РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРОИМПУЛЬСНОГО МЕХАНИЗМА ДЛЯ БУРЕНИЯ ПИЛОТНЫХ СКВАЖИН ПРИ ПРОКЛАДКЕ ТРУБОПРОВОДОВ

Abstract

Ссылка для цитирования: Результаты экспериментальных исследований гидроимпульсного механизма для бурения пилотных скважин при прокладке трубопроводов / Л.А. Саруев, А.В. Шадрина, К.В. Мельнов, А.Л. Саруев // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332. – № 12. – С. 103-113. Актуальность. В горном деле и в других отраслях промышленности широко применяются гидравлические ударные механизмы, которые в настоящее время продолжают активно совершенствоваться. В частности, появляются публикации по возможности управления амплитудой и длительностью формируемых гидромеханическими системами импульсов давления в замкнутых камерах, через которые поршни-ударники передают энергию удара буровому породоразрушающему инструменту. При этом увеличивается длительность силовых импульсов, что существенно повышает эффективность использования их энергии на разрушение грунта, а также сглаживаются чрезмерные динамические нагрузки на элементы бурового инструмента. Однако в таких ударных механизмах остаются поршни-ударники, в процессе работы которых происходят основные динамические потери энергии, связанные с возвратно-поступательными движениями бойков в гидроцилиндре ударного механизма. Был разработан принципиально новый безбойковый гидроимпульсный механизм, который в зависимости от твердости разрушаемой среды регулирует амплитуду и длительность формируемых им силовых импульсов в автоматическом режиме без привлечения каких-либо средств управления. Однако для научного обоснования взаимосвязи его основных параметров и работоспособности в целом необходимо провести специальные экспериментальные исследования, результаты которых позволили бы рекомендовать гидроимпульсный механизм для бурения пилотных скважин при прокладке трубопроводов, что, безусловно, является актуальной научно-технической задачей. Цель: обоснование и экспериментальная проверка в лабораторных условиях работы физической модели принципиально нового гидроимпульсного механизма для интенсификации процесса разрушения горных пород или грунта с возможными включениями повышенной твёрдости при бурении пилотных скважин с бестраншейной прокладкой трубопроводов. Объектом данного исследования является безбойковый гидроимпульсный механизм с замкнутым объёмом жидкости, в котором формируются силовые импульсы, повышающие эффективность разрушения грунта и горных пород с включениями повышенной твердости за счет автоматического управления их амплитудой и длительностью. Предмет: закономерности и взаимосвязи основных кинематических и динамических параметров физической модели гидроимпульсного механизма с целью оценки его работоспособности и преимуществ перед другими ударными механизмами, включающими замкнутый объём жидкости в качестве промежуточного тела, передающего ударные импульсы в буровой инструмент. Методы: анализ научно-технической информации по повышению производительности бурильных машин ударного действия; моделирование динамических процессов гидроимпульсного механизма и проведение экспериментальных исследований его физической модели для выявления взаимосвязей его основных параметров и работоспособности; сравнение разработанного гидроимпульсного механизма с известными гидроударными механизмами, использующими возможности управления амплитудой и длительностью ударных импульсов при передаче их энергии через замкнутый объём жидкости и бурильную колонну на породразрушающий инструмент для интенсификации процесса разрушения горных пород повышенной твердости. Результаты. Дана оценка работоспособности гидромеханического механизма и его преимущества по сравнению с существующими гидроударными механизмами. Поскольку в предлагаемом гидроимпульсном механизме нет бойка, в нем отсутствуют основные динамические потери энергии, которые имеют место при возвратно-поступательном движении поршня-бойка в гидроцилиндре. Кроме того, благодаря возможности работы гидроимпульсного механизма без маслостанции, отсутствуют потери энергии на перекачивание жидкости. Коэффициент полезного действия гидроимпульсного механизма выше, чем у других существующих гидроударных систем ещё и потому, что он формирует силовые импульсы с частотным спектром, в котором практически отсутствуют высокочастотные составляющие, не способствующие интенсификации процесса разрушения горных пород, при этом увеличивается доля энергии силовых импульсов в продольных волнах деформации, что обеспечивает повышение механической скорости бурения скважин. Установлено, что гидроимпульсный механизм автоматически регулирует амплитуду и длительность силовых импульсов в зависимости от твердости разрушаемой среды и не требует дополнительной системы управления этим процессом.