29. Механизм разрушения горной породы при вдавливании индентора.

Инденторы считаем жесткими, если при внедрении их в поверхность горной породы деформирования самих инденторов не происходит.

При внедрении индентора в полупространство на глубину h под действием силы F образуется контактная площадка диаметром 2а, по которой сила F распределяется в виде давления Р определенным образом. Приведем основные формулы, определяющие заглубление (контактное сближение), радиус контактной площадки и распределение давления в случае контактирования с горной породой, занимающей полупространство, сосредоточенной силы, конуса, цилиндрического индентора и сферы.

Сосредоточенная сила. Если на полупространство действует очень острый нормально приложенный к поверхности индентор (игла), то его действие можно заменить сосредоточенной силой. Впервые решение для случая действия сосредоточенной силы на упругое полупространство было получено Буссинеском.

Конус. Если жесткий конус с углом при вершине 2 внедряется в упругое полупространство с модулем упругости Юнга Е и коэф-фициентом Пуассона , контактное сближение в центре вдавливания определяется по формуле (контакт конуса с полупространством без трения, конус характеризует большой угол конусности):

,

радиус контактной площадки

,

развиваемое на контактной площадке среднее давление

.

Цилиндрический индентор. При внедрении плоского кругового цилиндра диаметром 2а в упругое полупространство сближение определяется по формуле

.

Минимальное давление

Р_min = F / 2a²

будет в центре контакта, а на краях контактной площадки давление неограниченно возрастает. Распределение давления вдоль радиуса контактной площадки представляется выражением

.

Сфера. При контактировании сферы радиуса r с упругим полупространством образуется контактная площадка радиуса

.

В центре контакта возникают максимальное давление

и контактное сближение, определяемое выражением

.

Распределение давления по площадке давления является эллиптическим:

.

Необходимым условием эффективного разрушения горных пород при бурении является действие статического усилия, обеспечивающего внедрение породоразрушающих элементов вооружения (инденторов) в поверхность горной породы забоя скважины. По этой причине определение механических свойств горных пород вдавливанием в них инденторов является исключительно важной задачей. Эта задача решается с помощью методики определения механических свойств горных пород.

30. Гидравлические забойные двигатели. Принцип работы. Конструктивная схема. Классификация.

Гидравлический забойный двигатель (ГЗД) – это механизм, в котором энергия потока промывочной жидкости преобразуется в механическую энергию вращения вала.

ГЗД предназначен для вращения бурового долота при бурении или ремонте нефтегазовой скважины.

Энергоноситель: Принудительный непрерывный поток промывочной жидкости (бурового раствора), нагнетаемой буровыми насосами через бурильную колонну в ГЗД и далее в долото.

Конструктивная схема:

- рабочий орган;

- опорный узел;

- узел преобразования частоты вращения;

- узел трансмиссии;

- узел искривления;

- другие узлы и механизмы.

Рабочий орган:

- статор – неподвижная деталь;

- ротор – вращающаяся деталь.

Виды ГЗД:

- ГТЗД – гидротурбинные забойные двигатели – турбобуры;

- ГВЗД – гидровинтовые забойные двигатели – объемные или винтовые двигатели (ВЗД).

Особенности ГТДЗ:

- рабочий орган – многоступенчатая осевая турбина, имеющая лопатки статора и ротора, обтекаемые непрерывным потоком жидкости;

- гидравлические силы возникают в результате изменения величины и направления скорости движения жидкости между лопатками;

- ротор совершает простое вращательное движение.

Особенности ГВЗД:

- рабочий орган – винтовая пара, имеющая рабочие камеры, которые периодически наполняются жидкостью и вытесняют ее;

- гидравлические силы возникают в результате действия перепада давления и не зависят от скорости движения жидкости в камерах;

- ротор совершает сложное планетарно-вращательное движение.

Технологические требования:

- в качестве привода бурового долота ГЗД должен обеспечивать эффективные показатели бурения;

- в качестве силового элемента компоновки низа бурильной колонны (КНБК) ГЗД должен обеспечивать высокое качество строительства скважин.

Гидравлические забойные двигатели

Турбобур: Винтовой двигатель:

Классификация конструктивных схем основных типов ГЗД:

Тип ГЗД	Рабочий орган	Опорный узел	Узел преобразователя частоты вращения	Узел трансмиссии	Узел искривления
Односекционные турбобуры	Многоступенча-тая турбина, установленная в одной секции с осевой опорой	Осевая опора установлена в одной секции с турбиной	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует или искривленный переводник
Секционные шпиндельные турбобуры	Многоступенча-тая турбина, установленная в турбинных секциях	Осевая опора установлена в шпиндельной секции	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Винтовые забойные двигатели общего назначения	Винтовая пара	Осевая опора установлена в шпиндельной секции	Отсутствует	Шарнирное или торсионное соединение	Отсутствует
Винтовые забойные двигатели для искривления ствола скважины	Винтовая пара	Осевая опора установлена в шпиндельной секции	Отсутствует	Шарнирное или торсионное соединение	Искривленный переводник
Редукторные турбобуры	Многоступенча-тая турбина	Осевая опора установлена в шпиндельной секции	Редуктор зубчатого типа	Отсутствует	Отсутствует или может быть установлен
Турбовинтовые двигатели	Многоступенча-тая турбина и винтовая пара	Осевая опора установлена в шпиндельной секции	Винтовая пара	Шарнирное или торсионное соединение	Отсутствует
Турбобуры отклонители	Многоступенчатая турбина	Осевая опора установлена в шпиндельной секции	Отсутствует	Шарнирное соединение	Искривленный переводник