки результатов исследований в программном сопровождении SolidWorks, STATGRAPHICS, МАТНСАD, контрольно-измерительных приборов и соответствующих исходному заданию материалов.
Ход решения задач оптимального планирования эксперимента делился на следующие этапы: составление модели; подготовка необходимых исходных данных; расчет модели; получение результатов.
Протекание скважинных породоразрушающих процессов моделировалось на специальном лабораторном стенде, оборудованном контрольно-измерительным блоком (расходомер, манометр, тахометр, координатник).
Параметры процесса адсорбции активных веществ из водных растворов на поверхности исследуемых пород изучались на их порошках, для чего экспериментально определялось оптимальное соотношение между массой твердой фазы и объемом раствора, а также время установления адсорбционного равновесия. Вычисление величин параметра адсорбции проводилось путем измерения оптической плотности исследуемого раствора до и после соответствующего взаимодействия при пропускании сквозь него монохроматического света.
Результаты. Рассмотрены современные направления проведения исследований и конструкторских работ в области широкого внедрения в буровое дело элементов физических способов разрушения горного массива. Относительно особенностей структурно-технического выполнения отдельных узлов рассматриваемых устройств, отражены основные технологические факторы их рационального функционирования в различных скважинных условиях. Подробными исследованиями убедительно доказано существование тесной связи между фактором наличия для осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент динамической составляющей и возможной интенсификацией процессов разрушения. Конкретными примерами показана ведущая роль отдельных свойств бурового раствора в реализации условий усиления эффективности протекания процессов разрушения. Убедительно доказано, что поскольку основным фактором гидро(пнемо)механического бурения является значительная степень развития процессов разрушения, именно поэтому их интенсификация может быть достигнута за счет направленного физико-химического воздействия поверхностно-активной среды. Выполнены экспериментальные исследования по изучению развития и результатов поверхностных взаимодействий – адсорбции на границе раздела фаз, как основного фактора устойчивого разрушения горного массива.
Научная новизна. Основными факторами рационального функционирования устройств гидро(пневмо)механического бурения в породах, различающихся по прочностным показателям, является соблюдение определенного, вполне технологически определяемого регламента, основанного на применении оптимальных конструкций породоразрушающего инструмента и обоснованной, с позиций физико-химической теории взаимодействия различных фаз, гидравлической программы промывки буровой скважины.
Практическая значимость. Изложенные результаты лабораторно-экспериментальных исследований (применительно к механизму протекания дезинтеграционных и поверхностных физико-механических процессов) являются базовыми для проектирования режимных параметров программы разрушения и промывки скважин гидромеханического бурения, кроме того, они относятся к основным исходным данным, применяемым при обосновании конструктивных и технико-технологических характеристик соответствующих модернизированных устройств. Полученные результаты исследований выступают основой для обоснованного проектирования режимных параметров процесса углубки скважины за счет использования гидро(пневмо)механических устройств и могут служить исходными положениями для разработки оптимальных конструктивных и технологических параметров рассматриваемых устройств.
