شماره راهنما :
2000 دكتري
پديد آورنده :
خسروي منش، شاهرخ
عنوان :
بررسي و ارزيابي تأثير سيال خنك كننده/ روانكار بر عملكرد سرمته‌هاي حفاري با در نظر گرفتن مشخصات سنگ
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هجده، 161ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد مشاور :
رضا ميكائيل، راحب باقرپور
توصيفگر ها :
حفاري , انرژي ويژه , نرخ نفوذ , سيال خنك كننده و روان كار , مطالعات آماري , تك متغيره خطي
استاد داور :
كوروش شهريار، حميد زيلويي، عليرضا باغبانان
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/10/20
رشته تحصيلي :
مهندسي معدن
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/10/20
چكيده فارسي :
در اكثر فرايندهاي حفاري سنگ دليل عمده كاهش ميزان نرخ نفوذ حفاري و افزايش مصرف انرژي، حضور نامطلوب نيروهاي فرايند ناشي از اعمال نيروهاي مماسي و عمودي بر سرمته، وجود تراشه هاي حاصل از عمليات حفاري و تنشهاي حرارتي ناشي از اصطكاك ميان سرمته و سنگ ميباشد، كه با افزايش سختي، سايندگي و پارامترهاي مقاومتي سنگ اين موضوع تشديد ميشود. بنابراين از ديدگاه فني و اقتصادي هرگونه بهبود در فرايند حفاري به صورت افزايش نرخ نفوذ و كاهش انرژي مصرفي از اهميت فوق العاده اي دارد يكي از مهم ترين راه كارها براي دست يابي به اين هدف استفاده از يك سيال خنك كننده و روان كار مناسب در محيط حفاري ميباشد. در اين رساله به بررسي تاثير همزمان پارامترهاي مكانيكي سنگ(مقاومت فشاري تك محوري، سختي موهس، فاكتور سايندگي شيميازك و مدول الاستيسيته)، مشخصات فيزيكي سيال خنك كننده و روانكار(سختيpH، ويسكوزيته و هدايت الكتريكي) و همچنين مشخصات عملياتي دستگاه بر عملكرد حفاري ( ميزان نرخ نفوذ و ميزان انرژي ويژه ) پرداخته شد. مطالعات حفاري با استفاده از يك دستگاه حفاري در مقياس آزمايشگاهي با يك نمونه سرمته در شرايط مختلف عملياتي بر روي 7 نمونه سنگ سخت و نرم و در شرايط استفاده از 6 سيال(سيال آب و 5 نمونه سيال خنك كننده و روانكار)انجام شد. نتايج حاصل از بررسي مطالعات آماري تك متغيره خطي نشان داد ميزان نرخ نفوذ در شرايط استفاده از سيال سينكول با غلظت 1به 100 و سيال آب صابون با غلظت 1به 120 در مقايسه با سيال آب به ترتيب در شرايط يكسان، به طور ميانگين تقريبا %40 و 51% افزايش پيدا كرده است و ميزان انرژي ويژه در شرايط مشابه به طور ميانگين تقريبا 39% و 47% كاهش پيدا كرده است اين تغييرات در افزايش ميزان نرخ نفوذ و كاهش ميزان انرژي ويژه نشان مي دهد كه استفاده از سيال خنك كننده و روانكار مناسب باعث افزايش راندمان و عملكرد حفاري مي شود. در اين تحقيق براي شناخت بهتر پارامتر هاي موثر بر نرخ نفوذ و انرژي ويژه حفاري و بهينه سازي آنها از مطالعات آماري تحليل چند متغيره خطي و غير خطي براي ارائه مدل هايي براي پيش بيني ميزان نرخ نفوذ و انرژي ويژه حفاري با استفاده از نرم افزار SPSS استفاده شد. پس از بررسي نتايج چند مدل به عنوان مدلهاي نهايي براي پيش بيني ميزان نرخ نفوذ و انرژي ويژه در شرايط استفاده از سيالات خنك كننده و روانكار انتخاب شدند و در نهايت مدل هاي انتخابي با توجه به ميانگين خطاي تخمين، توانستند با درصد خطاي كمتر، ميزان نرخ نفوذ و انرژي ويژه حفاري را پيش بيني كنند. نتايج آزمايش هاي آماري براي مدلهاي انتخابي با سطح اطمينان و ضريب همبستگي بالاي 90 درصد نشان دادند كه ميتوان با دقت خوبي ميزان نرخ نفوذ و انرژي ويژه در محيطهاي حفاري را با كمك مشخصات فيزيكي و مكانيكي سنگ، مشخصات سيال و مشخصات عملياتي دستگاه مورد ارزيابي قرار داد.
چكيده انگليسي :
In most rock drilling operations, the low rate of penetration (ROP) and high energy consumption are caused by undesirable process forces, i.e. tangential and vertical forces acting on the drill bit, presence of the cuttings produced during drilling and the thermal stresses caused by friction at the bit-rock interface, which can be exacerbated with the increasing strength, hardness, and abrasivity of the drilled rock. Any improvement in ROP and drilling rate can be of great technical and economic value for drilling projects. ROP and SE can be improved through the proper use of cooling-lubricating fluids during drilling. This study investigated the relationship of the ROP and specific energy of drilling with the mechanical properties of the drilled rock (uniaxial compressive strength, Mohs hardness, Schmiazek abrasivity factor, and Young’s modulus), physical properties of the cooling lubricant (pH, viscosity, and conductivity), and operating parameters of the drilling rig. A laboratory scale drilling rig with a diamond bit was used to conduct a series of drilling tests under different operating conditions on the drilling of seven types of hard and soft rock with 6 coolant/lubricant fluids (water and five other fluids). Statistical analyses of obtained data showed that under similar conditions using Syncool with a concentration of 1:100 and soap water with a concentration of 1:120 instead of pure water leads to an average 40% and 51% increase in ROP, respectively. Specific Energy decreases 39% and 47% , respectively under similar conditions. These changes in specific energy and ROP suggest that the drilling efficiency and performance improves by using appropriate cooling lubricants. To gain a better understanding of the parameters affecting ROP and SE, and how to optimize it, the results were analyzed by linear and nonlinear multivariate regression in SPSS to build a number of models for ROP and SE prediction. After assessing the results, several models that were able to produce ROP and SE predictions with the lowest average estimation error were picked as suitable choices for predicting ROP and SE in the presence of cooling-lubricating fluids. Results of statistical tests of these models showed 90 percent of confidence that they can produce highly accurate ROP and SE estimates based on mechanical properties of the rock, physical characteristics of cooling-lubricating fluid, and operating parameters of the drilling rig.
Keywords: Drilling; Rate of penetration; Specific energy; Cooling-lubricating fluid; Statistical analysis; Linear univariate; SPSS
استاد راهنما :
مسعود چراغي سيف آباد
استاد مشاور :
رضا ميكائيل، راحب باقرپور
استاد داور :
كوروش شهريار، حميد زيلويي، عليرضا باغبانان
