Влияние колебательных процессов на работу бурового инструмента

Abstract

Представлена методика оценки динамической нагрузки исполнительного рабочего органа бурового става в условиях бурения неоднородных массивов. Составляющие методики представлены в виде математических моделей колебаний бурового органа. Предложены математические модели продольных, поперечных и крутильных колебаний бурового инструмента, учитывающие его инерционность и неоднородные свойства забойного массива, упругие свойства става. Его реальные нагрузки модулируются в виде переменных во времени продольных сил, поперечных сил и скручивающего орган момента. Получены дифференциальные уравнения предложенных моделей и их решения. Созданы графики продольных, поперечных и крутильных колебаний бурового става вдоль всей его длины. Они позволяют оценить работу бурового инструмента при его динамическом нагружении. Модели также позволяют оценить влияние длины става на условия его работы. Такая оценка позволяет выявить максимальные амплитуды колебаний бурового става и исполнительного органа в зависимости от внешних усилий и параметров бурового инструмента, а также установить параметры зоны устойчивой работы исполнительного органа, позволяет определить значения резонансных частот бурового инструмента и пути их предотвращения. Предложенная методика, на основе разработанных авторами моделей, дает возможность проводить исследование колебательных процессов при динамическом воздействии бурового органа на обрабатываемый неоднородный забойный массив, выбрать оптимальный режим его работы в изменяющихся условиях неоднородного забоя и увеличения длины самого бурового става. Это снижает динамическую нагруженность исполнительного органа, что позволит повысить качество и прямолинейность буримых скважин. В то же время увеличится срок службы бурового инструмента. Полученная методика может применяться на всех этапах работ, связанных с бурением – от проектирования необходимых параметров бурового инструмента и выбора необходимого оборудования до проведения работ. Evaluation technique of the actuator dynamic load of the boring rod in the conditions of the heterogeneous mass drilling is presented. Technique components are given in the form of mathematical models of the boring element oscillations. Mathematical models of the longitudinal, transverse and torsional boring tool oscillations are suggested taking into account its lag effect and heterogeneous characteristics of the bottom mass, rod elastic properties. Its real loads are being modelled in the form of time-varying longitudinal forces, transverse forces and torsional moment. Differential equations of suggested models and their solutions are obtained. Diagrams of the longitudinal, transverse and torsional boring rod oscillations along all its length are created. They allow to evaluate the boring tool operation at its dynamic loading. Models also allow to evaluate the impact of the rod length on its operation conditions. Such evaluation allows to detect maximum amplitudes of the boring rod and the actuator oscillations according to external forces and boring tool parameters and to determine parameters of the actuator stable region. It allows to deter-mine values of the boring tool resonance frequencies and the ways of their avoidance. The suggested technique on the basis of the models developed by authors enables to carry out researches of oscillation processes at the boring element dynamic impact on the work heterogeneous bottom mass, to choose optimum drilling practices in changing conditions of the heterogeneous bottom and the boring rod length extension. It will allow to reduce actuator dynamic loading thereby leading to the quality improvement of drilling holes and their straightness. Simultaneously, the boring tool lifetime increases. The obtained technique can be applied at all operation stages connected with drilling from the designing of the necessary boring tool parameters, choice of the necessary equipment up to executions of works.