Получить консультацию
Горячая линия: +7 (812) 922-12-43

1. БУРОВЫЕ МАШИНЫ - ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

1.           БУРОВЫЕ МАШИНЫ - ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

1.1.        Вращение

Буровые долота - это режущие породу инструменты, которые должны вращаться для прорезания или проработки ствола круглого сечения. Для этого требуется достаточная мощность, также обеспечивающая преодоление всех потерь на трение на контакте бурового снаряда со стенками скважины.

Для бурения идеально прямолинейной скважины в песках необходима лишь небольшая мощность, поскольку они характеризуются низким сопротивлением срезанию, среднепластичные глины разбуриваются долотом с острой режущей кромкой и с достаточной мощностью, а для проходки в твердых породах требуется значительное усилие.

 

 

Рис. 1.1. Лопастное долото

 

1.2.        Крутящий момент и долота

Для буровых станков с ограниченной или небольшой мощностью предпочтительно использование лопастного долота - стального долота с тремя лопастями с твердосплавными кромками для бурения в песках, глинах и любых породах, разрушающихся под воздействием минимальной (или нулевой) нагрузки на долото (рис. 1.1). На режущие зубья лопасти обычно напаяны твердосплавные кромки. И стальной зуб, и кромка на нем должны иметь «положительный угол реза», так что только передняя твердосплавная кромка режет породу. Часто возникает потребность в обслуживании долота путем углового сошлифовывания металла позади твердосплавной кромки для восстановления зазора за ней. Следует отметить, что для этого подходит любая угловая шлифмашина по стали, однако стандартные абразивные диски срезают с корпуса долота только сталь, а не твердосплавный материал.

1.3.        Бурение в твердых породах

Более твердые породы легче разбуриваются с помощью погружного пневмоударника (рис. 1.2). Этот инструмент работает от воздушного компрессора, а принцип его действия заключается в ударном воздействии тяжелого стального поршня на медленно вращающееся «штыревое» долото, что обеспечивает дополнительную энергию для разрушения самой твердой породы.

1.4.        Типы грунтов и пород

Обычно считается, что для разбуривания достаточно плотной породы или грунта, затрудняющего или замедляющего проходку с помощью лопастного долота, лучше подходит погружной пневмоударник. На небольших буровых станках не хватает нагрузки для эффективного использования трехшарошечных долот, предназначенных для станков, способных развивать усилие 500-100 кг на сантиметр диаметра долота и крутящий момент, достаточный для его вращения в труднораздрабливаемой породе. Такой станок должен обладать большой массой, чтобы противодействовать подъему с земли.

 

 

Рис. 1.2. Долото с твердосплавным вооружением для бурения с погружным пневмоударником

1.5.        Буровая лебедка

В процессе бурения происходит наращивание буровой колонны, и станок должен быть способен удерживать полную массу всех труб и долота с учетом коэффициента запаса на сопротивление и трение в глубокой скважине. Станок также должен обеспечивать эффективный спуск и подъем снаряда. Машина, затрачивающая 3 часа на спуск 45-метровой колонны и 5 часов на её подъем из скважины за 8 - часовую смену, экономически неэффективна. В общем, чем длиннее буровая труба и выше мачта станка, тем быстрее выполняются спускоподъемные операции.

1.6.        Прямолинейность скважин

Для обеспечения удаления бурового шлама из скважины и поддержания ее прямолинейности важно контролировать скорость и нагрузку на долото. При слишком сильной или быстрой подаче снаряда в песках или глинах они закупорят скважину, а чрезмерное усилие подачи часто приводит к отклонению долота от вертикали.

Горные породы с возникшими в результате выветривания или химических реакций твердыми слоями могут вызвать серьезные осложнения.

Когда долото наталкивается на такой слой, буровой снаряд над ним сжимается и изгибается, из-за чего долото отклоняется от прямой, и прямолинейность скважины будет нарушена. Если под твердым слоем залегают мягкие породы, то при входе в них колонна выпрямится, а долото снова центрируется, создав ступень на траектории скважины. Такая ступень может воспрепятствовать спуску обсадной колонны. Отклонение минимизируется за счет использования лопастного долота с острыми твердосплавными кромками, способного самоцентрироваться и обеспечивать неизменную механическую скорость проходки. Простой 3-лопастной стабилизатор в составе буровой колонны, установленный над долотом, центрирует его и сглаживает некоторые края уступов скважины.

Для полного соответствия установленным правилам и теориям используются утяжеленные толстостенные стальные буровые трубы (УБТ), устанавливаемые непосредственно над долотом и образующие тяжелую и жесткую направляющую часть колонны. Наибольшая эффективность достигается при превышении массой УБТ требуемой для разрушения породы весовой нагрузки на долото; как правило, она составляет несколько тонн. Это поддерживает натяжение находящегося выше снаряда, подвешенного вертикально(бурение с отгрузкой).

На практике, бурение с УБТ больше подходит для скважин относительно большого диаметра, но сегодня, когда набирают популярность более легкие и компактные станки, транспортировка УБТ и их спуск в скважину становятся трудной задачей. Эффективной заменой использованию УБТ практически во всех случаях стала комбинация центратора и погружного пневмоударника.

1.7.        Легкие станки для вращательного бурения

Настоящее руководство охватывает все аспекты вращательного бурения, но основным объектом рассмотрения являются более легкие, компактные и простые в эксплуатации буровые станки.

Снижение общей массы и некоторое упрощение комплекта оборудования означает сокращение стоимости его покупки. Это также влечет за собой упрощение инфраструктуры и уменьшение затрат на обслуживание оборудования. Например, использование в качестве самого тяжелого транспортного средства в буровых работах пикапа грузоподъемностью 3 тонны, а не 20-тонного 6- колесного внедорожного грузовика, существенным образом скажется на выборе места и организации бурения, а также бурового подрядчика.

Более компактное оборудование ограничено в мощности, но оно, в большинстве случаев, позволяет получать водозаборные скважины такой же конструкции, что и с помощью более крупных машин. Скважины должны проектироваться с учетом обеспечения максимально эффективного использования легких и компактных станков.

Табл. 1.1. Расчет грузоподъемности лебедки бурового станка

Пример определения грузоподъемности станка для бурения 150-мм скважины глубиной 30 м

Масса компонентов:

Долото с переходником                                     30 кг

Вес буровой трубы (типичный)                       8 кг/м

Таким образом, общая масса бурового снаряда определяется следующим образом:

30 м (глубина) х 8 кг/м = 240 (буровые трубы)

30 кг (долото)

=                                                270 кг

Необходимо учесть коэффициент запаса, например, 50%*, чтобы мачта с лебедкой были рассчитаны на нагрузку 400 кг.

*Это произвольное значение для учета потенциальных осложнений; данный коэффициент может браться в

диапазоне 20-100%.

 

Самым важным параметром скважины и работ по ее созданию является диаметр. Разница между диаметрами скважин (если расположить их рядом друг с другом) выглядит незначительной, однако различие между их сечениями уже не так мало и должно учитываться. Так, площади сечения скважин диаметром 6 и 4 дюйма (150 и 100 мм) отличаются примерно в два раза. Это означает, что из первой скважины необходимо удалить в два раза больший объем выбуренного материала, чем из второй, что влечет за собой удвоенное потребление энергии и увеличение затрат (см. табл. 1.2).

В любой программе бурения, направленной на достижение рентабельности и эффективности, должен быть определен минимальный диаметр бурения, необходимый для удовлетворения требований по конкретной скважине, даже если это сопряжено с отходом от обычных параметров, используемых в течение многих лет.

 Табл. 1.2. Площади сечения скважин

Диаметр скважин

Площадь сечения

мм

дюймы

мм2

см2

50

2

1964

20

75

3

4418

44

100

4

7854

79

150

6

17672

177

200

8

31416

314

250

10

49088

491

За последние 30 лет в этой области появились еще два новшества, сделавшие бурение более легкими станками полностью оправданным. Первое из них - это обсадные трубы из НПВХ и термопласта, которые стали предпочтительным выбором для крепления водозаборных скважин. Они изготавливаются из инертного некорродирующего материала, стоят меньше по сравнению со стальными обсадными трубами и намного дешевле в погрузке, транспортировке и разгрузке. Незначительная масса пластмассовой обсадной колонны не учитывается в формуле для расчета грузоподъемности мачты (см. табл. 1.1). Например, 50-метровый участок обсадной колонны диаметром 150 мм (6 дюймов) весит 175 кг, когда как эквивалентная стальная обсадная колонна - 1200 кг. Таким образом, при использовании стальной колонны именно ее вес является главной составляющей в определении размеров и грузоподъемности мачты бурового станка и мощности лебедки. Второе новшество - появление погружного пневмоударника, разработанного для рентабельного и высокопроизводительного бурения взрывных скважин в твердых породах на карьерах и горнодобывающих предприятиях. Это устройство заметно облегчило разбуривание твердых пород и получило широкое распространение, став практически самым дешевым инструментом для проходки водозаборных скважин. Его использование устраняет необходимость в подаче мощности непосредственно для разрушения породы: она направляется прямо на пневмоударник посредством сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором.

БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ Автор: Питер Болл