СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА МИНЕРАЛЬНЫЕ СРЕДЫ

Предложение относится к процессам разрушения и обработки минеральных сред путем воздействия струями рабочего агента, истекающими под давлением из рабочего органа.
На современном этапе развития процессов моделирования условий на забое и в стволе скважины получены стендовые эксперименты по воздействию на различные горные породы, из различных направлений конструктивных решений стендов наиболее представительными являются модели, содержащие имитированную скважину с забоем и устьем, размещенный в модели скважины буровой агрегат, выполняющий процесс разработки породы на забое и вынос бурового шлама [RU 2240420, 2004; Дмитриев А.П., Термическое и комбинированное разрушение горных пород, М., Недра, 1978, С.135-136; SU 1371074, 1988]. Последний из указанных аналогов является наиболее близким по конструкции стендом.
Существенными недостатками аналогов и прототипа являются: низкая эффективность воздействия рабочим агентом на забой и незначительная достоверность получаемых характеристик по производительности разрушения пород, по температуре и скорости рабочего агента, воздействующего на забой, на стенки скважины, и формируемого бурового шлама, выносимого к устью скважины.
Технической задачей и положительным результатом заявляемого стенда является максимальное приближение условий, процессов и параметров, моделируемых с помощью стенда, к натурным для возможности более точного выбора регламента, параметров и условий воздействия на
забой, стенки скважины, на формирование восходящего потока шлама. Получаемые данные по скорости, температуре рабочего агента, породоразрушающей способности позволяют более эффективно вести технологические процессы образования скважин и выработок в различных условиях.
Это достигается за счет оригинальной конструкции и процессов использования стенда для исследования физических воздействий на минеральные среды, содержащего модель скважины с имитированным забоем и устьем, буровой агрегат, размещенный в этой скважине, при этом модель скважины выполнена с двойными стенками, размещенными одна к другой коаксиально, в кольцевом зазоре между стенками размещены датчики контроля процесса: давления, температуры, скорости потока бурового шлама, аналогичные датчики закреплены на забое, имеющем вставку из минерального материала, в структуру которого вмонтированы указанные датчики, при этом стенд закреплен на шарнирной опоре и оснащен тягами для изменения положения стенда.
Стенд на участке длины модели скважины имеет стенки, выполненные из упругоподатливого материала в виде двух сильфонов, расположенных симметрично оси модели скважины.
На фиг.1 показан общий вид стенда;
на фиг.2 - деталь конструкции его участка стенок.
Стенд может быть расположен: вертикально, наклонно под любым углом и горизонтально для моделирования любого направления проходки скважины.
Стенд выполнен в виде модели скважины 1 с имитированным забоем 2 и устьем 3, на забое помещен минеральный материал 4, стенки 1 и 5 выполнены двойными и размещены коаксиально одна к другой, в материал вмонтированы датчики регистрации физических величин: температуры - 6, давления - 7, скорости потока - 8 рабочего агента и шлама; стенки скважины
1 и 5 имеют размещенные между ними аналогичные датчики 6, 7, 8. Стенд закреплен на основании 9 на шарнирной опоре 10 и имеет регулируемую тягу 11 для изменения положения стенда. В скважине 1 размещен мобильный буровой аппарат 12, имеющий рабочий орган 13 с соплами 14, 15 и генератор 16 рабочего агента.
Положение корпуса стенда может меняться из вертикального (фиг.1) в наклонное и горизонтальное с помощью регулируемых опор 17, 18 (шарнир разъемный) и 19; пара 11-19 представляет собой цилиндр гидропривода. Для возможности изменения траектории ствола скважины (криволинейное направление) стенки на участке своей длины (фиг.2) имеют упругоподатливые вставки в виде двух сильфонов 20 и 21, расположенных один в другом, что позволяет изгибать стенки по направлению (X, Y, Z), меняя направление проходки.
1
2
3
4
5
T
K
1
2
3
4
5
Работа стенда основана на учете всех сил, действующих на забое 2, на стенки скважины 1 и 5, на рабочий орган 13 и корпус 12 бурового агрегата, при этом силы: P, P, Р, P, P, P (вес топлива), Р (вес бурового агрегата) направлены на процесс воздействия на забой, а реактивные силы сопротивления: R, R, R, R и R направлены на процесс противодействия разрушению пород; эти две группы сил балансируют, подбирая величины: скорость - 8, давление - 7, температуру - 6 рабочего агента (используя физические модели и теорию процессов автора А.Плугина).
Учитывая, что общая мощность, передаваемая на забой и на вынос бурового шлама к устью, складывается из кинетического и теплового воздействия, ведут скоростное регулирование потоков рабочего агента, меняя интенсивность динамического и теплового воздействий на породу забоя, на стенки и поток бурового шлама, доводя до максимального значения эффективность проходки скважины в условиях модели. При работе аппарата 12 в скважине исследуют характеристики процесса бурения или обработки минеральной среды 4, что позволяет более точно выбирать операции и режимы
процесса разрушения минеральных сред, а также - оптимальные технологические и экономические показатели.