работа на буровом станке свб-2м, машинист буровой установки. буровой станок свб-2м. Учебное пособие для машинистов бурового станка свб 2М
 Скачать 7.61 Mb.
|
Станки комбинированного буренияЭти станки являются универсальными машинами, позволяющими вести бурение скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися породами различной крепости и структуры. Эффективность разрушения твердых горных пород достигается за счет комбинированного воздействия на породу различных механических и немеханических способов бурения. Рис. 6. Конструктивная схема станка комбинированного (термомеханнческого) бурения Из немеханических способов бурения широкое применение получил термический, который в сочетании с механическим способом позволяет эффективно бурить плотные породы высокой крепости. При термическом бурении разрушение горной породы происходит вследствие интенсивного одностороннего нагревания забоя скважины раскаленными струями газов. Наиболее эффективно разрушаются кварцсодержащие породы, имеющие низкую теплопроводность при большом коэффициенте линейного расширения. Сущность термомеханического способа бурения заключается в том, что нагрев породы вызывает значительное снижение ее прочности, а окончательное разрушение достигается механическим способом. Схема станка термомеханического бурения показана на рис. 6. Станок оснащен термошарошечным рабочим инструментом. Высокотемпературные газовые струи, вытекающие из сопел / термобура, разрушают и ослабляют горную породу на забое скважины. С помощью шарошечного бурового инструмента 2 производится разрушение породы. Термошарошечный рабочий инструмент, закрепленный на штанге 3, вращается с помощью вращателя 4. Рабочие компоненты -- керосин, кислород и вода -- подаются к входному коллектору 5 на вращателе и далее по каналам в штанге поступают к горелке термобура. Разрушенная порода выносится парогазовой смесью. Станки термошарошечного бурения позволяют вести проходку скважины шарошечным долотом, с последующим расширением до необходимого диаметра термобуром. способы механического бурения скважин и их характеристики Под способом бурения понимается совокупность следующих процессов и параметров: собственно, процесс бурения, тип породоразрушающего инструмента, особенности привода, способ удаления продуктов разрушения, характер получаемых образцов, их транспортировка на поверхность и некоторые другие. Способы бурения скважин 1. Колонковый. Вращательное бурение кольцевым забоем скважин малого диаметра в породах малой твердости последовательными углублениями, в основном твердосплавным породоразрушающим инструментом с низкой частотой вращения, с получением керна, с закреплением и без закрепления стенок обсадными трубами. 2. Медленно-вращательный. Вращательное бурение скважин малого и большого диаметра в породах малой твердости сплошным забоем, рейсовыми углублениями, спиральными, ложковыми либо тарельчатыми бурами. Получение образцов в виде перемятых и перетертых комков грунта. 3. Шнековый. Бурение скважин малого диаметра одним рейсом с использованием долот. Стены не закрепляются обсадными трубами. 4. Винтовой. Винтовой породоразрушающий инструмент завинчивается в грунт, а затем извлекается на поверхность. При этом размещенный на лопастях инструмента грунт срезается по боковым поверхностям. Способ может использоваться только в рыхлых и мягких грунтах. 5. Роторный винтовой породоразрушающий инструмент завинчивается в грунт, а затем извлекается на поверхность. При этом размещенный на лопастях инструмента грунт срезается по боковым поверхностям. Способ может использоваться только в рыхлых и мягких грунтах. 6. Ударно-канатный Бурение скважин малого и большого диаметра в породах любой твердости. Удаление продуктов разрушения механическим способом с помощью желонки, получение продуктов разрушения в виде шлама. Стенки, как правило закрепляются обсадными трубами. 7. Вибрационный Наиболее производительный метод (до 50-70 м/смену). Вибрационное бурение обеспечивает проведение качественной геологической документации исследуемого разреза. 8. Вдавливание (Статическое зондирование) Бурение скважин малого диаметра в породах малой твердости кольцевым забоем без принудительного удаления продуктов разрушения и с получением образцов в виде керна Свойства породы Основные свойства горных породСкважины бурят в самых разнообразных геологических условиях. Поэтому и способ разрушения горных пород, тип породоразрушающего инструмента, режим его работы, крепление стенок скважины выбирают в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород, которые определяются комплексом геологических признаков (минералогическим составом, структурой и текстурой) и зависят от свойств основного минерального вещества, размера зерен, минерального цемента, пустотности, трещиноватости и др. Наиболее существенно на процесс бурения влияют следующие свойства пород:
Прочностью называется способность горных пород сопротивляться разрушению при сжатии, скалывании, растяжении и других видах деформации. Прочность горных пород зависит от многих факторов и колеблется в широких пределах. Испытание на прочность при сжатии проводится в лабораторных условиях на гидропрессах с определением сжимающего усилия в момент разрушения образцов горной породы, изготовленных в виде куба с ребром 5 см или цилиндров диаметром и высотой 5 см. Для определения прочности горных пород на скалывание изготавливают пластинку из породы поперечным сечением 30×15 мм и длиной 120–150 мм помещают в прибор между ножами, на один из которых действует гидравлический пресс. Временное сопротивление горной породы растяжению определяют на образце горной породы в форме прямоугольной призмы длиной 80 мм, шириной 20 мм и толщиной 10 мм на гидропрессе, имеющем специальное приспособление. Прочность горных пород на скалывание и растяжение значительно меньше, чем на сжатие. Если принять предел прочности породы при сжатии за 1,0, то предел прочности ее на скалывание равен 0,2–0,08, а на растяжение 0,07–0,04. Поэтому горные породы легче разрушать скалыванием, чем смятием или раздавливанием. Сопротивление горных пород разрушению при динамических нагрузках существенно отличается от сопротивления при статическом воздействии. В связи с этим при выборе способов бурения предпочтение следует отдавать таким, при которых преобладает динамическое воздействие на породу. Динамическая прочность горных пород определяется несколькими способами: ударом на изгиб, толчением и дроблением, определением ударной вязкости. Испытание ударом на изгиб проводят на маятниковом копре Шоппера. Обычно породы, обладающие высокой твердостью, имеют сравнительно невысокую ударную вязкость. Эту зависимость необходимо учитывать при определении рациональной области применения различных способов бурения. По коэффициенту динамической прочности Fд горные породы делят на шесть групп; к горным породам одной группы по динамической прочности могут относиться породы с различной прочностью на статическое сжатие. Твердость есть свойство тела оказывать противодействие проникновению в него другого тела – сопротивление горной породы вдавливанию в нее другого, более твердого тела. Бурение сопровождается внедрением в породу рабочих элементов породоразрушающего инструмента, поэтому твердость существенно влияет на скорость бурения. Существуют различные методы оценки твердости горных пород: вдавливание в породу наконечников, царапание породы; метод фиксации затухания колебаний маятника, на конце которого укреплена игла, царапающая шлифованную поверхность образца; истирание или резание породы. В геологии большое распространение имеет шкала твердости минералов Мооса, по которой условную твердость минералов определяют методом царапания; по этой шкале твердость характеризуется отвлеченным числом (номером). Для практических целей важно знать не условную или относительную твердость горной породы, а абсолютную твердость, измеряемую, как правило, в МН/м2 (кгс/см2). В настоящее время механические свойства горных пород определяются методом, предложенным Л. А. Шрейнером. По этому методу твердость горных пород определяют путем вдавливания в шлифованную поверхность образца породы штампа с гладким торцом (пуансона) площадью 1×2 мм (для твердых пород) и 5×2 мм (для пород малой твердости) с замером нагрузок, деформации до разрушения, параметров зоны разрушения и в вычислением показателей механических свойств. Упругость– свойство горных пород изменять свою форму и объем под действием внешней нагрузки и восстанавливать первоначальное состояние после устранения воздействия. Хрупкость– свойство горных пород разрушаться без заметной пластической деформации. Пластичность– свойство горных пород необратимо деформироваться от действия внешних сил или внутренних напряжений, т. е. претерпевать пластическую (остаточную) деформацию без нарушения сплошности материала. Абразивность– способность горной породы изнашивать при трении разрушающий ее инструмент. При бурении абразивных горных пород за счет износа инструмента сокращается время его работы на забое. Абразивность в значительной степени зависит от твердости породообразующих минералов: повышенной абразивностью обладают породы, состоящие из зерен очень твердых минералов, связанных менее твердым цементом. Для оценки абразивности предложены различные методы, в основу которых принят один принцип – истирание эталонного предмета. На практике обычно применяют метод и прибор для определения абразивности пород по износу свинцовых шариков. Пустотность (пористость), характеризуемая наличием в горной породе пустот, усложняет процесс бурения; пустоты могут образовываться и за счет растрескивания породы. Трещиноватостьгорных пород также влияет на процесс бурения; наиболее существенно она снижает эффективность алмазного бурения. Устойчивость– способность пород сохранять первоначальное положение при вскрытии их в массиве и не обрушаться со стенок скважины без дополнительного их крепления. В неустойчивых породах требуется закреплять скважину и принимать меры по сохранению разрушающегося керна; устойчивость зависит от характера связей в горной породе. Водопроницаемость горных пород зависит от размера и характера пор и трещин, влияет на потери промывочной жидкости в скважине. Плотность горных пород определяет условия транспортирования разрушенной породы на поверхность. При определении физико-механических свойств горных пород необходимо помнить об анизотропности пород, т. е. различии значений свойств в зависимости от направления воздействия на образец.
Плотность твердого компонента - масса единицы объема только твердой фазы породы. При этом следует иметь в виду, что для сплошных тел (скальных, монолитных горных пород) плотности породы и ее твердого компонента тождественны. В табл. 5.6 приведены данные о плотности наиболее распространенных минералов и горных пород. Слоистость, сланцеватость также создают анизотропию свойств горных пород. Механические свойства многих горных пород связаны с их текстурой. Для осадочных пород характерна слоистая текстура, для метаморфических – сланцеватая, причем значения свойств породы в направлении, параллельном плоскостям напластования или сланцеватости, отличны от значений тех же свойств в перпендикулярном направлении (анизотропия). Магматические горные породы также могут быть анизотропными по механическим свойствам, если имеют текстуру, характеризующуюся ориентированным расположением кристаллов породообразующих минералов. Анизотропные горные породы при пересечении их скважиной под углом к плоскости напластования или сланцеватости (т. е. к плоскости наименьшего сопротивления породы разрушению при бурении) разрушаются на забое неравномерно, что приводит к искривлению скважины. Совокупность физико-механических свойств горных пород определяет их буримость, т. е. способность горных пород сопротивляться проникновению в них породоразрушающего инструмента. Буримость горной породы характеризуется механической скоростью бурения – значением углубления скважины за единицу времени. Этот показатель очень важен, так как по буримости пород планируются и нормируются буровые работы. БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ, приспособления и механизмы, применяемые при бурении шпуров и скважин. Буровой инструмент подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный. Конструктивные особенности и номенклатура бурового инструмента зависят от области применения (бурение горнотехнических, геологоразведочных, нефтяных или газовых скважин), способа и диаметра бурения. Технологический буровой инструмент применяют для производства работ, связанных непосредственно с процессом бурения скважин. К нему, в первую очередь, относится породоразрушающий буровой инструмент (ПБИ), выполняющий в процессе бурения скважины одну из основных функций - разрушение породы. Кроме того, ПБИ применяют для проведения специальных работ (например, разбуривания железобетонных мостов, металлических башмаков, остатков труб и т.п.). ПБИ по назначению разделяют на буровые долота - при бурении сплошным забоем; на буровые коронки (бурильные головки) - при бурении геологоразведочных скважин кольцевым забоем с отбором керна, а также при бурении взрывных скважин и шпуров; на инструмент специального назначения (зарезные и фрезерные долота, расширители, калибраторы и др.). При бурении на нефть или газ (более 90% общего объёма бурения), а также при бурении в горнорудной промышленности наиболее распространённым ПБИ является шарошечное долото. Шарошечное долото (или бурильная головка при колонковом бурении) состоит из шарошек (стальной цилиндр или конус, имеющий зубья или армированный цилиндрическими штырями), смонтированных на подшипниках качения или скольжения (рисунок). Шарошечные долота выпускают одно-, двух- и трёхшарошечными различных типов в соответствии с твёрдостью разбуриваемых пород, заданной скоростью вращения долота и тому подобное. Стоимость затрат на производство шарошечных долот при бурении взрывных скважин на железорудных карьерах составляет 30-40% общих затрат на бурение. Для повышения эффективности разрушения прочных и абразивных пород (особенно при глубине скважины более 2000 м) используется алмазный буровой инструмент. Технико-экономический эффект от применения алмазных долот получается за счёт большей стойкости (ресурса) долота и, следовательно, сокращения времени на спускоподъёмные операции. При вращательном бурении используются также долота режущего типа, а при ударно-вращательном - лезвийные и штыревые долота. Буровые коронки всех типов состоят из стального корпуса и режущих элементов и подразделяются на коронки, армированные твёрдым сплавом (твердосплавные коронки), и коронки, армированные природными или синтетическими алмазами (алмазные коронки). Алмазные коронки обеспечивают наиболее благоприятный режим разрушения горной породы резанием с незначительной динамикой (вибрацией), что создаёт необходимые условия для сохранения керна неповреждённым. К технологическому буровому инструменту также относится инструмент, предназначенный для механической и гидравлической связи ПБИ с наземным буровым оборудованием, спускоподъёмных операций, замены ПБИ и обеспечения его работы на забое. При бурении скважин на нефть и газ - это ведущие, утяжелённые бурильные трубы, центраторы и другие элементы бурильной колонны; при бурении геологоразведочных скважин - колонковые трубы для размещения керна и устройств отрыва керна от забоя; при бурении взрывных шпуров или скважин - буровой став, состоящий из одной или нескольких буровых штанг. В геологоразведочном бурении набор технологических инструментов, соединённых в определённой последовательности, называют буровым снарядом. Вспомогательный буровой инструмент (ключи и другие приспособления) предназначен для сборки и разборки буровых колонн (бурового става), а также подъёма, спуска и удержания на весу элементов бурильной колонны, штанг и обсадных труб. Аварийный буровой инструмент (метчики, колокола, труборезы и др.) применяют при возникновении осложнений в процессе бурения скважин. Метчики предназначены для ликвидации обрывов бурильных, колонковых и обсадных труб. Колокол служит для извлечения оборванных бурильных труб из скважины захватом их за муфту, замковое соединение или за гладкую часть буровой трубы. Гидравлические труборезы применяют для разрезания прихваченных в скважине обсадных (колонковых), а также бурильных труб при их извлечении отдельными частями. Специальный буровой инструмент служит для ориентации технологического инструмента в скважине с целью осуществления её бурения в заданном направлении и включает в себя отклонители различных конструкций и средства ориентировки скважины. Назначение и классификация породоразрушающего инструмента (ПРИ) |