Статья

Наименование	Выбор и обоснование параметров исполнительного органа буро-проходческих машин и агрегатов
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Науки о земле
Год	2021	Выпуск	67	Страницы	5 - 17
УДК	622.232.8			EDN	CVQZCC
Аннотация	Проведен краткий аналитический обзор развития породоразрушающего инструмента (ПРИ) для буро-проходческих машин и агрегатов (БПМиА). С позиций геомеханики взаимодействия исполнительных органов (ИО) с породами выявлены их основные недостатки. Показаны основные прогрессивные тенденции его совершенствования. На основе анализа геомеханики взаимодействия ПРИ с горными породами сформулированы основные конструкторско-технологические требования к нему. Предложен принцип минимизации сил трения на режущей кромке ПРИ и обоснованы его оптимальные параметры в форме ударного клина с углом заточки до 40…45º для создания пинч-эффекта в виде магистральных разрывных трещин. Предложена новая конструкция ИО с зонно-секторным или в виде спирали Архимеда размещением ударных клиньев на плоской рабочей поверхности ИО. Показана технико-экономическая целесообразность предложенных разработок.
Реферат	Цель исследования — выбор и обоснование параметров породоразрушающего инструмента, а на его основе — типа и конструкции исполнительного органа буро-проходческих машин. Объекты исследования — конструктивные параметры исполнительного органа БПМиА. Предмет исследований — закономерности геомеханического взаимодействия исполнительного органа и горных пород. Методика и основная идея выполненных исследований состоит в выборе и обосновании конструкции и параметров исполнительного органа буро-проходческих машин и агрегатов на основе изучения закономерностей геомеханического взаимодействия породоразрушающего инструмента с породами забоя скважины или горной выработки. Результаты. Проведен краткий аналитический обзор развития породоразрушающего инструмента (ПРИ) для буро-проходческих машин и агрегатов (БПМиА.) С позиций геомеханики взаимодействия исполнительных органов (ИО) с породами выявлены их основные недостатки. Показаны основные прогрессивные тенденции его совершенствования. На основе анализа геомеханики взаимодействия ПРИ с горными породами сформулированы основные конструкторско-технологические требования к нему. Предложен принцип минимизации сил трения на режущей кромке ПРИ и обоснованы его оптимальные параметры в форме ударного клина с углом заточки до 40…45º для создания пинч-эффекта в виде магистральных разрывных трещин. Предложена новая конструкция ИО с зонно-секторным или в виде спирали Архимеда размещением ударных клиньев на плоской рабочей поверхности ИО. Показана технико-экономическая целесообразность предложенных разработок. Научная новизна: 1. Выявлены основные прогрессивные тенденции совершенствования породоразрушающего инструмента (ПРИ) для буро-проходческих машин и агрегатов (БПМиА). 2. Сформулированы основные конструкторско-технологические требования к ПРИ с учетом его геомеханического взаимодействия с горными породами. 3. Обоснованы оптимальные параметры ПРИ с позиций геомеханики его взаимодействия с породами забоя с позиций принципа устранения сил трения на режущей кромке ПРИ. 4. Доказана необходимость создания нового типа ПРИ в форме ударного клина с углом заточки до 40…45º, который создает в породах за счет пинч-эффекта магистральные разрывные трещины. 5. Впервые разработаны базовые конструктивно-технологические требования к новому типу ИО. 6. Предложена новая конструкция ИО с зонно-секторным и спиральным размещением ударных клиньев на плоской рабочей поверхности ИО для проходки скважин и выработок большого диаметра. Практическая значимость. Предварительные технико-экономические оценки показывают перспективность перехода при проектировании и использовании рассмотренных типов ИО для буро-проходческих агрегатов и машин. Результаты исследования могут быть использованы для изучения практически важных вопросов технологии добычи и переработки сырьевых ресурсов в нефтяной и горной промышленностях, а также будут полезны при подготовке инженеров и аспирантов горных специальностей.
Ключевые слова	бурение, проходка, скважина, горная выработка, породоразрушающий инструмент, ударный клин, исполнительный орган, аналитический обзор, геомеханика взаимодействия, принцип минимизации, оптимальные параметры, пинч-эффект, спираль Архимеда.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Wang, H. Technologies in deep and ultra-deep well drilling: Present status, challenges and future trend in the 13th Five-Year Plan period (2016–2020) [Text] / Haige Wang, Yunhua Ge, Lin Shi // Natural Gas Industry B, September 2017. — Volume 4, Issue 5. — Р. 319–326. 2. Cao, B. More attention recommended for global deep reservoirs [Text] / В. Cao, G. Bai, Y. Wang // Oil&Gas, 2 Sept., 2013. — Р. 78–85. 3. Langdon, Sh. Deepwater Drilling Challenges Demonstrate Learning Curve with New Connection Technology / Sheldon Langdon, John Connor, R. Brett Chandler, Michael J. Jellison // IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition. — 2010. — Vol. 2. — Р. 647–665. 4. Kelessidis, V. C. Challenges for very deep oil and gas drilling — will there ever be a depth limit? [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/237762790 (29.01 2020). 5. Волож, Ю. А. Труднодоступные ресурсы нефти и газа — месторождения больших глубин [Текст] / Ю. А. Волож, Б. М. Куандыков // Георесурсы, геоэнергетика, геополитика. — 2014. — № 2 (10). — С. 9. 6. Ильский, А. Л. Буровые машины, механизмы и сооружения [Текст] / А. Л. Ильский, В. М. Касьянов, В. Г. Порошин // Справочно-информационное издание. — М.: Недра, 2002. — 520 с. 7. Малевич, Н. А. Горнопроходческие машины и комплексы [Текст] / Н. А. Малевич. — М.: Недра, 1980. — 384 с. 8. Медведев, И. Ф. Режимы бурения и выбор буровых машин [Текст] / И. Ф. Медведев. — М.: Недра, 1986. — 223 с. 9. Абубакиров, В. Ф. Буровое оборудование: справочник в 2-х т. Т. 2. Буровой инструмент / В. Ф. Абубакиров, Ю. Г. Буримов, А. Н. Гноевых [Текст]. — М.: Недра, 2003. — 494 с. 10. Волик, Д. А. Буровые породоразрушающие инструменты [Текст]: учеб. пособ. для вузов / Д. А. Волик. — М.: РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2014. — 94 с.: ил. 11. Литвинский, Г. Г. Оптимизация параметров бурового инструмента. Спираль Архимеда [Текст] / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. трудов ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2018. — Вып. 11 (54). — С. 5–21. 12. Литвинский, Г. Г. Основы теории резания и разрушения горных пород [Текст] / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. трудов ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2017. — Вып. 8 (51). — С. 5–15. 13. Литвинский, Г. Г. Пинч-эффект при разрушении породы клиновым горным инструментом [Текст] / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. трудов ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2018. — Вып. 9 (52). — С. 5–20.
Полный текст