Технология ударно-вращательного способа бурения скважин с применением пневмоударника
Параметры режима УВБ с применением пневмоударников те же, что и при бурении с гидроударниками.
Осевую нагрузку в каждом конкретном случае подбирают с учетом всех рассматриваемых ранее факторов. Ниже приведены значения Go, рекомендуемые для УВБ с применением пневмоударников.
Следует отметить, что при бурении в мягких глинистых породах, в особенности имеющих отрицательную температуру, повышенная осевая нагрузка в сочетании с большой силой ударов приводит к отрицательным результатам в связи с тем, что резцы внедряются на всю высоту выхода из тела коронки и при этом перекрываются циркуляционные каналы между торцом ПРИ и забоем. В таких условиях пневмоударник прекращает свою работу (глохнет), а продукты разрушения не удаляются с забоя. Кроме того, при бурении в мягких породах с отрицательной температурой в контактной зоне происходит мгновенное выделение воды, которая быстро примерзает вместе с продуктами разрушения к торцу ПРИ, образуя наросты и перекрывая дополнительно циркуляционные каналы. В связи с этим в нагнетательной линии резко повышается давление сжатого воздуха, и бурение прекращается. В таких условиях рекомендуется вести бурение с уменьшенной подачей бурового снаряда (на величину выхода хвостовика и шлицевой втулки из муфты на 20—25 мм при подвешенном пневмоударнике). Большую величину осевой нагрузки не рекомендуется создавать также при бурении в валунно-галечниковых отложениях, так как при этом появляется возможность асимметричного износа и поломки резцов.
Частота вращения бурового снаряда и частота ударов, как было показано ранее, тесно взаимосвязаны друг с другом и зависят от числа резцов т в ПРИ и от свойств пород.
Определение рационального значения частоты вращения сна-ряда при УВБ осуществляют экспериментально в конкретных условиях. Ниже приведены практические рекомендации по выбору частоты вращения при УВБ с применением пневмоударников
Расход и давление воздуха определяют из условия очистки скважины от продуктов разрушения и нормальной работы пневмоударника. Расчеты и практика показывают, что для нормальной работы пневмоударных машин типа РП расход воздуха меньше, чем это требуется для очистки скважины от шлама. Так, например, при бурении скважины, имеющей диаметр 113 или 132 мм, с применением БТ диаметром 50 мм расход воздуха, обеспечивающий вынос продуктов разрушения, составляет соответственно 7—8 и 9—10 м3/мин, а для нормальной работы пневмоударников необходимо 4—5 и 6—7 м3/мин. Таким образом, расход воздуха нужно рассчитывать, прежде всего, исходя из условий выноса продуктов разрушения.
Для обеспечения нормальной очистки забоя от шлама при бурении в сухих скважинах скорость восходящего потока воздуха в интервале забой — шламовая труба должна быть не менее 15—18 м/с. Поэтому в случае применения комплекса КПР на пневмоударник рекомендуется одевать кожух для уменьшения зазора, по которому движется поток воздуха, выносящего шлам. В противном случае шлам будет «зависать», накапливаясь в этом интервале, что может привести к осложнениям. В случае недостаточной подачи воздуха используемым компрессором необходимо применять шламовые трубы для улавливания продуктов разрушения в скважине.
Давление сжатого воздуха определяется потерей напора при его движении в циркуляционной системе и в пневмоударной машине. Для нормальной работы пневмоударников типа РП-111 и РП-130 необходимое давление воздуха составляет 0,6-0,7 МПа. Потери напора в циркуляционной системе определяют в зависимости от параметров скважины и БТ по разработанным методикам. При бурении глубоких скважин потери напора существенно возрастают и давление воздуха, создаваемое компрессором, достигает 1—1,5 МПа и более.
При выборе компрессора следует учитывать, что его подача существенно зависит от высоты местности над уровнем моря. Так, для компрессора с дизельным приводом эта зависимость выглядит следующим образом:
Подбор рациональных параметров режимов бурения. Основные показатели процесса УВБ — механическая скорость и величина углубки скважины за рейс — зависят от сочетания значений регулируемых параметров режима бурения: осевой нагрузки и частоты вращения бурового снаряда (при заданных силе и частоте ударов, свойствах породы и др.). На рис. 11.4 приведены графики зависимости механической скорости бурения и величины углубки скважины от значений осевой нагрузки и частоты вращения при бурении в различных породах (по данным P.X. Гафияттулина, О.В. Игнатьева, И.М. Кузнецова и др.). Из графиков видно, что темп уменьшения vм и величина углубки l зависят от частоты вращения п и осевой нагрузки Gо на коронку. При этом существенно отличаются и начальные механические скорости бурения. Они имеют наибольшие значения при максимальной величине осевой нагрузки и минимальные при наименьшей. В такой же зависимости находится и темп снижения vм по мере притупления лезвий ПРИ или возрастания величины углубки. Аналогичное влияние оказывает и частота вращения: чем она больше, тем интенсивнее снижается vм. В соответствии с такими закономерностями будет изменяться и величина углубки за рейс при бурении скважин и рейсовая скорость.
Следовательно, при бурении сравнительно неглубоких скважин, когда на СПО затрачивается мало времени, рационально подбирать параметры такими, чтобы получать высокую vм даже при небольшой величине углубки до затупления ПРИ. Ho по мере увеличения глубины скважины параметры режима бурения должны меняться так, чтобы интенсивность снижения vм была минимальной, а величина углубки за рейс — максимальной. Это обеспечит наибольшую сменную производительность труда при бурении глубоких скважин.
При бурении в плотных скальных породах осевая нагрузка на коронку должна достигать 200—400 даН, в валунно-галечниковых отложениях — 100—150 даН, а при бурении по глинам и иловатым породам — 0—50 даН. При бурении в глинистых породах с отрицательной температурой следует вести бурение с нулевой нагрузкой на забой, что возможно при периодической подаче на 20—25 мм подвешенного бурового снаряда. Для того, чтобы предупредить растепление пород на забое, рекомендуется охлаждать сжатый воздух, подаваемый в скважину, до отрицательной температуры и очищать его от влаги.
Частоту вращения подбирают в зависимости от частоты ударов пневмоударника, количества резцов в коронке и характера (свойств) пород с целью получения рационального расстояния между углублениями, образующимися при каждом ударе. Так, например, при значении S1 = 13—15 мм, w = 1000 уд/мин и диаметре скважины 184 мм рациональная частота вращения составила 20—30 об/мин.
Технология бурения. При УВБ скважин с применением пневмоударников выполняются общепринятые правила технологии, обеспечивающие высокую эффективность сооружения скважин. При сборке бурового снаряда во избежание потерь сжатого воздуха очень важно обеспечить необходимую прочность и герметичность всех резьбовых соединений, свинчивание которых следует осуществлять с помощью ключей.
Эффективность УВБ в слабообводненных скважинах с применением воздуха существенно снижается в связи с возрастанием противодавления в скважине, ухудшения условия выноса шлама, образования сальников и осложнений при подъеме снаряда. Устранить эти недостатки возможно при добавке к сжатому воздуху раствора ПАВ, в частности, типа ОП-10 или привоцел. Оптимальная концентрация ПАВ при притоках в скважину пресной воды составляет 0,1—0,2%, а минерализованной — 1,1—1,2%. Расход водного раствора ПАВ зависит от интенсивности водопритока в скважину: не более 7—8 л/мин при бурении РП-111 и 8—10 л/мин — при РП-130 (чем интенсивнее водоприток, тем меньше должен быть расход смеси, но выше концентрация ПАВ). При этом содержание шлама в растворе с ПАВ не должно превышать определенной величины в зависимости от характера пород (для глинистых пород от 1:5 до 1:2; для известняков, доломита, гранита и других от 1:2 до 1:1).
При возникновении осложнений во время подъема снаряда необходимо кратковременно увеличить подачу раствора ПАВ. Подача раствора ПАВ в воздушную линию циркуляционной системы осуществляется насосом. Развиваемое насосом давление должно превышать давление сжатого воздуха в нагнетательной линии. Чтобы предупредить попадание сжатого воздуха в насос, а раствора ПАВ в компрессор, нагнетательные линии должны снабжаться обратными клапанами.
В случае работы бурового снаряда в рациональном режиме давление сжатого воздуха изменяется незначительно и главным образом за счет заполнения колонкового снаряда керном. Резкое повышение давления с прекращением выноса продуктов разрушения свидетельствует о прекращении циркуляции воздуха в призабойной части скважины.
Причиной этого может явиться чрезмерное заглубление резцов при нерациональном значении усилия подачи снаряда в случае бурения по мягким глинистым породам, заполнение колонковой трубы керном при углубке, превышающей длину трубы, зашламование скважины, образование сальника, перекрытие (перемерзание) канала в бурильных трубах и др.
В случае резкого повышения давления воздуха прекращают углубку и осуществляют расхаживание снаряда. Если при этом давление не снижается, поднимают буровой снаряд на поверхность. He рекомендуется восстанавливать циркуляцию воздуха длительным вращением бурового снаряда, так как это может привести к растеплению стенок скважин и к еще большим осложнениям.
Продолжительность рейса при УВБ с применением пневмоударников определяется, как и при использовании гидроударников уровнем механической и рейсовой скоростей, необходимостью сохранения керна, износом ПРИ, всевозможными осложнениями, в особенности при бурении в многолетнемерзлых породах и др.
С целью получения возможно большей величины углубки за рейс lp при достаточно высокой механической скорости бурения vм, а также углубки на один ПРИ, необходимо принимать меры по предупреждению осложнений и осуществлять рациональную отработку ПРИ.
В практике УВБ с применением пневмоударников рекомендуется рациональная схема отработки ПРИ, получившая название «круговой» (по И. В. Куликову). Она основана на критерии «нулевого зазора» между коронкой и стенкой скважины. Этот критерий определяет величину углубки за рейс lp при которой очередная коронка свободно дойдет до забоя. При этом может быть подсчитано общее число коронок к, необходимых для бурения скважины в определенном интервале с заданной конечной потерей диаметра по формуле
где lт — длина интервала пробуренной скважины, м; lp — величина углубки за рейс, м; zк — число повторных заточек используемых коронок; lк —суммарная величина углубки на одну коронку, м.
Например, (по И.В. Куликову), необходимо пробурить скважину в интервале 150 м с суммарной потерей диаметра 3 мм (при начальном диаметре 112 мм и конечном — 109 мм). При средней величине углубки на коронку 15 м на бурение 150 м скважины потребуется 10 коронок. Исходя из величины потери диаметра скважины 3 мм в интервале 150 м, допустимая потеря на каждый метр углубки составит 0,02 мм, что соответствует определенной величине углубки за рейс (или интенсивности износа ПРИ), например, 1,5 м.
Таким образом, все 10 коронок отрабатываются поочередно при углубке за рейс не более 1,5 м с повторным использованием через 10 рейсов. Комплект коронок следует подбирать так, чтобы первая имела наибольший диаметр (в пределах допуска), а последняя — наименьший. Для повышения эффективности отработки ПРИ следует применять коронки с комбинированным расположением резцов, повышенной износостойкости или расширители.
При определении оптимальной величины углубки за рейс следует помнить, что от этого показателя зависит и механическая скорость бурения. Причем, в твердых породах наблюдается существенное снижение vм с увеличением lp, а в более мягких — менее заметное в зависимости от действия различных факторов.
При необходимости получения 100% выхода керна в случае применения комплекта КПР углубка за рейс составляет: при диаметре скважины 146 мм — 0,85 м; при 168 мм — 1,1 м и при 203 мм — 1,4 м.
Отбор керна и подъем его на поверхность. С целью сохранения керна в колонковой трубе в процессе бурения скважины не рекомендуется приподнимать снаряд над забоем более чем на 2—3 см. Последние 20—30 см до окончания углубки в рейсе следует бурить с пониженным давлением воздуха до 0,3—0,4 МПа, предварительно очистив скважину от шлама интенсивной продувкой, не отрывая коронки от забоя. Затем произвести «затирку» керна в течение 2—3 мин при медленной подаче снаряда (в случае бурения по мягким породам). При бурении в скальных породах керн заклинивается с помощью кернорвательного устройства, встроенного в коронку. Проверку надежности захвата керна производят подъемом бурового снаряда над забоем на 10—15 см и опусканием (без вращения). Если снаряд возвращается на забой, значит керн заклинен и сорван. В противном случае он на прежнее место не встанет. Подъем снаряда с керном следует вести без рывков и ударов на пониженной скорости.
В случае оставления керна на забое или потери во время подъема для извлечения его из скважины следует использовать ДКС с кернозахватывающим устройством. Снаряд доводят до забоя с вращением и пониженным давлением воздуха (до 0,2-0,3 МПа). Достигнув забоя, производят подъем снаряда. Извлекаемые при этом керн и шлам из шламовой трубы и шламосборника на поверхности используют в качестве пробы, характеризующей пробуренный интервал.
Сбор шлама, который может быть использован при опробовании полезного ископаемого, производят в двух местах; у забоя (в шламовой трубе) и на устье скважины — в шламосборнике. Привязка образцов шлама к геологическому разрезу в пробуренном интервале облегчается при использовании разъемных шламовых труб. Эго позволяет вести бурение без ограничения величины углубки скважины в рейсе, при длине секции опробования 0,2-0,3 м.
Источник
Ударный способ бурения
Ударный способ бурения скважин представляет собой методику проведения буровых работ для получения скважин сплошным забоем на глубину до 250 метров. Целью проведения бурения ударным способом и получения скважин со сплошным забоем – организация источника водоснабжения, проведение детальной разведки каменных пород, инженерно-геологические изыскания, установка свай набивного типа и многое другое. Данная технология предполагает получение скважины диаметром 300 мм у поверхности и около 150 мм на глубине.
Ударный способ бурения скважин по методу воздействия на породу и организации процесса бурения можно разделить на три подтипа проведения такого рода работ: ударно-канатный, ударно-штанговый и ударно-вращательный способы.
Первый, ударно-канатный способ бурения скважин, часто используется для получения источника водоснабжения на участке даже непрофессиональными пользователями. Принцип действия ударно-канатной буровой установки очень прост: он заключается в подъеме на определенную высоту и последующем сбрасывании специального бурового снаряда – груза, развивающего достаточную силу удара, чтобы разрушить достаточно твердые породы. Удар за ударом этот груз все глубже вгоняет полый забивной стакан в поверхность земли, после чего он поднимается для удаления заполнившего его грунта. Масса груза для ударно-канатного бурения может составлять до трех тонн, а высота, на которую он поднимается, обычно превышает 100 сантиметров. При использовании такого метода возможно обеспечить производительность буровых работ в объеме до 30 метров за одну смену.
Следующий тип – ударно-штанговое бурение, применяемый при строгих требованиях к вертикальному расположению ствола скважины. Отличие от предыдущего описанного метода ударного бурения заключается в том, что вместо каната в данном случае используются специальные металлические стержни – штанги, скрепляемые между собой с помощью резьбового соединения. Данный метод бурения может осуществляться как с промывкой скважины, так и без нее.
Ударно-вращательный способ бурения совмещает в себе два типа воздействия на породу – вращения и ударных нагрузок. Вращатель обеспечивает вращение породоразрушающего инструмента вокруг своей оси, а пневматический молот – пневмоударник – обеспечивает возвратно-поступательные движения бойка, передающего удары на буровую коронку. Воздух к этой пневматической системе подается по бурильным штангам.
Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:
Источник
