МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ НАДДОЛОТНОГО КУЛЬОВОГО ВІБРАТОРА

Анотація

На основі імітаційного моделювання з використанням програми-симулятора Solidworks Flow Simulator дослідженj гідравлічні характеристики наддолотного кульового вібратора, призначеного для підвищення ефективності поглиблення свердловин при бурінні в породах підвищеної категорії міцності. Кульовий вібратор складається з розміщеного в каналі сідла сферичного робочого органу, коливання якого під дією набігаючого потоку передаються породоруйнівному інструменту та гірській породі. Накладання динамічних імпульсів, створюваних вібратором, на обертовий рух долота підвищує ефективність руйнування гірської породи. Розрахунковий об’єм 3D моделі пристрою обмежений площинами, проведеними через його вхідний та вихідний перерізи. Граничні параметри розрахункової моделі прийняті у вигляді тисків на обмежувальних поверхнях кульового вібратора із врахуванням режиму промивання та конструкції свердловини. Після  поділу 3D моделі пристрою на розрахункові скінченні елементи отримано діаграми розподілу  швидкостей та тисків в проточній частині кульового вібратора для шести значень витрати потоку промивального розчину, яка змінювалась в діапазоні від 0,003 м³/с до 0,017 м³/с. Проведеними дослідженнями встановлено, що внаслідок деформації потоку в зазорі між кулею вібратора та внутрішньою конічною  поверхнею сідла, утворюється кільцевий занурений  струмінь, який змикається за сферичним робочим органом пристрою. Пристінні вихрові зони утворюються на вихідній ділянці пристрою та сприяють підвищенню його гідравлічного опору. Розрахункові значення гідродинамічних параметрів використані для визначення коефіцієнта гідравлічного опору його проточної частини, величина якого прямопропорційна різниці тиску та оберненопропорційна швидкості руху промивального розчину та його густині. Гідравлічна характеристика кульового вібратора отримана у вигляді низхідної нелінійної залежності коефіцієнта гідравлічного опору його проточної частини від числа Рейнольдса робочого потоку. Отримана гідравлічна характеристика дозволяє узагальнити результати проведених досліджень та дає змогу використовувати їх при проєктуванні типорозмірного ряду наддолотних кульових вібраторів.