Динаміка та стійкість бурильних колон бурових установок роторного типу

13. Улитин Г.М. Изгибные колебания бурильной колонны с учетом растяжения-сжатия// Известия Донецкого горного института. - 2001. - №2. - С.28-30.

14. Ulitin G. Solutions for an equation of a bend of a weighable rod// Buletinul stiintific al universitatii din Baia Mare. - 2001. - Vol. 17, N1-2. - P. 169-172.

15. Улитин Г.М. Устойчивость колонны буровой установки роторного типа// Проблемы прочности. - 2002. - №1. - С. 130-135.

16. Улитин Г.М. Устойчивость бурильной колонны при кручении// Вибрации в технике и технологиях. -2002. - №1. - С. 86-88.

17. Улитин Г.М., Петтик Ю.В. Влияние скорости промывочной жидкости на напряженно-деформированное состояние бурильной колонны при продольных колебаниях// Вибрации в технике и технологиях. - 2002. - №2. - С. 49-53.

18. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. Исследование частот собственных колебаний буровых установок роторного типа// Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 1998. - Вып. 5. - С. 231-234.

19. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М., Петтик Ю.В. Крутильный удар при свободных колебаниях в буровых установках// Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 1999. - Вып. 8. - С. 244-247.

20. Улитин Г.М. Продольные удары при спуске буровой колонны// Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 2000. - Вып. 10. - С. 249-253.

21. Шевченко Ф.Л., Петтик Ю.В., Улитин Г.М., Гуня А.П., Астрахань А.З., Леоненко Е.В. Устранение аварий при проходке стволов буровой установкой системы “WIRTH”// Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 2000. - Вып. 14. - С. 86-93.

22. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. Методы расчета бурильных колонн на продольный удар// Науковi працi ДонДТУ. - Донецьк: ДонДТУ. - 2001. - Вип. 27. - С. 414-420.

23. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М., Тю Н.С. Колебания бурильной колонны с учетом внутреннего трения// Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 2001. - Вып. 18. - С. 81-86.

24. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. О разновидностях крутильных ударов, возникающих при работе буровых установок, и способы их устранения// Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. - Екатеринбург: Уральская ГГА. - 2001. - Вып. 24. - С. 132-138.

25. Улитин Г.М. Об особенностях расчета на устойчивость бурильных колонн при больших глубинах бурения// Наукові праці ДонДТУ. - Донецьк: ДонДТУ. - 2001. - Вип. 24. - С. 77-79.

26. Шевченко Ф.Л., Петтик Ю.В., Улитин Г.М. Ловильные устройства для ликвидации аварий при проходке скважин буровыми установками// Наукові праці ДонДТУ. Донецьк: ДонДТУ. - 2001. - Вип. 24. - С.99-104.

27. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. К вопросу об устойчивости бурильной колонны буровых установок роторного типа// Захист металургiйних машин вiд поломок. - Марiуполь: ПДТУ. - 2002. - Вип. 6. - С. 217-222.

28. Шевченко Ф.Л., Улiтiн Г.М. Динамiчнi задачi стержньових систем// 2-й Мiжнар. симп. українських інженерів-механіків. - Львів: ДУ “Львівська політехніка”. - 1995. - С. 56.

29. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. Решение динамических задач с учетом свойств собственных функций для стержневых систем с распределенными и дискретными параметрами// Труды Региональной конференции, посвященной 75-летию ДонГТУ. - Донецк: ДонГТУ. - 1996. - С. 97-100.

30. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. Динамические задачи весомых стержней ступенчато-переменной жесткости// Труды Междунар. конф. “Металлостроительство-96”. - Том 2. - Донецк-Макеевка: Донбасская ГАСА. - 1996. - С. 85-87.

31. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. О влиянии сопротивления промывочной жидкости на продольные колебания буровой колонны// Труды Междунар. конф. “Прогрессивные технологии машиностроение и современность”. - Донецк: ДонГТУ. - 1997. - С. 262-263.

32. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М., Петтик Ю.В. Моделирование свободных и вынужденных колебаний установок реактивно-турбинного бурения// Труды Междунар. конф. “Прогрессивные технологии машиностроения и современность”. - Донецк: ДонГТУ. - 1997. - С. 263-264.

33. Улитин Г.М. Математическая модель продольных колебаний буровой колонны// Труды Междунар. конф. “Прогрессивные технологии машиностроения и современность”. - Донецк: ДонГТУ. - 1997. - С. 247-248.

34. Шевченко Ф.Л., Улитин Г.М. К определению динамических параметров буровой вышки системы “WIRTH”// Труды V Междунар. конф. “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века”. - Том 3. - Донецк: ДонГТУ. - 1998. - С. 274-277.

35. Петтик Ю.В., Улитин Г.М. Разработка элементов САПР динаміки буровых систем// Труды VI Междунар. конф. “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века”. - Том 2. - Донецк: ДонГТУ. - 1999. - С. 263-266.

36. G.M. Ulitin. On stability of boring colomns// Stability, control and rigial bodies dynamics. VIII International Conference. Book of abstract. - Donetsk (Ukraine). - 2002. - P.118.

Особистий вклад автора в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає в наступному: [1, 3, 22, 24, 28-30] - постановка математичних моделей та їх розв'зання методом Фур'є з урахуванням вагової функції та дослідження отриманих результатів за допомогою методу поліпшення збіжності рядів; [2] - розв'язання нелінійного диференціального рівняння зігнутої осі стержня та аналіз отриманих результатів; [6, 19] - формулювання загальної постановки та розв'язання задачі для бурових установок роторного типу; [8, 31, 32] - розв'язання математичних моделей і проведення досліджень; [9] - дослідження системи диференціальних рівнянь, що описують сумісні коливальні процеси; [11, 21, 26] - проведення динамічного розрахунку ловильного пристрою; [17] - формулювання постановки задачі та метод її розв'язання; [18] - отримання та дослідження частотного рівняння; [23] - формулювання математичних моделей і розв'язання граничних задач; [27] - дослідження рівняння стійкості; [34] - виконання розрахунків динамічних параметрів бурової вишки; [35] - формулювання математичної моделі та її дослідження для бурової установки “WIRTH”.

Анотація

Улітін Г.М. Динаміка та стійкість бурильних колон бурових установок роторного типу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - “Динаміка та міцність машин”. - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2003.

В дисертації захищаються наукові положення, спрямовані на проведення технічних розрахунків з динаміки та стійкості бурильних колон бурових установок роторного типу. Розроблені та досліджені математичні моделі взаємовпливу коливальних процесів і взаємодії колон із промивної рідиною. На основі точних розв'язків для систем із розподіленими та зосередженими параметрами методом Фур'є, коли власні функції ортогональні з вагою, вивчені поздовжні та крутильні коливання бурильних колон. Визначені власні частоти поперечних коливань бурильної колони при розтязі-стиску. Проведена класифікація ударних процесів у бурових установках, побудовані та досліджені їх математичні моделі. З використанням функцій Бесселя і Ломмеля розв'язані задачі теорії стійкості колон, що зазнають розтягу-стиску. На основі точних розв'язків проведені оцінки наближених інженерних розрахунків.

Методики розрахунків на ударні навантаження та з оптимальних режимів буріння впроваджені у виробництво, що дозволяє проводити безаварійне буріння і виконувати розрахунки для ловильних пристроїв, якщо аварія відбулася, і потрібно ліквідувати її наслідки.

Ключові слова: динамічні процеси, стійкість, ударні процеси, коливання, частоти коливань, бурова установка, бурильна колона.

Аннотация

Улитин Г.М. Динамика и устойчивость бурильных колонн буровых установок роторного типа. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.09 - “Динамика и прочность машин”. - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2003.

В диссертации защищаются научные положения, направленные на проведение технических расчетов по динамике и устойчивости бурильных колонн буровых установок роторного типа. Исследовано взаимовлияние продольных, крутильных и поперечных колебаний колонн. После проведения оценок установлено, что влияние с определенной точностью проявляется только для продольных колебаний на поперечные. Показано, что взаимодействие промывочной жидкости с бурильной колонной незначительно влияет на динамические характеристики колонны и проявляются с увеличением глубины бурения. Построены математические модели по изучению собственных продольных и крутильных колебаний системы: вышка, талевая система, бурильная колонна, утяжелители с долотом. Проведены оценки различных упрощающих инженерных теорий расчета и указаны границы их применения.

Собственные частоты поперечных колебаний изучались с учетом растяжения-сжатия колонны. Влияние этих условий проявляется для малых глубин бурения. На основе точных решений для систем с распределенными и сосредоточенными параметрами, полученными методом Фурье для собственных функций ортогональных с весом, изучены вынужденные продольные и крутильные колебания. Выполнены вычисления безразмерных напряжений в бурильной колонне при вынужденных колебаниях. Проведена классификация ударных процессов в буровых установках. На основе волновой теории удара для систем с распределенными и сосредоточенными параметрами исследованы задачи о продольных ударах при: контакте колонны с забоем, торможении на приводе, внезапном снятии колонны с выступа в скважине и крутильных ударах при: остановке ротора, прихвате режущего инструмента, внезапном освобождении режущего инструмента. Во всех этих случаях проведено исследование напряженно-деформированного состояния колонны. Выполнен прочностной расчет, когда на практике бурения одновременно могут возникнуть продольный и крутильный удары. Проведены оценки приближенных теорий расчета на ударные нагрузки и предложены формулы для инженерных расчетов.

С использованием функций Бесселя и Ломмеля решены задачи в теории устойчивости колонн с учетом растяжения-сжатия. Это позволило рассмотреть различные граничные условия, условия сопряжения сжатого и растянутого участков и случай больших глубин бурения. Проведена оценка метода усреднения в устойчивости весомых стержней. Решена новая задача об устойчивости бурильной колонны при кручении с учетом закрутки как упругого стержня. Полученные результаты существенно отличаются от общепринятых приближенных. Исследована задача о динамической устойчивости колонны как весомого стержня, испытывающего растяжение-сжатие, при жесткой заделке его концов. Вычисления показали, что различия в критических скоростях вращения бурильной колоны по сравнению с приближенными с увеличением глубины уменьшаются.

На основе полученных результатов и проведенных исследований просмотрен ряд практических задач непосредственно для буровой установки “WIRTH”: динамический расчет ловильного устройства для ликвидации последствий аварий, определение зоны действия изгибных напряжений при перекосе долота, выбор оптимальных режимов бурения и оптимального времени нагружения ротора моментом. Для динамических расчетов бурильных колонн разработана САПР. Результаты работы внедрены в производство. Внедрение результатов позволяет проводить безаварийное бурение и выполнять расчеты для ловильных устройств.

Ключевые слова: динамические процессы, устойчивость, ударные процессы, колебания, частоты колебаний, буровая установка, бурильная колонна.

The Summary

G.M. Ulitin. Dynamics and stability of boring columns of rotative boring machines. - Manuscript.

Thesis for the application of the Doctor of Technical Sciences degree on speciality 05.02.09 - “Dynamics and strength of machines”. - National Mining University, Dnepropetrovsk, 2003.

In the thesis the scientific grounds directed to carrying out the technical calculations of the dynamics and stability of boring columns of rotative boring machines are defended. Mathematical models of interaction of oscillation processes and columns with washing liquid are elaborated and investigated.

Longitudinal and twirl oscillation are investigated on the basis of exact solutions for the systems with distributional and concentrated parameters with the help of Furie method for eigen functions weighted orthogonality. Eigen frequencies of transversal oscillations of boring column which are undergone by strain - compression are determined. The classification of impact processes in boring machines are worked out. Their mathematical models are investigated. Using Bessel's and Lommel's functions problems of the theory of columns stability being undergone by strain - compression are solved. On the basis of exact solutions approximate engineering calculations are distinguished.

The methods of calculations of impact loadings and optimum boring conditions are adopted in the production. Inculcation of the results makes it possible to carry out a boring without any breakdown and doing calculations for liquidation of breakdown traps.

Key words: dynamical processes, stability, impact processes, oscillations, frequencies of oscillations, boring machine, boring column.

Размещено на Allbest.ru