Библиотечный каталог авторефератов Украины

Рис. 2. Теоретична залежність швидкості падіння бойка від пройденого шляху при величині кільцевого зазору Δ, рівному 3 мм (1), 4 мм (2) і 5 мм (3). mб=50 кг, D=79 мм

Узгодження руху захватів з рухом бойка на ході вниз проводиться для найбільш ймовірного випадку ексцентричного розташування. При цьому, з метою забезпечення ефективного руйнування ґрунту, а також надійної роботи системи “захвати приводу — головка бойка” проектується величина кільцевого зазору, рівна 5 мм. Критерієм узгодження є умова: поточне значення переміщення бойка повинно бути більше поточного значення переміщення поршневої групи гідродвигуна на ході вниз, тобто

Для цього будуються графічні залежності переміщення поршневої групи і бойка від часу. З рис.3 видно, що для запобігання передчасному з'єднанню захватів з бойком масою 50 кг при величині кільцевого зазору 5 мм і максимально допустимій подачі на привід гідродвигуна 75 л/хвил  відставання в часі повинно перевищувати 0.07 с.

Рис. 3. Узгодження в часі руху поршневої групи (2) на ході вниз з рухом бойка, що падає (1)

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням забивного пробовідбірника з гідравлічним приводом.

В підрозділі 3.1 сформульована мета і визначені задачі експериментальних досліджень.

В підрозділі 3.2 наведений опис експериментальної установки, вимірювальна і реєструюча апаратура.

В підрозділі 3.3 викладена методика експериментальних досліджень, в підрозділі 3.4 — порядок проведення математичної обробки і аналізу результатів експерименту.

В підрозділі 3.5 наведені експериментальні дані по визначенню впливу величини кільцевого зазору на швидкість руху бойка ударного вузла на ході вниз. Для бойка масою 10, 30 і 50 кг при варіюванні величини кільцевого зазору в результаті статистичної обробки даних отримані співвідношення, що дозволяють апроксимувати залежність, яка досліджується. Визначені кореляційні відношення.

В підрозділі 3.6 проведено аналіз отриманої в результаті обробки ряду осцилограм узагальненої циклограми робочого циклу приводного гідродвигуна диференційної дії з двоклапанною системою водорозподілу. По наведеній на рис.4 циклограмі можна відзначити наступне:

1. Клапанна пружина не виявляє істотного впливу на швидкість руху поршневої групи, що підтверджує можливість теоретичного опису робочого циклу гідродвигуна без врахування її дії.
2. Середній тиск рідини в силовому циліндрі гідродвигуна при ході поршневої групи вверх вище, ніж при ході вниз, що зумовлено відмінністю навантаження (при ході вверх поршень піднімає бойок, при ході вниз — іде без нього).
3. По цій же причині інтенсивність зростання швидкості руху поршневої групи гідродвигуна при ході вверх нижче, ніж при ході вниз. Швидкість в кінці робочого ходу не перевищує величину V=Q/fη, яка визначається подачею рідини на привід гідродвигуна (де η - коефіцієнт витоку).

Рис.4 Узагальнена циклограма робочого циклу гідродвигуна забивного пробовідбірника. 1 — крива V=f (t), 2 — крива p=f (t)

Наведені експериментальні дані по визначенню залежності тривалості робочого циклу від подачі рідини. Розбіжності між розрахунковими і фактично зміряними величинами не перевищують 3.8%. Побудована по крапкам залежність T=f(Q) має лінійний характер і дає наочне подання про допустиму область зміни параметру Q. Одночасне осцилографування швидкості руху поршневої групи і бойка при конструктивному забезпеченні відставання на величину, яка перевищує 0.07 с, дозволяє зробити висновок про відсутність передчасної, до нанесення удару по ковадлу, взаємодії захватів і бойка, що говорить про адекватність запропонованої математичної моделі робочого циклу забивного пробовідбірника.

В підрозділі 3.7 приводяться експериментальні дані по визначенню величини заглиблення за одиничний удар в мелкозерністий пісок і тугопластичний суглинок, а також осцилограми швидкості заглиблення керноприймальної труби пробовідбірника.

Добра узгодженість експериментальних і розрахункових для умов експерименту даних, аналіз отриманих осцилограм (підтверджуючих, що заглиблення відбувається під дією перших 3-4 хвиль деформацій) говорять про адекватність запропонованої математичної моделі процесу ударної взаємодії елементів системи “бойок — керноприймальна труба — нескельний ґрунт”.

Таким чином, результати проведених експериментальних досліджень підтверджують вірогідність викладених в другому розділі теоретичних досліджень.

Четвертий розділ присвячений розробці конструкції забивного пробовідбірника з автономним приводом і технології його застосування.

В підрозділі 4.1 уявлені результати виконаної на підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розробки конструкції забивного пробовідбірника з гідравлічним приводом (рис.5). Забивний пробовідбірник Е.ЗП-89 передвизначений для відбору монолітних проб ґрунтів піщано-глинястого комплексу, стосовних до 1-4 категорії по бурімості. Використовується в якості знімного інструменту при спорудженні інженерно-геологічних свердловин обертальним засобом по технології з використанням ЗСП.

Рис.5 Забивної пробовідбірник Е.ЗП-89: 1,2-впускний і випускний клапана, 3-циліндр, 4 обмежувачі, 5-поршень, 6-штовхач, 7-опорна втулка, 8-пружина, 9-тяга, 10-корпус гідродвигуна, 11-захвати, 12-бойок, 13-корпус ударного вузла, 14-ковадло, 15-керноприймальник

Технічна характеристика розробленого забивного пробовідбірника Е.ЗП-89 наведена в табл.2.

Таблиця 2 - Технічна характеристика забивного пробовідбірника Е.ЗП-89

В підрозділі 4.2 наведена запропонована технологія застосування пристрою, успішно апробована в виробничих умовах.

В підрозділі 4.3 викладені мета і методика виробничих іспитів. Повний обсяг виробничих іспитів забивного пробовідбірника Е.ЗП-89 включав три етапи: заводські (після виготовлення), стендові (в лабораторних умовах) і попередні виробничі. Попередні виробничі іспити проводилися на шельфі о.Сахалін, на дільниці робіт Далекосхідній морській інженерно-геологічній експедиції при бурінні свердловин з НДС “Діабаз” по технології з використанням ЗСП.

В підрозділі 4.4 наведені дані результатів відбору проб грунтів, виконаних запропонованим забивним пробовідбірником і штатними забивним і втискуємим  пробовідбірниками. Порівняльний аналіз показує очевидні переваги розробленого зразка з точки зору якості одержуваної проби і вигоди експлуатації. Відзначається високий вихід керна, відсутність порушень структури проби. Наявні контакти ґрунтів чітко висловлені. Проведені лабораторні дослідження фізико-механічних властивостей відібраних проб дозволяють зробити висновок про можливість використання пробовідбірника Е.ЗП-89 для рішення інженерно-геологічних задач.

В підрозділі 4.5 розглянуті перспективи застосування забивних пробовідбірників з автономним гідравлічним приводом в морській і сухопутній інженерній геології, основні напрямки наступних теоретичних і експериментальних досліджень.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій на підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень дано рішення актуальної задачі, яка полягає в розробці автономного забивного пробовідбірника для буріння інженерно-геологічних свердловин на континентальному шельфі по технології з використанням знімних свердловинних пристосувань, що забезпечує підвищення якості і продуктивності процесу відбору проби нескельних ґрунтів в умовах вертикальних переміщень плавзасобу.

Основні наукові результати, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1. Вилучення впливу вертикальних переміщень плавзасобу на процес заглиблення пробовідбірника в ґрунт, узгодження амплітуди і частоти ударів бойка по керноприймальної трубі забезпечує відбирання представницьких проб ґрунтів знімним забивним пробовідбірником з автономним гідравлічним приводом і падаючим на робочому ході бойком при бурінні інженерно-геологічних свердловин на континентальному шельфі.
2. Запропонована математична модель ударного заглиблення забивного пробовідбірника в нескельний ґрунт, основана на рішенні хвильового рівняння коливань керноприймальної труби з урахуванням дисипації енергії в буровому снаряді і чистопластичної моделі опору ґрунту заглибленню. Встановлено, що величина заглиблення за одиничний удар в залежності від фізико-механічних властивостей руйнуємого ґрунту при масі бойка 30-70 кг і швидкості зіткнення з ковадлом 1-2 м/с визначається дією 3-4 хвиль деформації, що дає можливість прогнозувати параметри заглиблення пробовідбірника за одиничний удар, а також час процесу відбору проби.
3. Розроблена математична модель робочого циклу неврівноваженого гідродвигуна диференційної дії, якій використовується в якості приводу механізму переміщення бойка, що дозволяє визначити допустимі області зміни технологічних характеристик при прийнятих конструктивних параметрах пристрою. Робоча область подачі рідини на привід гідродвигуна обмежується вимогами до частоти ударів забивного пробовідбірника (не більш 1 Гц) і мінімально можливою подачею, що забезпечує запуск пристрою (при S=0.5 м Q=55...75 л/хвил).
4. Залежність зміни швидкості руху бойка в часі в випадку його ексцентричного розташування в корпусі ударного вузла має характер гіперболічної тангенсоїди. Інтенсивність зростання швидкості збільшується при зростанні величини кільцевого зазору, зміною якого можна добитися необхідних енергетичних параметрів пробовідбірника, і зменшенні ексцентриситету. В цей же час, величина кільцевого зазору повинна забезпечувати з'єднання захватів і бойка, що гарантує надійну роботу пристрою.
5. Узгодження руху поршневої групи гідродвигуна з рухом бойка на ході вниз виключає його передчасне з'єднання з захватами, що позитивно відбивається на роботі пробовідбірника. При масі бойка 50 кг, величині кільцевого зазору 5 мм і подачі рідини на привід гідродвигуна 75 л/хвил відставання поршневої групи в часі повинно перевищувати 0.07 с.
6. Адекватність запропонованих математичних моделей підтверджується близькою збіжністю експериментальних і теоретичних залежностей (при визначенні параметрів робочого циклу пробовідбірника розбіжності між розрахунковими і фактично заміряними величинами не перевищували 3.8 %, величини заглиблення за одиничний удар — 7 %).
7. На підставі результатів теоретичних і експериментальних робіт створена конструкція забивного пробовідбірника з гідравлічним приводом Е.ЗП-89 для інженерно-геологічних досліджень при бурінні морських свердловин по технології з використанням знімних свердловин пристроїв. Розроблена технологія відбору проб. Виробничими іспитами забивного пробовідбірника в Далекосхідній морській інженерно-геологічній експедиції доведена них працездатність і ефективність відбору проб з мінімальним порушенням структури в породах піщано-глинястого комплексу. Цим підтверджується вірогідність отриманих результатів і досягнення поставленої мети.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Калиниченко О.И., Русанов В.А., Рязанов А.Н. Методика проектирования конструктивных и рабочих параметров забойных гидроударных машин // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. - Екатеринбург: Изд. Уральского горного института. - 1993. - с. 97-102.
2. Каракозов А.А., Рязанов А.Н. Разработка и исследование съемных забивных грунтоносов для отбора донных проб при бурении морских скважин по технологии “Wire line” // Проблемы научно-технического прогресса в бурении геологоразведочных скважин. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции. - Томск: Изд. Томского государственного университета. - 1994. - с.24-25.
3. Рязанов А.Н. О влиянии величины кольцевого зазора на скорость соударения бойка ударного узла с наковальней // Бурение скважин в осложненных условиях. - Донецк: Изд. Донецкого государственного технического университета.-1996. - с.72-75.
4. Каракозов А.А., Калиниченко О.И., Юшков И.А., Юшков А.С., Русанов В.А., Рязанов А.Н. Разработка бурового снаряда со съемными грунтоносами для отбора проб грунтов и выполнения геотехнических исследований в скважинах по технологии “Wire line” // Бурение скважин в осложненных условиях. - Донецк: Изд. Донецкого государственного технического университета. - 1996. - с.26-28.
5. Каракозов А.А., Рязанов А.Н. Математическая модель ударного взаимодействия элементов системы “боек — керноприемная труба — нескальный грунт” // Бурение скважин в осложненных условиях. - Донецк: Изд. Донецкого государственного технического университета. - 1996. - с.132-135.
6. Каракозов А.А., Рязанов А.Н. Перспективы разработки забивных устройств для отбора монолитов при бурении морских скважин с использованием съемных скважинных приспособлений // Бурение скважин в осложненных условиях. - Донецк: Изд. Донецкого государственного технического университета. - 1996. - с.130-132.
7. Рязанов А.Н. К вопросу ударного погружения пробоотборника в нескальный грунт // Труды 2-й научно-технической конференции “Эпштейновские чтения” - Днепропетровск: Изд. Национальной горной академии Украины. - 1998. - с.58-59.
8. Каракозов А.А., Рязанов А.Н. Результаты исследований ударной системы забивного пробоотборника // Сб. Научн. Трудов НГА Украины. №3, Том 2 Геология полезных ископаемых и технология разведки. - Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 1998. - с.234-238.
9. Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Русанов В.А., Рязанов А.Н., Юшков И.А. Новые технические средства бурения скважин в условиях морского шельфа // Сб. Научн. Трудов НГА Украины. №3, Том 2 Геология полезных ископаемых и технология разведки. - Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 1998. - с.255-258.
10. Каракозов А.А., Рязанов А.Н., Пилипец В.И. Анализ рабочего цикла забивного пробоотборника с гидравлическим приводом // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. - Екатеринбург: Изд. Уральской государственной горно-геологической академии. - 1998. - с. 170-177.

Особистий внесок здобувача в роботах, що публікувалися в співавторстві, складається: [1] - опис та обгрунтування фаз робочого циклу гідродвигуна диференційної дії; [2],[4],[9]- опис забивного пробовідбірника з гідродвигуном; [5],[8] - математичний опис ударної взаємодії елементів системи "бойок—керноприймальна труба—нескельний грунт"; [6] - аналіз сучасних технiчних засобiв відбору проб грунтів для  визначення раціональної схеми знімного забивного пробовідбірника; [10] - математична модель робочого циклу забивного пробовідбірника з гідродвигуном.

Анотація

Рязанов А.М. Розробка забивного пробовідбірника для буріння інженерно-геологічних свердловин на континентальному шельфі. — Рукопис.

Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.15. 10. — “Буріння свердловин” — Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1998.

Дисертація присвячена питанням розробки забивних пробовідбірників для відбору представницьких проб ґрунтів в нескельних породах в умовах вертикальних переміщень плавзасобу при бурінні глибоких морських інженерно-геологічних свердловин. На підставі аналітичного огляду запропонована принципова схема знімного забивного пробовідбірника з автономним гідравлічним приводом і вільно падаючим на робітничому ході бойком. Виконаний математичний опис процесу ударної взаємодії елементів системи “бойок — керноприймальна труба — нескельний ґрунт”. З метою погодження в часу руху поршневої групи гідродвигуна з рухом бойка проведені теоретичні дослідження робочого циклу пробовідбірника. Результати теоретичних досліджень знайшли підтвердження в ході лабораторних іспитів і з'явилися базою для створення практичної конструкції пробовідбірника, успішно апробованої в виробничих умовах.

Ключові слова: морське буріння, свердловина, забивний пробовідбірник, ударна система, гідродвигун, погодження.

Аннотация

Рязанов А.Н. Разработка забивного пробоотборника для бурения инженерно-геологических скважин на континентальном шельфе. — Рукопись.

Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.10. — “Бурение скважин” — Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1998.

Диссертация посвящена вопросам разработки забивных пробоотборников для отбора представительных проб грунтов в нескальных породах в условиях вертикальных перемещений плавоснования при бурении глубоких морских инженерно-геологических скважин. На основании аналитического обзора предложена принципиальная схема съемного забивного пробоотборника с автономным гидравлическим приводом и свободно падающим на рабочем ходе бойком. Выполнено математическое описание процесса ударного взаимодействия элементов системы “боек — керноприемная труба — нескальный грунт”. С целью согласования во времени движения поршневой группы гидродвигателя с движением бойка произведены теоретические исследования рабочего цикла пробоотборника. Результаты теоретических исследований нашли подтверждение в ходе лабораторных испытаний и явились базой для создания практической конструкции пробоотборника, успешно апробированной в производственных условиях.

Ключевые слова: морское бурение, скважина, забивной пробоотборник, ударная система, гидродвигатель, согласование.

Summary

Ryazanov A.N. The development of a hammer sampler for drilling of engineering-geological holes on the continental shelf. — Manuscript.

Thesis for the application of the Candidate of Technical Sciences degree on speciality 05.15.10 — “Drilling of holes” — National mining academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1998.

The thesis is devoted to the problems of the development of hammer samplers used for taking soil samples of soft rocks under condition of mother ship’s vertical moving during the drilling of deep sea holes. On the basis of the analytical review the principle scheme of the removal hammer sampler was suggested. The self-contained hammer sampler is hydraulically operated and has a falling bullet when working motion. The mathematical description of stroke interaction’s process of elements of system “a pin—a core sampler—soft rock” is made. For the purpose of time accordance of hydromotor piston’s motion with the motion of a pin, theoretical researches of sampler’s working cycle were provided. The results of theoretical researches were confirmed during the laboratory tests and became the base of creation of sampler’s practical design, successfully tested in industrial conditions.

Key words: sea drilling, hole, hammer sampler, impacting design, hydromotor, accordance.