Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой
Предложен подход к определению эффективности прерывистой промывки при алмазном бурении, учитывающий влияние тепловой энергии трения на забое скважины. Ключевые слова: алмазное бурение, энергетический критерий эффективности, импульсная промывка....
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2017
|
| Назва видання: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/134247 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой / А.А. Кожевников, А.Ю. Дреус, Б. Ли // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 32-35. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-134247 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1342472018-06-14T03:03:20Z Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой Кожевников, А.А. Дреус, А.Ю. Ли, Б. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Предложен подход к определению эффективности прерывистой промывки при алмазном бурении, учитывающий влияние тепловой энергии трения на забое скважины. Ключевые слова: алмазное бурение, энергетический критерий эффективности, импульсная промывка. Запропоновано підхід до визначення ефективності переривчастого промивання при алмазному бурінні, що враховує вплив теплової енергії тертя на вибої свердловини. Ключові слова: алмазне буріння, енергетичнийкритерій ефективності, переривчасте промивання. The approach to determine the effectiveness of intermittent flushing at diamond drilling taking into account the redistribution of heat energy on the friction face is proposed. Key words: diamond drilling, energy criterion of efficiency, intermittent flushing. 2017 Article Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой / А.А. Кожевников, А.Ю. Дреус, Б. Ли // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 32-35. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2223-3938 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/134247 622.24 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| spellingShingle |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Кожевников, А.А. Дреус, А.Ю. Ли, Б. Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
Предложен подход к определению эффективности прерывистой промывки при алмазном бурении, учитывающий влияние тепловой энергии трения на забое скважины.
Ключевые слова: алмазное бурение, энергетический критерий эффективности, импульсная промывка. |
| format |
Article |
| author |
Кожевников, А.А. Дреус, А.Ю. Ли, Б. |
| author_facet |
Кожевников, А.А. Дреус, А.Ю. Ли, Б. |
| author_sort |
Кожевников, А.А. |
| title |
Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой |
| title_short |
Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой |
| title_full |
Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой |
| title_fullStr |
Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой |
| title_full_unstemmed |
Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой |
| title_sort |
энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/134247 |
| citation_txt |
Энергетический критерий эффективностиалмазного бурения с прерывистой помывкой / А.А. Кожевников, А.Ю. Дреус, Б. Ли // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 32-35. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT koževnikovaa énergetičeskijkriterijéffektivnostialmaznogobureniâspreryvistojpomyvkoj AT dreusaû énergetičeskijkriterijéffektivnostialmaznogobureniâspreryvistojpomyvkoj AT lib énergetičeskijkriterijéffektivnostialmaznogobureniâspreryvistojpomyvkoj |
| first_indexed |
2025-07-09T20:36:53Z |
| last_indexed |
2025-07-09T20:36:53Z |
| _version_ |
1837203107623206912 |
| fulltext |
Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
32
Литература
1. Ребиндер П. А. Исследование процессов образования дисперсныхструктур. Минск:
Навука и тэхника, 1971. 331 с.
2. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М.:Недра, 1978. 390 с.
3. Шрейнер А. А. Физические основы механики горных пород. М.: Госкомтехиздат,
1950. 211 с.
4. Спивак А. И. Механика горных пород. М.: Недра, 1967. 192с.
5. Присташ В. В., Чирков С. Е. Энергоемкость разрушения горных пород при различных
видах механических воздействий // Горн. информ.аналит. бюл. М.:Горная кн., 2000.
10. С. 8587.
6. Констандов Ю. А. Влияние параметров динамического воздействия на разрушение
горных пород // Динамические системы. 2008. – Вып. 24. С. 121131.
7. Ребиндер П. А. Исследование процессов образования дисперсныхструктур. Минск:
Навука и тэхника, 1971. 331 с.
8. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М.:Недра, 1978. 390 с.
9. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. 307 c.
10. Грег. С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1970. 408 с.
11. Синтетические алмазы в геологоразведочном бурении / Под ред. В. Н. Бакуля. К.:
Наук. думка. 1978. 232 с.
12. Измерение удельной поверхности порошковых материалов и построение изотермы
адсорбциидесорбции на приборе «Акусорб» фирмы «Культреникс». К.: ИСМ АН
УССР, 1985. 13 с.
13. Сверхтвердые материалы в геологоразведочном инструменте / Р. К. Богданов,
А. П. Закора, А. М. Исонкин и др. – Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003. – 138 с.
14. Craelius Diabor's new test drilling rig. // Industrial Diamond Rev. 1971. N 4. –
P. 142143.
15. Техника и технология высокоскоростного бурения / Г. Л. Блинов, Л. Г. Буркин,
О. А. Володин и др.М.: Недра, 1982. 408 с.
Поступила 26.04.2017
УДК 622.24
А. А. Кожевников, д-р техн. наук1; А. Ю. Дреус2, Б. Ли3, кандидаты технических наук
1Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»,
г. Днепр, Украина
2Днепровский национальный университет им. О. Гончара, Украина
3Строительный колледж Университета провинции Цзилинь, г. Чанчунь, Китай
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ С ПРЕРЫВИСТОЙ ПОМЫВКОЙ
Предложен подход к определению эффективности прерывистой промывки при алмазном
бурении, учитывающий влияние тепловой энергии трения на забое скважины.
Ключевые слова: алмазное бурение, энергетический критерий эффективности, импульсная
промывка.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
33
Введение
Для оценки эффективности новых технологий бурения по сравнению с традиционными
могут быть использованы различные критерии, такие как энергетический, структурный,
динамический, температурный и др. [1;2]. Такие критерии представляют собой отношение
механической скорости при разных способах бурения и учитывают влияние различных
факторов на разрушение горной породы.
К перспективным технологиям, позволяющим повысить эффективность алмазного
бурения, относятся технологии бурения с импульсной промывкой. В [3] выполнена
классификация таких технологий, рассмотрены вопросы технической реализации и приведены
результаты опытного бурения, свидетельствующие об улучшении ряда технико-
экономических показателей производственного процесса, в частности, повышения
механической скорости бурения.
Среди различных способов реализации импульсной промывки скважины выделим
режим прерывистой промывки. При таком режиме подача промывочной жидкости
прерывается паузами, при которых расход промывочной жидкости на забое равняется нулю.
Изменение режима подачи влияет на контактную температуру на забое и, таким образом,
тепловой фактор становится одним из определяющих эффективность разрушения горной
породы. Для обоснования внедрения этой технологии целесообразно использовать
соответствующий критерий эффективности бурения с прерывистой промывкой.
Цель настоящей работы – разработать методику оценки эффективности процесса
алмазного бурения с прерывистой промывкой скважины с учетом энергетического фактора.
Основной материал
При работе алмазной буровой коронки на поверхности забоя формируется сложная
нестационарная тепловая картина, характерная особенность которой состоит в чередовании
участков резкого нагрева и резкого охлаждения. Такая картина обусловлена конструкцией
коронки. При движении сектора матрицы по поверхности забоя генерируется тепловой поток
трения и возникает высокая температура. Вслед за сектором над этим же участком забоя
проходит промывочный канал, через который движется холодный поток промывочной
жидкости.
Таким образом, при
контактном взаимодействии
инструмента с горной породой на
охлажденном участке породы кроме
механического воздействия буровых
алмазов будет проявляться тепловое
воздействие. При вращении коронки
данный эффект многократно
повторяется, т. е. происходит
термоциклическое воздействие,
теоретические основы которого
изложены в монографии [4].
Изменение температуры горной
породы на поверхности забоя при
такой схеме воздействия показано на
рис. 1.
Как известно [5;6], основная
часть механической энергии при
работе буровой коронки переходит в
теплоту. Эта теплота распределяется
Рис.2. Изменение температуры горной породы на
поверхности забояtзаб во времени τ при движении
коронки:tсект – максимальная температура сектора
матрицы; tпр.ж – температура промывочной
жидкости
Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
34
между буровой коронкой (основное количество), горной породой и промывочной жидкостью.
Основная часть выделяемой на контакте теплоты распространяется в инструмент и отводится
от коронки вследствие конвективного теплообмена с промывочной жидкостью. При бурении
с постоянной промывкой, как правило, обеспечивается интенсивный теплоотвод от буровой
коронки. При прерывистой промывке конвективный теплообмен между коронкой и
промывочной жидкостью ухудшается и температура торца буровой коронки повышается.
Таким образом, создаются условия для увеличения доли тепловой энергии, которая может
быть использована для разрушения горной породы. В частности в [7] показано, что при
прерывистом режиме дополнительная тепловая энергия может способствовать ослаблению
горной породы вследствие интенсификации образования и раскрытия микротрещин на забое.
Таким образом, суммарную мощность, реализуемую на забое для разрушения породы,
можно представить в виде суммы механической и тепловой компонент:
ТМ NNN
, (1)
где
МN – мощность, затрачиваемая на механическое разрушение породы;
ТN –мощность
теплообразования.
В свою очередь, генерируемая теплота на контакте распределяется между горной
породой и инструментом. Следовательно, можем записать
ТБКТГПТ NkNkN , (2)
где , – коэффициенты распределения теплоты трения соответственно между горной
породой и буровой коронкой. Для повышения эффективности бурения желательно увеличить
и уменьшить . Таким образом, мощность, которая, затрачиваемую на разрушение
горной породы, можно представить в виде
ТГПM NkNN . (3)
Эффективность бурения с прерывистой промывкой относительно бурения с
постоянной промывкой может быть оценена критерием эффективности
эфK , который
представляет собой отношение механической скорости бурения при прерывистой промывке
прерV к механической скорости бурения с постоянной промывкой постV
пост
прер
эф
V
V
K . (4)
Как известно механическая скорость бурения определяется соотношением
FA
N
V
, (5)
где А – энергоемкость разрушения горной породы; F– площадь поверхности разрушения.
Выражение (4) с учетом (5) запишем в виде
пост
пост
прер
прер
эф
N
A
A
N
K . (5)
Если принять
прерпост AA ,
и то, что механическая составляющая мощности, разрушающая породу, постоянна, то при
одинаковой забойной мощности для прерывистого и постоянного режимов промывки,
коэффициент эффективности с учетом (3) можно записать в виде
ГПk БКk
ГПk БКk
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
35
пост
прер
Т
пост
М
Т
прер
М
пост
прер
эф
ГП
ГП
ГП
ГП
k
k
NkN
NkN
N
N
K
1
1
, (6)
где
М
Т
N
N
. Из формулы (6) следует, что увеличение коэффициента эффективности при
бурении с импульсной промывкой, по сравнению с режимом постоянной промывки
возможно за счет перераспределения теплового баланса на забое и увеличения количества
теплоты, направленной на нагревание горной породы.
Вывод
Получено выражение для определения энергетического критерия эффективности при
алмазном бурении с прерывистой промывкой.
Запропоновано підхід до визначення ефективності переривчастого промивання при алмазному
бурінні, що враховує вплив теплової енергії тертя на вибої свердловини.
Ключові слова: алмазне буріння, енергетичнийкритерій ефективності, переривчасте
промивання.
ENERGY CRITERIA FOR THE EFFICIENCY
OF DIAMOND DRILLING WITH A FLASH WASH
The approach to determine the effectiveness of intermittent flushing at diamond drilling taking into
account the redistribution of heat energy on the friction face is proposed.
Key words: diamond drilling, energy criterion of efficiency, intermittent flushing.
Литература
1. Кожевников А. А. Структурный критерий эффективности вращательно-ударного
бурения // Тр. 2-й науч. техн. конф. «Эпштейновские чтения». – Днепропетровск:
НГАУ, – 1998. – С. 41–42.
2. Кожевников А. А. Температурный критерий эффективности вращательно-ударного
бурения // Тр. 2-й науч. техн. конф. «Эпштейновские чтения». – Днепропетровск:
НГАУ, – 1998. – С. 37–38.
3. Кожевников А. А., Филимоненко Н. Т., Жикаляк Н. В. Импульсная промывка скважин
– Донецк: «Ноулидж» (Донецк. отд.), 2010. – 275 с.
4. Разрушение горных пород при термоциклическом воздействии / А. Н.Москалев,
Е. Ю.Пигида, Л. Г. Керекелица и др. – К.: Наук. думка, 1987. – 248 с.
5. Кожевников А. А., Вырвинский П. П. Термомеханическое разрушение горных пород
при разведочном бурении с генерирование тепловой энергии // Техника и технология
геологоразведочных работ, организация производства: Обзор ВНИИ ЭМС. – М., 1985.
– 36 с.
6. Разрушение горных пород при резком охлаждении / А. А. Кожевников, В. В. Крысан,
Ю. Н. Вахалин, и др. – Д.: ЛизуновПрес., 2011. – 152 с.
7. Dreus A. Yu., Sudakov A. K., Kozhevnikov A. A. ect. Rock formation thermal strength
reduction study in the course of diamond core drilling using pulse flushing mode // Scientific
Bulletin of National Mining University. – 2016.– N. 3. –P. 5–10.
Поступила 08.06.17
|