Экспериментальное исследование процесса разрушения горных пород внецентренными ударными импульсами при ударно-вращательном бурении

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью поисков путей увеличения предельной глубины бурения скважин ударно-вращательным способом и повышения его производительности. Цель: установление факта роста производительности процесса ударно-вращательного бурения через повышение механической скорости бурения скважин при увеличении эксцентриситета приложения удара; установление основных зависимостей механической скорости бурения и углубления за оборот как откликов системы «бурение» от величин осевой нагрузки, частоты вращения и эксцентриситета приложения ударных импульсов; обоснование расширения диапазона эффективного разрушения пластичных горных пород. Объект: механизм разрушения горных пород внецентренными ударными импульсами. Методы: постановка и описание эксперимента по разрушению горных пород внецентренными ударными импульсами с использованием в качестве генератора внецентренных ударных импульсов высокочастотного гидроударника ГВ-6; измерение полученных в ходе эксперимента эмпирических данных; статистическая обработка полученных экспериментальных данных для установления усреднённых значений откликов системы; обработка полученных данных по методу полного факторного эксперимента, нахождение математических моделей механической скорости бурения и углубления за один оборот в зависимости от величин осевой нагрузки и частоты вращения и их графическая интерпретация; анализ полученных эмпирическими методами данных, формирование основных выводов по результатам проведённого исследования. Результаты. Установлен факт роста производительности процесса ударно-вращательного бурения путём фиксации факта повышения механической скорости бурения при увеличении эксцентриситета приложения удара в диапазоне 0–2 миллиметра. Определён характер изменения откликов системы «углубление за оборот, механическая скорость бурения» при изменении режимных параметров бурения и эксцентриситета приложения ударных импульсов.

The relevance of the research is caused by the need to find the ways to increase the maximum depth of well drilling by the rotarypercussion method and its productivity. The main aim of the research is to establish the fact of growth of rotary-percussion drilling productivity through rising the mechanical speed of drilling while increasing the impact application eccentricity; determine the basic dependencies of the mechanical drilling speed and recess per one revolution as responses of the drilling system on the values of axial load, rotation frequency and eccentricity of impact application pulses; justify the expansion of the range of effective destruction of plastic rocks. Objects: mechanism of rock destruction by eccentric impact pulses. Methods: formulation and description of the experiment on rock destruction by eccentric impact pulses using the high-frequency hydrohammer HV-6 as a generator of eccentric impact pulses; measurement of empirical data obtained during the experiment; statistical processing of the obtained experimental data to establish the average values of the system responses; processing the data obtained by the method of a full factorial experiment, finding mathematical models of the mechanical drilling speed and recess per one revolution, depending on the values of the axial load and rotational speed and their graphical interpretation; analysis of the data obtained by empirical methods, formation of the main conclusions on the results of the study. Results. The authors have established the fact of increasing the productivity of the rotary-percussion drilling by determining the fact of mechanical drilling speed growth with rising eccentricity of the impact application in the range of 0-2 millimeters. The main dependences of the mechanical drilling speed and recess per one revolution on the values of axial load, rotation frequency and eccentricity of application of impact pulses were established.