Буровые установки разведочных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕСПУБЛИКА УЗБЕКИСТАН

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАВОИЙСКИЙ

ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ

НАВОИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

СБОРНИК ЛЕКЦИИ

по курсу

«Буровые установки разведочных работ»

Навоий - 2009

Сборник лекции по курсу «Буровые установки разведочных работ» / Тошов Ж.Б.- Навоий: НГГИ, 2009. - 52 с.

В работе приводятся общие сведения о технологии и техники буровых установках геологоразведочных работ, установки и способы бурения глубоких скважин. Назначения и принципы работы, конструктивные и кинематические схемы оборудований буровых комплексов

Методические указания предназначены для студентов направлений бакалавриата 5521400 - «Горная электромеханика».

Печатается по решению учебно-методического Совета Навоийского государственного горного института.

Рецензенты:

Заместитель главного

механика НГМК: Иргашев А.Х.

Декан Горного

факультета НГГИ Махмудов А.М.

Оглавление

Введение

Лекция №1. Введение. Общие сведение о технологии и технике бурения разведочных скважин

Лекция №2. Оборудования буровых комплексов разведочного бурения

Лекция №3. Оборудование для промывки и продувки скважин

Лекция №4. Установка для колонкового бурения

Лекция №5. Инструмент для колонкового бурения

Лекция №6. Буровые установки и станки с роторным вращателем

Лекция №7. Установки ударного действия

Лекция №8. Техническое обслуживание и эксплуатация бурового оборудования

Введение

Бурение скважин используют для решения разнообразных задач во многих отраслях народного хозяйства: при изысканиях площадок или трасс для строительства различных сооружений и дорог, сооружении подземных хранилищ газа, выполнении строительных работ и т.д., но наиболее широкое применение буровые работы находят при геологических исследованиях, поисках, разведке и добыче полезных ископаемых с целью обеспечения народного хозяйства минерально-сырьевыми ресурсами.

Современная техника и технология сооружения скважин достаточно сложна и многообразна, вследствие чего эффективное использование ее невозможно без глубокого знания теории и практики буровых работ. Достаточно сказать, что процесс сооружения скважин включает выполнение целого комплекса операции или видов работ, к числу которых относятся: строительные и монтажно-демонтажные работы; собственно бурение, включающее разрушение пород, удаление продуктов разрушения из скважин, крепление ее стенок, выполнение спускоподъемных и других вспомогательных операций; проведение исследований и специальных работ в скважинах, включающих борьбу с осложнениями, тампонирование, торпедирование или перфорирование стенок скважин, борьбу с искривлением или направленное бурение, устройство искусственных забоев или «мостов», установку фильтров и погружных насосов и др.

В соответствии с этим в учебном плане подготовки бакалавров по специальности «Горная электромеханика» предусмотрено изучение ряда профилирующих дисциплин, связанных с бурением геологоразведочных спускоподъемных и других вспомогательных операции; проведение исследований и специальных работ в скважинах, включающих борьбу с осложнениями, тампонирование, установку фильтров и погружных насосов и др.

В соответствии с этим в учебном плане подготовки бакалавров по специальности «Горная электромеханика» предусмотрено изучение ряда профилирующих дисциплин, связанных с буровыми установками геологоразведочных работ.

В соответствии с программой сборник лекции по дисциплине «Буровые установки разведочных работ» включает в себе: сооружение глубоких геологоразведочных скважин с применением вращательного, ударно-вращательного и ударного способов бурения, сооружение неглубоких скважин с применением ударного, вращательного и специальных способов бурения; проектирование работ при сооружении скважин.

Материалы в сборнике лекции излагается с учетом современного состояния техники и технологии бурения скважин и того, что студенты изучили дисциплины учебного плана: «Физика горных пород», «Разрушение горных пород при бурении».

Лекция № 1

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЕ О ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКЕ БУРЕНИЯ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН

План:

1. Общие сведение о технологии бурения разведочных скважин

2. Буровые установки

Цель: изучение студентов о технологии бурения разведочных скважин, и основные буровые установки разведочных работ.

Общие сведение и технологии бурения разведочных скважин

Буровой скважиной называется цилиндрической формы горная выработка глубиной более 5 м и диаметром более 75 мм.

По своему назначению буровые скважины подразделяют на геологоразведочные, эксплуатационные, технические (взрывные, водоразборные) и технологические (дегазационные, тампонажные, вентиляционные, водоотливные, водопонизительные и др.).

Геологоразведочные скважины (поисковые, структурные, картировочные и опорные) предназначены для поиска полезных ископаемых, определения пространственной формы залегания и. отдельных свит пород в земной коре, для выявления условий залегания и подсчета запасов и качества сырья в пределах разведуемого месторождения и геологических структур региона.

Эксплуатационные скважины предназначены для добычи, жидких (нефть, минеральные и термальные воды, питьевая вода) и газообразных полезных ископаемых.

Технические скважины служат различным техническим целям. Так, взрывные предназначены для размещения зарядов, взрывчатого вещества при производстве открытых и подземных работ, а также при сейсморазведке, водоразборные служат для добычи воды из водоносных горизонтов.

Технологические скважины выполняют различные функции: дегазация и ограждение подземных и открытых выработок отметана, притока воды в период эксплуатации; вентиляция выработок; тампонирование трещиноватых и пористых горных пород, и др.

Буровые установки

Бурение разведочных скважин различного направления осуществляют буровыми установками. Бурение скважины в горной породе осуществляют механическими и немеханическими способами с бескерновой и колонковой разработкой забоя. В первом случае породоразрушающий инструмент разрушает породу по всему забою, во втором - периферийную часть в форме кольца с оставлением в центре забоя нетронутой колонки, называемой керном. Бурение скважины производят буровой установкой.

Буровой установкой называют комплекс наземных сооружений, бурового и энергетического оборудования, используемый при проходке скважины. На рис. 1. показана самоходная буровая установка и схема размещения оборудования на площадке. На платформе 1 автомашины смонтированы дизель 2, коробка передач 3, лебедка 4, вращатель 5, мачта 6, контрпривод 7 для приведения в действие бурового насоса 8, генератор 9 с электрощитом 10. Канат 11 барабана лебедки удерживает на весу колонну бурильных труб 12 с колонковым набором 13. Телескопические домкраты 14 служат для подъема мачты, которая во время транспортирования находится на перекладине передней стойки 15. Рычаги 16, 17 служат для включения соответственно приводов ротора, лебедки и бурового насоса, рычаг 18 - для управления фрикционной муфтой лебедки. Резервуар 19 предназначен для промывочной жидкости, желоба 20 (металлические или деревянные) циркуляционной системы располагаются на площадке возле буровой установки. Рычаги 21, 22, 23, 24 включают соответственно фрикцион двигателя, тормоз лебедки, генератор и механизм передачи.

Буровые установки механизируют процессы разрушения породы в скважине (механическими или немеханическими способами), очистки забоя от разрушенной породы, транспортирования последней на поверхность и закрепления скважин обсадными трубами.

Буровые установки, основанные на механических способах приложения разрушающей нагрузки, разделяются на ударные, вращательные, ударно-вращательные, вращательно-ударные, вибрационные.

Установки механических способов бурения подразделяют:

по типу вращателя - на шпиндельные, роторные, забойные и подвижные;

по типу подачи - с гидравлической, дифференциальной, свободной и рычажной;

по транспортабельности - на самоходные, стационарные, передвижные и переносные;

по роду потребляемой энергии - на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Установки, реализующие немеханические способы приложения разрушающей нагрузки, подразделяют на термические, взрывные, электроимпульсные и т. д. Все эти установки, кроме установок термического бурения, находятся в стадии изучения.

В отличие от рассмотренной стационарная буровая установка для колонкового бурения не имеет транспортной базы, она состоит из бурового станка, двигателя, насоса и буровой вышки или мачты. Собственно буровой станок является основным рабочим механизмом, с помощью которого бурится скважина путем механического воздействия на горную породу породоразрушающим инструментом. Буровой станок и остальное оборудование установки перемещаются отдельными блоками на универсальных транспортных средствах.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передвижная установка имеет передвижное буровое здание, транспортную базу, в качестве которой используют колесный, гусеничный, санный ход или плавсредства, перемещаемые буксированием.

Переносные буровые установки перемещают вручную или вьюками.

При разведочном бурении преимущественно применяют самоходные и передвижные буровые установки.

Производству буровых работ, выбору технологии и параметров бурового оборудования и режима бурения предшествует составление геолого-технического задания (наряда) на бурение скважины.

Форма геолого-технического наряда на проходку скважины состоит из двух частей. В геологической части указывают проектный геологический разрез с литологическим описанием буримых пород и перечнем их горно-технологических показателей: категории буримости, абразивности, а также проектной глубины скважины, ее конструкции, диаметра бурения и т. д. В технической части наряда главное внимание уделяют конструкции буровой скважины, выбору бурового оборудования, режима бурения, дают рекомендации по выходу керна и геофизическим замерам в скважине.

Контрольные вопросы

1. Какие функции выполняют технологические скважины?

2. Какая горная выработка называется буровой скважиной?

3. Какие скважины предназначены для добычи жидких и газообразных полезных ископаемых?

4. Из каких основных частей состоит комплекс буровой установки?

5. Какие способы бурения имеется при механическом разрушении горных пород?

Литература

1. Радионов Н.С., Ганзен Г.А. и др. Горное и буровое оборудование М., «Недра» 1983 г.

2. Волков А.С. буровой геологоразведочный инструмент. М., «Недра» 1979г.

Допольнительные литературы

3. Куличихин Н.И., Родионов Н.С., Ганзен Г.А. Буровое оборудование. М., «Недра» 1973 г.

4. Володин Ю.Н. Разведочное бурение. М., «Недра» 1972 г.

5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. М., «Недра» 1981 г.

6. Журналы («Горный вестник Узбекистана», «ТДТУ хабарлари», «Техника юлдузлари», «Горный журнал», «Горно-аналитический бюллетень», «Mining Journal», «Miming and Metallurgy», «Mining Technology»).

7. Сайты: http://www.msmu.ru/, http://msmu.ru/index.

Лекция № 2

Тема: ОБОРУДОВАНИЯ БУРОВЫХ КОМПЛЕКСОВ РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ

План

1. Буровые вышки и мачты.

2. Талевая система

3. Буровая лебедка

Цель: изучение студентов с областом применение, основными элементами, конструкциями буровых вышек и мачты, талевые система и буровые лебедки, и их принципами работы

Буровые вышки и мачты.

Вышками называются конструкции, имеющие не менее трех опор, воспринимающих полезную нагрузку, мачтами - конструкции с одной или двумя опорами.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вышки, по пространственной геометрической форме разделяющиеся на пирамидообразные и башенные, универсальны и пригодны для большинства существующих типов станков. Изготавливают их из профилированного металла и дерева.

Мачты по пространственной геометрической форме различаются на призматические, пирамидообразиые, А-образные и шестовые. Мачты чаще применяют в самоходных или передвижных установках. Изготавливают мачты только из металла.

Стационарные вышки устанавливают на фундаментных столбах, передвижные - на салазках.

Вышка разведочная ВР-24/30 (рис. 1) высотой 24 м и грузоподъемностью 30 т применяется при бурении разведочных скважин глубиной до 1600 м. Вышка представляет собой пространственную металлоконструкцию башенного типа, имеющую форму усеченной пирамиды. Ноги 1 вышки и подкосы 2 ворот выполнены из бесшовных труб диаметром 102 мм с толщиной стенки 6 мм. Ноги вышки соединены хомутами из листовой стали толщиной 10 мм. Пояса 3 трех нижних панелей и пояса под Полатями 4 изготовлены из 102-миллиметровых труб, толщина стенок которых равна 6 мм. Остальные пояса выполнены из труб диаметром 60 мм с толщиной стенки 5 мм. Диагональные тяги 5 трех нижних поясов выполнены из прутковой стали диаметром 24 мм, остальные - из прутковой стали диаметром 20 мм. Нижнее основание 6 представлено двумя полозьями, изготовленными из швеллеров, соединенных металлическими поясами. При опорной поверхности полозьев 3 м² и рабочей нагрузке 30 т удельное давление на грунт составляет 0,1 МПа.

Вышка имеет маршевые лестницы 7 и переходные площадки 8 для обслуживания кронблока 9 и стояка.

Талевая система

Талевая система буровой установки предназначена для выполнения спуско-подъемных операций, поддержания на весу колонны бурильных или обсадных труб и производства в скважине ловильных работ (ликвидация аварий). В состав талевой системы входят неподвижный кронблок, подвижный блок, крюк для подвешивания груза, канат и приспособление для крепления неподвижных концов каната.

Кронблок является неподвижной частью талевой системы. Он устанавливается на верхней площадке буровой вышки пли мачты. Кронблок имеет сварную раму, на которой монтируются канатные шкивы.

Кронблок типа БИ-249 предназначен для буровых установок номинальной грузоподъемностью 10 - 30 т. Конструктивно кронблоки этого типа отличаются числом и диаметром канатных шкивов, прочностью рамы и опор шкивов. Кронблок (рис. 2. а) состоит из рамы 1, канатных шкивов 2, вспомогательного блока 3 и предохранительного кожуха 4. Число роликов и грузоподъемность кронблока выбираются по максимальному усилию на крюке.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Талевый блок является подвижной частью талевой системы и так же как и кронблок предназначен для выполнения спуско-подъемных операций. Он подвешивается к шкивам кронблока на канате. Подобно кронблокам талевые блоки состоят из одной или нескольких секций (блоков). Односекционные (с одним, двумя шкивами) талевые блоки, как имеющие меньшие массу и габариты, получили в буровых установках геологоразведочного назначения преимущественное применение.

В конструкциях талевого блока рассчитывают оси, диаметр шкива на прочность, нижние подвески блока, пальцы и подшипники. Диаметр шкивов D_m (роликов) талевого блока и кронблока выбирают по эмпирическим соотношениям

или

где д_n - диаметр проволоки каната, мм; d_к - диаметр каната, мм; k_з._п= 2,7ч4 - коэффициент запаса прочности каната.

Талевые блоки типа БИ предназначены для работы с комплектом механизмов БИ-249. Устройство двухшкивного талевого блока показано на рис. 3. Он состоит из соединенных болтами щек 1, оси 2 и двух роликов 3, установленных на подшипниках 4. Как и в любом талевом блоке, нижняя ось 5 служит для подвижного крепления штропа крюка. Талевые блоки с одним-двумя шкивами используют в легких установках разведочного бурения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Буровая лебедка

Буровая лебедка является одним из основных механизмов в оборудовании буровой установки. Она служит для производства спуско-подъемных операций, удержания на весу и регулирования подачи колонны бурильных труб с инструментом, а также для выполнения монтажно-демонтажных работ на буровой.

В станках ударного бурения не используют для долбления, в установках вращательного бурения на нефть и газ - для свинчивания и развенчивания свечей, а иногда и для передачи вращения ротору.

Механизация операций достигается достаточным диапазоном скоростей навивки каната на барабан лебедки, его размерами, канатоемкостью и гарантированной грузоподъемностью лебедки. Буровые лебедки имеют жесткую раму с валами, барабан для наматывания талевого каната, тормозное устройство и приводную часть с зубчатыми или цепными передачами, осуществляющими кинематическую связь валов с коробкой скоростей и двигателем. В установках разведочного бурения они являются неотъемлемой частью бурового станка.

Лебедки тяжелых установок выполнены отдельными агрегатами. В современных станках колонкового бурения преимущественно применяют лебедки двух типов: планетарные и фрикционные.

Конструкции планетарных лебедок подразделяют: по расположению тормозных шкивов относительно барабана лебедки - с односторонним и двусторонним расположением шкивов; но расположению осей сателлитов: в торце барабана лебедки и в пусковом шкиве лебедки (наиболее распространены).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В планетарной лебедке с двусторонним расположением тормозных шкивов (рис. 4, а) планетарные шестерни (сателлиты) 1 посажены на оси 2, запрессованные в шкиве 3 барабана лебедки 4. Вращение от коробки через шестерни 5, 6 и солнечную шестерню 7 передается сателлитам 1. При замедлении вращения венцовой шестерни внутреннего зацепления 8, закрепленной на диске тормоза подъема 9, блок сателлитов перекатывается по венцовой шестерне и вращает барабан лебедки. Последний наматывает талевый канат, производящий подъем инструмента. При спуске инструмента в скважину диск подъема 9 растормаживают. Скорость спуска инструмента регулируют тормозом 10. Лебедки применяют в станках типов ГП-1, ЗИФ.

Более компактное исполнение планетарной лебедки нового типа с односторонним расположением тормозных шкивов реализовано в станках семейства УКБ (УКБ-50/100, УКБ-200/300 и др.), которые выпускают в соответствии с ГОСТ 7959 - 74.

Барабан 1 (рис. 4, б) лебедки на шарикоподшипниках свободно посажен на пустотелый вал 2, внутри которого размещается раздаточный вал 3, соединенный одним концом с коробкой передач станка, а другим - с зубчатой полумуфтой 4 вращателя станка. Включение барабана на подъем осуществляется тормозом подъема 6 с помощью планетарной передачи. Спуск инструмента и остановка барабана осуществляются тормозом спуска 5.

Достоинства лебедки: плавность и широкий диапазон изменения скоростных и нагрузочных характеристик узлов механизма привода бурового станка, компактность и простота конструкции, высокий к. п. д.

Фрикционные лебедки применяют в основном в установках типов УРБ-2А (ЗАМ), 13А-15Н, 2Б-15Н с роторным или подвижным вращателями или в станках ударного бурения УГБ-ЗУК (4УК), БУ-20-2М и выполняются по двум схемам: с дисковым (рис. 5, а) или коническим (рис. 5,б) фрикционом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В однобарабанной лебедке с дисковым фрикционом (см. рис. 5,а) вращение валу 1 лебедки передается от коробки передач через двухрядную цепную передачу 2 и звездочку 3. Барабан 4 вращается с помощью фрикционной муфты 5, вмонтированной в тормозной шкив барабана. Ленточный тормоз 6 обеспечивает подачу бурового снаряда на забой по мере углубления. На левом конце вала лебедки расположена катушка 7 для подталкивания грузов в пределах буровой установки.

Достоинства лебедок: простота конструкции, легкость разматывания каната независимо от нагрузки па крюке, возможность получения высокой грузоподъемности

Контрольные вопросы

1. Какая конструкция называется вышкой?

2. Чем различается мачта от вышки?

3. Основные параметры и узлы вышек?

4. Какое оборудование служит для спускоподъемных операций?

5. Расскажите конструкцию планетарных лебедок?

Литература

1. Радионов Н.С., Ганзен Г.А. и др. Горное и буровое оборудование М., «Недра» 1983 г.

2. Волков А.С. буровой геологоразведочный инструмент. М., «Недра» 1979г.

Допольнительные литературы

3. Куличихин Н.И., Родионов Н.С., Ганзен Г.А. Буровое оборудование. М., «Недра» 1973 г.

4. Володин Ю.Н. Разведочное бурение. М., «Недра» 1972 г.

5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. М., «Недра» 1981 г.

6. Журналы («Горный вестник Узбекистана», «ТДТУ хабарлари», «Техника юлдузлари», «Горный журнал», «Горно-аналитический бюллетень», «Mining Journal», «Miming and Metallurgy», «Mining Technology»).

Лекция № 3

Тема: ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОМЫВКИ И ПРОДУВКИ СКВАЖИН

План

1. Общие сведения об оборудованиях для промывки и продувки скважин

2. Буровые насосы.

3. Компрессоры

4. Способ промывки скважины

Цель работы: ознакомление студентов основными узлами и оборудованиями для промывки и продувки скважин.

Общие сведения об оборудованиях для промывки и продувки скважин. Буровым насосом называется машина, преобразующая механическую энергию, приложенную к его валу, в энергию жидкости для подачи и промывки буровой скважины. Основными параметрами насоса являются: подача, т.е. количество промывочной жидкости, нагнетаемой в единицу времени в скважину, максимальное давление, высота всасывания и его гидравлическая мощность. При колонковом бурении применяют в основном плунжерные насосы одинарного действия и поршневые насосы двойного действия.

Принцип действия поршневого и плунжерного насосов основан па вытеснении жидкости из цилиндра поршнем (плунжером), совершающим возвратно-поступательное движение.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В плунжерном насосе (рис. 1,а) рабочим элементом является плунжер 2, изготовленный из высококачественной стали. Он представляет собой полый открытый сверху цилиндр, сопрягающийся с сальниковым уплотнением цилиндра 1 в гидравлической части корпуса насоса. В этом насосе одинарного действия жидкость нагнетается только во время прямого хода плунжера, при его обратном ходе - жидкость всасывается.

В поршневом насосе (рис. 1,б) за один оборот коленчатого вала поршень 2 совершает два хода и, следовательно, всасывание и нагнетание жидкости повторяется по 2 раза, поэтому такие насосы называются насосами двойного действия. Возвратно-поступательное движение плунжер (поршень) получает от кривошипно-шатунного механизма или эксцентрикового вала, вращение которому передается от входного вала-шестерни.

Буровые насосы

Буровые насосы с механическим приводом, основные параметры которых указаны в ГОСТ 19123-80, обеспечивают циркуляцию промывочной жидкости в скважинах глубиной до 2000 м при колонковом вращательном бурении различным породоразрушающнм инструментом, а также гидроударными машинами. Разведочные буровые установки комплектуются насосами с расходом от 20 до 120 л/мин (плунжерные) и 220 до 1000 л/мин (поршневые) при максимальном давлении на выходе от 1,6 до 16 МПа и мощности привода от 1,5 до 75 кВт. Для глубокого бурения применяют в основном двухцилиндровые поршневые насосы с подачей 240-2100 л/мин при Р₀=0,4ч35 МПа и мощностью до 700 кВт.

Все буровые насосы в насосные установки имеют приводной и гидравлический блоки и общую раму (салазки).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Насосная установка НБЗ-120/40 с горизонтальным расположением плунжеров предназначена для промывки скважин чистой оборотной водой и растворами, содержащими твердые частицы размером до 2 мм. Насосная установка (рис. 2), смонтированная на общей раме 1, включает в себя насос 2 и приводной блок 3 с электродвигателем 4, фрикционом 5, коробкой скоростей 6 и высокоэластичной муфтой 7.

Компрессоры (их устройство см. в первом разделе) используют так же для подачи сжатого воздуха в скважину при бурении с продувкой. В зависимости от условий и способа бурения компрессор должен нагнетать сжатый воздух при определенных значениях подачи (расходе) и давления, чтобы преодолеть сопротивление его движению в скважине.

Ниже приведены основные расчетные формулы расхода (подачи) и давления воздуха для выбора типа компрессорной установки при бурении скважин с продувкой.

При вращательном бурении твердосплавным инструментом подача Q (м³/мин) воздуха компрессором для очистки забоя от шлама рассчитывают по формуле

,

где D и d -- соответственно диаметр скважины и наружный диаметр бурильной трубы, м; k_B -- коэффициент, учитывающий уменьшение подъемной силы воздуха с ростом глубины скважины; для глубины 200 м /г_в = 1,05; для 500 м -- 1,11; для 1000 м--1,22.

Скорость v (м/с) восходящего потока воздуха в кольцевом зазоре между стенками скважины и колонной бурильных труб (D²--d²)n/4 равна

где 4,8 - коэффициент пропорциональности; k= 1,1ч1,3- коэффициент увеличения скорости воздушного потока для выноса частиц породы; d_m - диаметр шара (м), равновеликий по объему частицам выбуренной породы (d_ш =0,001ч0,002 м - для твердых пород, 0,003-0,004 м - для глин, разрушенных пород); г_п - удельный вес породы, Н/м³.

Практикой установлены значения: х=10ч12 м/с - для кольцевой формы разрушения забоя и х=15ч20 м/с - для сплошной (бескерновое бурение).

При бурении погружными пневмоударниками в скважину необходимо нагнетать 7-8 м³/мин сжатого воздуха. Скорость восходящего потока должна быть в пределах 18-20 м/с, а давление 0,6-0,7 МПа.

С ростом глубины скважины давление Р (МПа) сжатого воздуха растет по линейной зависимости P = qL + Р₁ + Р₂, где Р₂ - перепад давления в пневмоударнике.

При проходке скважин в высокогорных районах расход воздуха (подача компрессора) должен быть увеличен на 15-30 % в связи с уменьшением плотности воздуха.

Способы промывки (продувки) скважин

Обвязка объединяет взаимоувязанное всеми параметрами оборудование, используемое для транспортирования бурового шлама от забоя к устью скважины

В распространенной практике бурения вращательными установками п установками с забойными буровыми машинами обвязка включает в себя всасывающую, нагнетательную и сливную линии.

Всасывающая линия предназначена для подачи промывочной жидкости от приемника к насосной установке. Эта линия представлена гибким рукавом н фильтром с приемным клапаном. Для геологоразведочных буровых насосов разработаны конструкции всасывающих линий ЛВ-50, ЛВ-75 и ЛВ-100 с диаметром внутреннего рукава соответственно 50, 75, 100 мм н массой 25, 45 и 65 кг при длине рукавов 8,2, 8,3, 8,4 м. Всасывающий трубопровод буровых насосов для промывки глубоких скважин монтируется из обсадных труб и резинотканевых рукавов большого диаметра. Приемный клапан-храпок устанавливается на конце приемного трубопровода. Он служит для удержания раствора в рукаве при заливке и предохранения насоса от попадания посторонних частиц. Суммарная площадь всех отверстий сетки храпка должна в 3 раза превышать площадь сечения приемного трубопровода.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нагнетательная линия осуществляет подачу промывочной жидкости под давлением от насоса к буровой колонне. Она состоит из металлического трубопровода и резинотканевого рукава, вмонтированных в сеть, компенсатора, пусковой задвижки с пультом управления (при глубоком разведочном бурении установками роторного бурения), стояка и вертлюга. Буровые шланги предназначены для подачи промывочной жидкости от стояка к вертлюгу. Их изготавливают из резины и многослойного тканевого каркаса, обеспечивающих плотность, эластичность и прочность шлангу. Компенсаторы (воздушные колпаки) применяют для выравни-вания пульсации жидкости в сливной линии.

В бурении приме-няют пневматические компенсаторы. Компен-сатор устанавливают на нагнетательном патрубке насоса. Это устройство представляет собой блок воздушных колпаков, сообщающихся между собой, с выкидном насоса и нагнетательной линией. При колонковом бурении для сохранения насоса и трубопровода от разрушения в нагнетательной линии устанавливают предохранительные клапаны

В состав сливной линии входят приемные желоба и резервуары для очистки и приготовления промывочной жидкости. Контроль режима работы циркуляционной системы осуществляют по показаниям манометра или измерителя давления (МИД-1, МИД-1А) и расходомера промывочной жидкости (ЭМР-2, ЭМР-10, ЭМР-5, РПЛ-1).

Масловлагоотделители, шламоуловители, батарейные холодильники включаются в схему обвязки оборудования соответственно для сбора масла, влаги, пылеподавления и искусственного охлаждения сжатого воздуха при бурении с продувкой.

Способ промывки скважины и соответствующая ему обвязка оборудования зависят от конструкции скважины, геологической структуры и свойств буримых пород. Различают прямой, обратный и комбинированный способы промывки.

На рис. 3 показана схема обвязки бурового оборудования при прямом способе промывки. Промывочная жидкость из зумпфа 1 насосом 2 нагнетается в колонну бурильных труб 3, охлаждает инструмент 4, захватывает с забоя 5 частицы разрушенной породы и, поднимаясь по кольцевому пространству, достигает устья скважины и выливается в желоб в циркуляционной системы, где и происходит очистка раствора отчастиц бурового шлама. При обратном способе промывки (рис. 4, а) насос 1 нагнетает раствор к забою по кольцевому пространству 2 между бурильными трубами 3 и станками скважины 4. Очищая забой от разрушенной породы, промывочный раствор поступает внутрь колонковой трубы 5 и обогащенный шламом по внутреннему каналу колонны бурильных труб достигает вертлюга-сальника 6. Из сливного рукава 7 промывочный раствор поступает в систему желобов 8 и отстойников 9.

При комбинированном способе промывки глинистый раствор над колонковой трубой движется по схеме прямой промывки, а в колонковом снаряде - по схеме обратной промывки. Для создания обратной циркуляции в призабойной части скважины всегда используется жидкость, а в верхней части может быть применен как жидкий, так и газообразный агент. Изменение направления раствора в призабойной части скважины достигается с помощью специальных технических устройств, преобразующих движение промывочной жидкости. Наиболее распространенными техническими устройствами, обеспечивающими комбинированную циркуляцию очистного агента в скважине, являются конструкции снарядов: эжекторных (струйные насосы), эрлифтных типа КОЭН и паксрных.

При бурении скважин с продувкой (рис. 4, б) устье скважины герметизируют и восходящий поток воздуха пропускают через шламоуловитель или конец рукава, который опускают в резервуар с водой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В практике разведочного бурения способ прямой промывки имеет преимущественное распространение.

Контрольные вопросы

1. Какие оборудования применяется для промывки и продувки скважин?

2. Какие параметры являются основным для бурового насоса?

3. Основные принципы работы и различие между поршневым и плунжерным насосом?

4. Какая должна быть скорость восходящего потока при бурении скважин?

5. Какие способы имеются при промывки и продувки скважин?

Литература

1. Радионов Н.С., Ганзен Г.А. и др. Горное и буровое оборудование М., «Недра» 1983 г.

2. Волков А.С. буровой геологоразведочный инструмент. М., «Недра» 1979г.

Допольнительные литературы

3. Куличихин Н.И., Родионов Н.С., Ганзен Г.А. Буровое оборудование. М., «Недра» 1973 г.

4. Володин Ю.Н. Разведочное бурение. М., «Недра» 1972 г.

5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. М., «Недра» 1981 г.

6. Журналы («Горный вестник Узбекистана», «ТДТУ хабарлари», «Техника юлдузлари», «Горный журнал», «Горно-аналитический бюллетень», «Mining Journal», «Miming and Metallurgy», «Mining Technology»).

Лекция - 4

Тема: УСТАНОВКИ ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

План

1. Основные узлы и механизмы

2. Вращатели и механизмы подачи

3. Гидросистема буровых станков

4. Коробки передач буровых станков

Цель: ознакомление студентов основными узлами и механизмами установок для колонкового бурения.

Основные узлы и механизмы. Установки колонкового бурения включают комплекс оборудования (буровой станок, двигатель, насос, буровая вышка или мачта), технологически увязанного своими параметрами с параметрами скважин.

Буровой станок -- это машина, оснащенная вращателем, с помощью которого с поверхности через колонну бурильных труб мощность передается инструменту для разрушения породы в забое скважины.

Станок колонкового бурения состоит из следующих основных узлов: вращатель, лебедка, гидросистема, механизм подачи бурового инструмента, коробка передач, главный фрикцион для включения и отключения станка от двигателя, пульт управления с контрольно-измерительной и сигнальной аппаратурой (КИП).

Вращатель предназначен для передачи вращения буровому снаряду.

Лебедку применяют для осуществления спуско-подъемных операций.

Гидросистема станка используется в большинстве станков колонкового бурения для регулирования подачи бурового снаряда, работы зажимных патронов, перемещения станка вдоль рамы, свинчивания и развинчивания бурильных труб и др.

Механизм подачи используют для регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе углубкп скважины.

Коробка передач предназначена для регулирования частоты вращения и скорости подъема бурового снаряда.

Главный фрикцион служит для включения и отключения станка от двигателя.

Пульт управления с КИП применяют для регулирования и контроля параметров режима бурения, которые могут изменяться бурильщиком.

Все эти узлы, механизмы и энергосистемы монтируются на станках и рамах станка.

Буровые станки классифицируют:

- по типу механизма подачи - с рычажной, дифференциально-рычажной, дифференциально-винтовой, гидравлической подачей. В некоторых станках неглубокого бурения реализована комбинированная рычажно-дифференциальная подача и подача с барабана лебедки (роторные станки);

- по транспортабельности - на стационарные (блочные, разборные), самоходные и передвижные.

Вращатели и механизмы подачи

Вращатель - основной рабочий механизм бурового станка. С его помощью передают скорость вращения, крутящий момент, осевое усилие и скорость подачи буровому снаряду на забой скважины. Конструкция вращателя представляет собой редуктор, преобразующий вращение из горизонтальной плоскости в вертикальную.

Вращатели бывают трех типов: шпиндельные, роторные и подвижные.

Шпиндельным вращателем оснащаются станки установок унифицированного ряда УКБ, станки типов СБА, ЗИФ и др.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Элементы шпиндельного вращателя (рис. 1, а): полый шпиндель 1 с зажимными патронами 2 и 3, полая втулка 4 и угловой редуктор 5. Основным элементом конструкции является шпиндель (круглый, шестигранный или шлицевой). Кинематический связанный с блоком отбора мощности бурового станка шпиндель воспринимает и передает буровой колонне нагрузки, предельные значения которых и определяют напряжения в отдельных его элементах.

Роторным вращателем оснащаются установки типов УРБ-2А, УРБ-ЗАМ, 1БА-15 и др., предназначенные для бурения вертикальных и слабонаклонных скважин.

Роторный вращатель (рис. 1, б) состоит из углового конического редуктора 1, фигурной втулки 2, вкладыша 3 и ведущей трубы 4.

Основное достоинство - в простоте конструкции и большом ходе подачи. Недостатки: затруднено регулирование осевой нагрузки на буровой инструмент при небольшой глубине скважины, при наращивании необходимо отрывать буровой инструмент от забоя, что приводит к разрушению керна.

Подвижным вращателем оснащаются передвижные установки типа УПБ-2, портативные буровые станки типов Д-10, ВС-СГГ, ПВБСМ-15, БСК-2М-100 и др.

Достоинства: возможность применения различных способов бурения (вращательного и ударно-вращательного); отсутствие ограничения по диаметру бурильных и обсадных труб, облегчение механизации спуска.

Получили распространение две схемы монтажа подвижных вращателей: на направляющих стойках (рис. 1, в) и на штоках (или на цилиндрах) механизмов подачи (например, в станках БСК-2М-100, БСК-2В-100).

Подвижный вращатель (см. рис. 1, в) состоит из индивидуального двигателя 1 с вращателем, понижающего редуктора 2, бурильной трубы 3, гидроцилиндров подачи 4 и направляющей стойки 5.

Гидросистема буровых станков

Под гидроприводом, обычно отождествляемым с понятием «гидросистема», понимается совокупность устройств, передающих энергию путем использования жидкости под давлением. Гидропривод буровых станков состоит из источника расхода жидкости, которым в большинстве случаев служит насос-гидродвигатель вращательного движения, жидкостные магистрали (гидролинии или гидросети), агрегаты управления с контрольно-измерительными приборами.

В гидросистемах буровых установок и станков самыми распространенными рабочими органами являются гидравлические силовые цилиндры (гидроцилиндры двустороннего действия) вращателей шпиндельного типа и силовые цилинды (одностороннего действия) подъемных и передвижных механизмов.

В качестве рабочей жидкости гидросистем буровых станков применяют минеральное масло. Оно должно быть маловязким в широком температурном диапазоне, отличаться устойчивостью против окисления, не содержать смолистых осадков, нарушающих работу гидросистемы.

Гидропривод станков применяют для осуществления подачи и регулирования нагрузок на буровом снаряде. Кроме того, гидросистему станка используют при подъеме и опускании мачты и перемещении станка вдоль рамы. Гидропривод служит также для перемещения и установки станка над устьем скважины перед опусканием бурового снаряда на забой. От гидросистемы также работают зажимные патроны шпинделя.

Основными узлами гидропривода являются маслонасосы шестеренные (зубчатые), рассчитанные на давление до 3 МПа и лопастные - на давление до 7,5 МПа, маслобак, распределительные краны, напорный и сливной трубопроводы, подключенные к пульту управления с контрольно-измерительной аппаратурой для управления работой гидроцилиндрами подачи бурового снаряда и перемещения станка.

Гидронасосы приводятся в действие клиноременной передачей или шестеренной передачей от коробки передач бурового станка или от индивидуального двигателя, как, например, у станков СКБ-4, ЗИФ-1200МР. Применяемые для этой цели насосы отличаются простотой устройства, малым числом деталей, надежной работой и равномерностью подачи масла.

На рис. 2, а показана схема работы масляного насоса. При работе насоса шестерни 1 и 2 вращаются в направлениях, показанных стрелками. Масло, поступающее к насосу по каналу 3, заполняет впадины между зубьями шестерен и переносится к отводящему каналу 4 и далее в нагнетательную линию.

Насосы пластинчатые представляют собой объемную ротационную машину одно- или многократного действия.

В пластинчатых насосах однократного действия (рис. 2,б) ротор 1 с лопатками 2 вращается вместе с валом, посаженным с эксцентриситетом е относительно статора 3. Поступающая из окна А всасывающей гидролинии в пазы между соседними лопатками рабочая жидкость через окно Б вытесняется в напорную гидролинию. Одновременно жидкость поступает под лопатки (в полость В) ротора и прижимает их к поверхности статора.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В пластинчатых насосах двукратного действия (рис. 2,в) рабочая жидкость всасывается на участках 1 - 8 и 5 - 4, а на участках 7 - 6 и 3 - 2 она подается в напорную гидролинию. Остальные участки - переходные. Таким образом, за один оборот ротора насос дважды подает жидкость в напорную гидролинию.

Коробки передач буровых станков

Коробка передач предназначена для регулирования частоты вращения основных исполнительных органов буровой установки - вращателя и лебедки, с тем, чтобы их режим работы соответствовал условиям технологического процесса бурения. У большинства современных станков вращательного бурения на твердые полезные ископаемые используют коробки с зубчатыми передачами, которые ступенчато меняют частоту вращения. Диапазон ступенчатого регулирования и число частот (скоростей) вращения определяют передаточным числом между первичным и выходным валами коробки передач. Вал коробки, соединяющийся с двигателем или его трансмиссией, называют ведущим. Вал, передающий вращение исполнительному механизму, называют ведомым. Валы, находящиеся между ведущими и ведомыми, называются промежуточными. В буровых станках получили распространение трех-, шести- и более скоростные коробки передач. Коробка передач с тремя - пятью скоростями и механизмом их переключения не являются сложными. Как правило, их изготавливают в едином литом или сварном корпусе.

Большинство современных многоскоростных станков с шестью, десятью скоростями переключений имеют основную коробку передач и дополнительный редуктор. Установленный до или после основной коробки передач редуктор составляет с ней единую кинематическую цепь. Он позволяет также в случае необходимости исключить передачу высоких частот вращения на лебедку станка. В буровых станках легкого типа находят применение автомобильные коробки передач. В разрабатываемых станках бесступенчатое регулирование частот вращения основных исполнительных органов достигают использованием тиристорных преобразователей.

Коробка передач базовой модели установки УКБ-50/100 расположена на верхних балках рамы бурового станка. Она имеет два диапазона скоростей вращения шпинделя: первый диапазон - 155, 325, 590 и 1000 об/мин, второй диапазон - 305, 645, 1170 и 2000 об/мин (обеспечивается сменой пары конических зубчатых колес).

Контрольные вопросы

1. Из каких узлов состоит станок колонкового бурения?

2. Для какой цели предназначен вращатель?

3. Расскажите принципиальную схему вращателей станков колонкового бурения?

4. Основное достоинство роторного вращателя?

5. Какие требования имеются для рабочей жидкости гидросистем буровых станков?

Литература

1. Радионов Н.С., Ганзен Г.А. и др. Горное и буровое оборудование М., «Недра» 1983 г.

2. Волков А.С. буровой геологоразведочный инструмент. М., «Недра» 1979г.

Допольнительные литературы

3. Куличихин Н.И., Родионов Н.С., Ганзен Г.А. Буровое оборудование. М., «Недра» 1973 г.

4. Володин Ю.Н. Разведочное бурение. М., «Недра» 1972 г.

5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. М., «Недра» 1981 г.

6. Журналы («Горный вестник Узбекистана», «ТДТУ хабарлари», «Техника юлдузлари», «Горный журнал», «Горно-аналитический бюллетень», «Mining Journal», «Miming and Metallurgy», «Mining Technology»).

7. Сайты: http://www.msmu.ru/, http://msmu.ru/index., mailto:abitur@msmu.ru, http://www.biblus.ru/, http://www.rosugol.ru/, http://www.conveer.ru/, http://library.stroit.ru/, http://www.ssgpo.kz/, http://www.ssgpo.kz/ssgpo/struct/mine, http://www.nkmz.com/, http://www.ormetiz.ru/, http://gornoedelo.narod.ru/, http://www.new-technologies.spb.ru/news/

Лекция № 5

Тема: ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

План

1 Общие сведения о породоразрушающих инструментов

2 Колонковые наборы, бурильные трубы, обсадные трубы

3 Твердосплавные коронки, алмазные коронки и буровые долота

Цель: изучение используемые инструменты для колонкового бурения, типы и конструкции бурильных труб, типы и конструкции породоразрушающих инструментов и их применение.

Общие сведения об породоразрушающих инструментов. Для бурения скважин применяют наборы бурового инструмента, называемые буровыми снарядами. Состав бурового снаряда зависит от способа бурения.

При вращательном бурении с отбором керна буровой снаряд состоит из колонкового набора, колонны бурильных труб и бурового сальника (или вертлюга-сальника).

При ударно-вращательном бурении в буровой снаряд дополнительно включают гидравлическую или пневматическую забойную машину.

Для предупреждения и гашения вибраций инструмента в состав буровых снарядов могут быть введены виброгасители.

Колонковые наборы. Колонковые наборы (рис. 1) предназначены для разрушения горных пород, приема керна, срыва и удержания его при подъеме из скважины.

Буровые коронки, предназначенные для разрушения горных пород и формирования керна, могут быть армированы резцами твердого сплава, сверхтвердого синтетического материала или алмазами. Наружные диаметры коронок унифицированы, что позволяет чередовать их в работе в соответствии с механическими и абразивными свойствами горных пород.

Кернорватели служат для отрыва керна от массива и удержания его в колонковой трубе при подъеме на поверхность. При колонковом бурении наиболее распространены кернорватели с кольцевой конической пружиной, размещенной в цилиндрическом корпусе с внутренней конической расточкой. Пружинное кольцо кернорвателя разрезано по образующей, что обеспечивает плотный обхват керна, несколько отличающегося по диаметру.

Колонковые трубы предназначены для приема и сохранения керна. На концах труб нарезана внутренняя цилиндрическая трапецеидальная резьба с шагом 4 мм и углом наклона боковых сторон профиля 5°. Колонковые трубы поставляют длиной 1,5-6 м. При больших углубках за рейс колонковые трубы могут быть соединены ниппелями.

Для ударно-вращательного бурения с использованием пневмоударников и иногда гидроударников применяют более прочные и износостойкие колонковые трубы, изготавливаемые из ниппельных заготовок или толстостенных (6-7 мм) труб.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Переходники, входящие в состав колонковых наборов, предназначены для соединения бурильных труб с колонковой или с колонковой и шламовой трубами. Диаметр корпуса переходника превышает на 0,5--3 мм наружный диаметр соответствующей колонковой трубы.

Шламовые трубы служат для сбора шлама в процессе бурения. В состав колонкового набора их включают в тех случаях, когда скорость восходящего потока промывочной жидкости или газа недостаточна для выноса крупных и тяжелых частиц шлама. С переходником шламовая труба соединяется по левой резьбе, что исключает отвинчивание ее в процессе бурения.

Бурильные трубы. Колонна бурильных труб представляет собой разъемный полый вал, предназначенный для спуска и подъема колонкового набора, передачи породоразрушающему инструменту крутящего момента от вращателя станка и осевой нагрузки, нагнетания к забою промывочной жидкости или сжатого воздуха. При бурении с гидро- или пневмотранспортом керна колонна бурильных труб является каналом, по которому керн и шлам транспортируются на поверхность потоком жидкости или газа.

При геологоразведочном бурении применяют в основном стальные бурильные трубы (СБТ), положительные результаты получены при использовании бурильных труб из легких сплавов (ЛБТ).

Для бурения геологоразведочных скважин применяют бурильные трубы, соединяемые ниппелями, муфтами и замками или непосредственно труба в трубу.

Обсадные трубы. Обсадные трубы предназначены для крепления неустойчивых стенок скважины, изоляции водоносных горизонтов и зон поглощения промывочной жидкости.

В геологоразведочном бурении применяют цельнотянутые гладкостенные обсадные трубы, соединяемые ниппелями или непосредственно труба в трубу. В обоих случаях на трубах нарезана цилиндрическая трапецеидальная резьба с шагом 4 мм и углом наклона боковых сторон профиля 5°. Безниппельное соединение имеет трубы диаметром 33,5, 44, 57, 73 и 89 м, а ниппельное - от 73 до 146 мм. Обсадные трубы ниппельного соединения имеют те же размеры, что и колонковые трубы.

Твердосплавные коронки

Твердосплавные коронки (рис. 2)применяют для колонкового бурения пород I-VIII и частично IX категорий по буримости. Корпус коронки представляет собой стальное кольцо, верхняя часть которого имеет внутреннюю коническую расточку (конусность 1:8 или 1:16) для заклинивания керна и наружную резьбу для соединения с колонковой трубой. Короночные кольца имеют следующие диаметры (в миллиметрах):

Наружный 34,5 44,5 57,5 74 90-91 109-110 129-130 148-149

Внутренний 22,5 32,5 45,5 61 77 96 106 135

В нижней части кольца выполнены промывочные каналы, образующие в корпусе выступы - зубки. Твердосплавные резцы размещены в гнездах зубков и припаяны латунью.

Резцы должны перекрывать торец кольца и возвышаться над ним, выступая за наружную и внутреннюю поверхности, что обеспечивает возможность погружения резцов в горную породу и создает зазоры для циркуляции промывочной жидкости и удаления шлама.

В коронках для бурения пород средней твердости выход резцов за наружную поверхность короночного кольца находится в пределах 0,75-1,5 мм, а для бурения мягких пород I-IV категорий он достигает 10-11 мм, для чего резцы размещают в приваренных к корпусу ребрах.

...