УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА БУРОВОЕ ДОЛОТО Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 662.24.051

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА БУРОВОЕ ДОЛОТО

DEVICE FOR DETERMINING LOAD ON DRILL BIT

В. В. Долгушин, И. С. Золотухин, Г. А. Кулябин, Ф. А. Шамурадов, Е. Г. Гречин, В. Г. Кузнецов

V. V. Dolgushin, I. S. Zolotukhin, G. A. Kulyabin, F. A. Shamuradov, E. G. Grechin, V. G. Kuznetsov

Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Ключевые слова: буровое долото; нагрузка; измерение; тензодатчики Key words: drilling bit; load; measurement; strain gauges

Работоспособность бурового долота в значительной степени зависит от нагружен-ности его элементов [1, 2]. Известны устройства, например [3], позволяющие опреде-

№ 4, 2016

Нефть и газ

53

лять нагруженность элементов шарошечного долота в процессе взаимодействия с забоем.

Ранее нами были разработаны методика, комплекс устройств и средств измерения для экспериментального определения нагрузок, воспринимаемых каждой шарошкой (секцией) бурового долота во время их работы на забое [4]. По аналогии с конструкцией секции бурового долота [4] предложено устройство для определения нагрузки, действующей на буровое долото режуще-скалывающего действия, на которое получен патент на изобретение [5].

Основу измерительного комплекса составляет долото, установленное на измерительной балке (рис. 1), жестко закрепленной на базовой плите, способное работать при бурении с обращенным забоем.

На измерительной балке монтируются тензометрические датчики, образующие шесть тензометрических мостов (рис. 2), с помощью которых могут быть замерены следующие величины (см. рис. 1 и 2): Яга — вертикальная нагрузка на секцию; Ма — момент, скручивающий балку в горизонтальной плоскости; Мха, МхЬ — моменты (соответственно в сечениях А и В), изгибающие балку в плоскости, проходящей через ее ось, перпендикулярно плоскости чертежа; Муа, МуЪ — моменты (соответственно в сечениях А и В), изгибающие балку в плоскости, проходящей через ее ось, перпендикулярно плоскости действия моментов Мха, МхЬ.

Схемы размещения и соединения тен-зодатчиков (см. рис. 2) выполнены таким образом, что каждый из перечисленных параметров измеряется независимо от других воздействий. Используя перечисленные выше величины, определенные в результате эксперимента, вычисляются главный вектор и главный момент сил, действующих на долото со стороны породы. За центр их приведения выбрана точка С на оси долота (измерительной балки), отстоящая от плоскости А на расстоянии, примерно в два раза превышающем расстояние между плоскостями А и В. Главный вектор и главный момент сил, действующих на долото, определяется в проекциях на оси координат системы хсус (см. рис. 1, где а — расстояние между сечениями А и В; 1с — расстояние от сечения А до точки С), параллельные осям систем координат хау^а и хЪуЪ2Ъ.

Система уравнений, описывающих равновесие измерительной балки относительно осей ха и хЪ, имеет вид

Г Мха _ ЯД + мхс; (1)

I Мхъ _ Яус (с - а) + Мхс.

Рис.1. Расчетная схема для определения сил, действующих на долото

Откуда

Я _ Мха - МхЪ .

кус _-;

(2)

Мхс _

МЪс - Ма а - а)

(3)

где Яус — проекция главного вектора сил на ось ус; Мхс — проекция главного вектора момента сил на ось хс.

54

Нефть и газ

№ 4, 2016

Аналогичным образом определяются проекция главного вектора сил на ось xc

. (4)

а

и проекция главного вектора момента сил на ось у

M Л - M (I - a)

М = -^-)_ . (5)

a

Так как ось ъс совпадает с осями ъа и ъь, то

М2С = Ма , (6)

Рис. 2. Схема монтажа тензодатчиков, расположенных на теле измерительной балки, где 1...8 — номера плоскостей сечений вдоль оси балки, 9...40 — номера тензодатчиков

Таким образом, выражения (2)-(7) определяют главный вектор и главный момент системы сил, действующих на долото со стороны разрушаемой породы, относительно точки С, выбранной за центр приведения.

Таким образом, разработано устройство, позволяющее в лабораторных условиях на буровом стенде определять нагрузки, действующие на буровое долото режуще-скалывающего действия, в процессе разбуривания образца породы.

Список литературы

1. Пяльченков В. А. Повышение работоспособности шарошечных долот путем рационального распределения нагрузок по элементам вооружения: автореф. дис.... канд. техн. наук. - Москва, 1983. - 23 с.

2. Пяльченков В. А. Критерии работоспособности вооружения буровых шарошечных долот // Известия вузов. Нефть и газ. -2016. -№ 1. -С. 110-116.

3. Устройство для исследования шарошечного долота; а.с. 840268 СССР: МКИЗ Е 21 В 9/08 / В. Н. Виноградов, В. А. Коротков, А. Н. Пашков, А. Ф. Брагин, В. А. Пяльченков. - № 2729036/22-03; заявл. 23.02.79; опубл. 23.06.81, Бюл. №23. -4 с.

4, 2016

Нефть и газ

4. Долгушин В. В., Кулябин Г. А., Хлус А. А. Моделирование работы трехшарошечного долота на разрушаемом забое / В. В. Долгушин, Г. А. Кулябин, А. А. Хлус // Известия вузов. Нефть и газ. - 2008. - № 2. - С. 23-29.

5. Пат. 2566646. Российская Федерация, МПК 001Ы/22. Лабораторная установка для определения нагрузки, действующей на буровое долото / Долгушин В. В., Золотухин И. С., Шамурадов Ф. А.; заявитель и патентообладатель ТюмГНГУ; -№ 2014106253/28; заявл. 19.02.2014; опубл. 27.10.2015, Бюл. № 30.

Сведения об авторах

Долгушин Владимир Вениаминович, д. т. н.,

профессор кафедры «Станки и инструменты», Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)283671, e-mail: dolgushinvv@tyuiu. ru

Золотухин Иван Сергеевич, инженер конструкторского отдела, Экспериментальный завод буровой техники, г. Тюмень, тел. 8(3452)256972, e-mail: ivan.zolotukhin@mail. ru

Кулябин Геннадий Андреевич, д. т. н., профессор кафедры бурения нефтяных и газовых скважин, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390363

Шамурадов Фархад Абдалимович, мастер производственного обучения нефтегазового колледжа, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)684193

Гречин Евгений Глебович, д. т. н., профессор кафедры «Прикладная механика», Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)283378

Кузнецов Владимир Григорьевич, д. т. н., профессор кафедры бурения нефтяных и газовых скважин, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390363

Information about the authors

Dolgushin V. V., Doctor of Engineering, director of Institute of Engineering, Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)283671, e-mail: dolgu-shinvv@tyuiu. ru

Zolotukhin I. S., engineer of design department of the pilot plant of drilling technique, Tyumen, phone: 8(3452)256972, email: ivan.zolotukhin@mail.ru

Kulyabin G. A., Doctor of Engineering, professor of the chair «Drilling of oil and gas wells», Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)390363

Shamuradov F. A., master of training in oil and gas production, Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)684193

Grechin E. G., Doctor of Engineering, professor of the chair «Applied mechanics», Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)283378

Kuznetsov V. G., Doctor of Engineering, professor of the chair «Drilling of oil and gas wells», Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)390363