1. Як показує огляд численних джерел інформації з динаміки геологорозвідувального та нафтогазопромислового обладнання, у нинішній час постала необхідність вдосконалення методів аналізу процесів гальмування колони бурильних труб, що опускається у свердловину. В дисертації проведено теоретичні та експериментальні дослідження, спрямовані на комплексне розв’язання проблеми зниження динамічних навантажень на бурову вишку, талевий механізм і колону бурильних труб та на підвищення ефективності роботи бурових установок. 2. Із застосуванням континуально-дискретної розрахункової моделі та одержаних в роботі результатів апроксимації механічних характеристик гальмівних пристроїв побудована математична модель динамічних процесів, що виникають в бурових установках під час гальмування бурильної колони. З’ясовано, що динамічні зусилля в елементах установки суттєво залежать від максимального значення і від швидкості наростання моменту гальма, а також від швидкості опускання та від довжини колони. Меншою мірою на максимальні значення зусиль та на коефіцієнти динамічності впливають жорсткісні властивості вишки і талевого каната. За рахунок збільшення швидкості опускання колони з неповним числом свічок можна досягти зменшення тривалості перехідних процесів на 20–30 %. Показано, що застосування в конструкції бурової установки додаткового гідродинамічного гальма з метою підвищення довговічності основного фрикційного гальмівного пристрою за умови раціонального добору параметрів гальмівних режимів не призводить до суттєвого зростання динамічних зусиль в елементах установки. 3. Розкрито особливості механізму взаємодії підіймальної системи бурової установки з висотною спорудою. Показано, що поздовжні коливання пружно підвішеної колони бурильних труб у зв’язку з ексцентричним характером навантаження бурової вишки призводять до її інтенсивних поперечних коливань. У той же час, поперечні коливання несучої металоконструкції майже не впливають на поздовжні коливання колони. У певному діапазоні довжин колони бурильних труб власна частота механічної системи, утвореної талевим механізмом і колоною, може збігатися з частотою вільних поперечних коливань бурової вишки, що свідчить про можливість виникнення резонансних режимів роботи висотної споруди. 4. З урахуванням кінематичного зв’язку вертикальних, горизонтальних і обертальних переміщень основи шарнірно закріпленої щоглової бурової вишки, а також взаємодії вишки з пакетом свічок бурильних труб побудована математична модель вільних поздовжньо-поперечних коливань споруди. Досліджено вплив жорсткісних парметрів елементів опор, відтяжок і стержневої ґратки на характеристики частотного спектру. З’ясовано, що першу власну частоту вишки з похибкою, що не перевищує 5 %, можна визначити без урахування податливості основи, тобто, взаємозв’язку поперечних і поздовжніх коливань висотної металоконструкції. Отже, дорезонансні коливання споруди можна досліджувати, припускаючи, що вишка в основі защемлена. Дві нижчі парціальні частоти пакету свічок є меншими, ніж перша власна частота бурової щогли, що може призводити до появи низькочастотних резонансних коливань механічної системи. Це необхідно враховувати під час проектування та експлуатації бурових установок. 5. Із застосуванням методу узагальнених переміщень розроблена математична модель вимушених поперечних коливань бурових вишок, збурених динамічними явищами у підіймальному механізмі. Алгоритм дозволяє задавати довільне число ступенів вільності механічної системи і дає можливість враховувати зміну пружно-інерційних параметрів споруди з висотою та наявність проміжних дискретних включень у вигляді твердих тіл та пружних опор. За допомогою запропонованої математичної моделі проілюстровано залежність коефіцієнта динамічної податливості вишки від частоти вільних коливань пружно підвішеної колони бурильних труб. Показано, що урахування лише одного ступеня вільності механічної системи дає можливість визначення нижчої резонансної частоти з похибкою до 12 %. Врахування двох-трьох форм коливань висотної споруди забезпечує достатню для практики точність аналізу вимушених коливань в дорезонансній області та в значній частині міжрезонансної області, що знаходиться між першою та другою власними частотами. 6. Результати експериментальних досліджень, проведених в промислових умовах, підтверджують істотний вплив динамічних явищ, що виникають в буровій установці під час гальмування колони бурильних труб на робочі зусилля в елементах установки. Порівняльний аналіз теоретичних і експериментальних даних підтверджує правомірність прийнятих припущень і достатню для практики точність визначення зусиль в канаті і бурильній колоні за допомогою розробленої математичної моделі нестаціонарних процесів. Виявлено значну нерівномірність розподілу навантажень між окремими ногами вишки, що пояснюється ексцентричним характером навантаження висотної споруди та суттєвим впливом її поперечних коливань на внутрішні зусилля в ногах. Встановлено, що внутрішні сили в основних несучих елементах, спричинені поперечними коливаннями споруди, можуть у 10–20 разів перевищувати середні статичні навантаження. 7. Розроблені рекомендації щодо вибору раціональних режимів гальмування підіймальних систем, визначення максимальних навантажень в елементах бурових установок, усунення резонансних поперечних коливань бурових вишок, а також запропоноване технічне рішення пристрою для закріплення нерухомої вітки талевого каната дають можливість збільшити надійність та довговічність бурових установок, суттєво підвищити ефективність бурових робіт. Основний зміст роботи викладено у наступних друкованих працях. 1. Харченко Є. В., Левринець В. М. Розрахунок гальмівних режимів роботи підіймальної системи бурових установок // Динаміка, міцність та проектування машин і приладів: Вісник Державного університету „Львівська політехніка”.
– Львів: Вид-во ДУЛП, 2000. – № 396. – С. 98–103. 2. Харченко Є. В., Левринець В. М. Розрахунок нестаціонарних поперечних коливань бурових вишок // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні: Вісник Державного університету „Львівська політехніка”. – Львів: Вид-во ДУЛП, 2000. – № 412. – С. 101–104. 3. Харченко Є. В., Левринець В. М. Алгоритм розрахунку хвильових процесів, що виникають в бурильній колоні під час гальмування // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні: Вісник Національного університету „Львівська політехніка”. – Львів: Вид-во НУЛП, 2001. – №. 422 – С. 91–97. 4. Левринець В. М. Порівняльний аналіз результатів експериментальних і теоретичних досліджень гальмівних режимів роботи бурової установки // Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. – Львів: Вид-во УкрДЛТУ, 2001. – Вип. 11.1. – С. 63–67. 5. Харченко Є. В., Левринець В. М. Математична модель кінематично зв’язаних поздовжньо-поперечних коливань бурової щогли з пакетом свічок бурильних труб // Динаміка, міцність та проектування машин і приладів: Вісник Національного університету „Львівська політехніка”. – Львів: Вид-во НУЛП, 2001. – № 434. – С. 110–117. 6. Харченко Є. В., Левринець В. М. Апроксимація механічних характеристик гальмівних пристроїв бурових установок // Вісник Східноукраїнського національного університету. – Луганськ: Вид-во СНУ. – 2001. – № 11 (45). – С. 148–154. 7. Деклараційний патент 40799А Україна, МПК В66В1/44. Механізм для кріплення нерухомої струни талевого каната підіймального механізму. / Харченко Є. В., Левринець В. М. (Україна). – №2000042282; Заявл. 21.04.2000; Опубл. 15.08.2001, Бюл. № 7. – 3 с. 8. Харченко Є. В., Демків В. Й., Левринець В. М. Математичне моделювання гальмівних і аварійних режимів роботи бурових установок // Надійність машин та прогнозування їх ресурсу: Доповіді міжнародної науково-технічної конференції. – Т. 2. – Івано-Франківськ, 2000. – С. 353–359. 9. Левринець В. М. Експериментальне дослідження гальмівних режимів роботи бурової установки // 5-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: Тези доповідей. – Львів, 2001. – С. 35. | 