32.Параметры режима бурения ударного способа бурения и их определение.
Ударный способ бурения яв-ся одним их старых способов бурения ,но тем не менее он применяется и в наст.время .Наибольшее распространение он получил при сооружении скважин на воду,поисках, и в разведке россыпных и редкометальных месторождений ,и инженрн-гелогич.изысканиях ,в условиях вечной мерзлоты.Различают 2 вида ударного способа бурения :это ударно-штанговое и ударно-канатное.Большое распространение получило ударно-канатное бурение.
Сущность ударно-канатного способа заключается в том,что разрушение гор.пород на забое происходит за счет многократного нанесения ударов буровым снарядом .Производительность ударно-канатного бурения определяется типом выбранного долота ,массой буровой снаряда ,высотой сбрасывания и частотой ударов.Расчетная масса снаряда подбирается в зав-ти от рекомендуемой относит.массы mо которая при бурении мягких пород составяляет 15/30 кг на 1см.длины лезвий долота для бурения средних пород- 30 /40 кг/см и для крепких пород- 40/50 кг/см.т.е расчетная масса определяется. Мр=mо * L g где М-расчетная масса снаряда,кг; m-относит.масса,кг/см3;L –длина лезвий долота,см. Масса снаряда состоит из масс долота ,ударных штанг и раздвижной штанги,т.е Мс=М1+М2+1/2*М3 ; где М1,М2,М3-соответвенно массы долота ,ударных штанг и раздвижного долота.Расчетным путем масса снаряда побирается в зав-ти от длины пути ударных штанг.При бурении желонками расчетная масса определяется Мр=м0*αg где αg-длина окружности желонки (αg-ПД); м0-относит.масса (м0=5/10 кг/см.) Рациональная частота ударов связано с высотой сбрасывания снаряда. n=20 √a /h где а –ускорение падения снаряда в шламовой среде ,м/с 2. h - высота сбрасывания ,м. Ускорение падения снаряда берется :при бурении глин а=4.5/5 м/с2 ;в крепких породах а=6/6.5 м/с2 и в чистой скважине а=8.7 м/с2.Высота сбрасывания h применется в зав-ти от крепости гор.пород.Она составляет 0.35/1 м,причем с повышением твердости ее следует увеличивать.
Способы ликвидации поглощений промывочной жидкости.
В случае частичной потери циркуляции промывочной жидкости, наблюдающегося при пересечении скважиной пористых и трещиноватых пород, применяют глинистый раствор, имеющий удельный вес 1.06 – 1.10 г/ см3; вязкость от 35-40 с до « не течет» по СПВ -5 и хорошие структурные свойства.
Хорошие результаты для борьбы с потерей циркуляции промывочной жидкости в скважине дает применение аэрированных глинистых растворов, имеющих высокую вязкость и низкий удельный вес до 0.8-0.9 гс/см3. Аэрирование раствора производится в процессе бурения путем систематического добавления воздуха в циркулирующую промывочную жидкость от компрессора или при помощи специального устройства – аэратора, работающего по принципу эжекции.
Полное поглощение происходит при пересечении пластов галечника, гравия, больших трещин, горных выработок, каверн и протоков подземных вод. Для ликвидации полного поглощения прибегают к закачиванию в скважину глиноцементных смесей ( гельцементов).
Обладая хорошими тиксотропными свойствами, гельцемент легко прокачивается по бурильным трубам к месту ухода промывочной жидкости из скважины, а при оставлении в покое на 2-3 мин образует весьма прочный гель. В результате крупные трещины в породах стенок скважины надежно закупоривается и циркуляции промывочной жидкости восстанавливается.
Способы очисти забоя от продуктов разрушения и их транспортировки на поверхность.
Процесс разрушения горных пород при бурении скважин обязательно сопровождается удалением продуктов разрушения. В противном случае накапливающийся в скважине материал будет переизмельчаться, что повлечет за собой дополнительный износ породоразрушающего инструмента, снижение скорости углубки, расход лишней энергии, наконец, неизбежные аварии.Шлам можно удалять с помощью самого бурового инст¬румента или потоком циркулирующего в скважине очистного агента (жидкость, газ, воздух). В соответствии с этим выде¬ляются следующие основные способы удаления продуктов раз¬рушения: механический, гидравлический, пневматический и комбинированные. При механическом способе продукты разрушения удаляются с помощью бурового инструмента при его подъеме на поверхность после углубки скважины или специального инструмента (винтового транспортера) при его вращении одновременно с углубкой. Кроме того, продукты разрушения могут залавливаться в стенки скважины без подъема на поверхность.Гидравлический способ осуществляется с помощью потока промывочной жидкости, циркулирующей в скважине с определенной скоростью.Пневматический способ заключается в выносе продуктов разрушения из скважины потоком сжатого воздуха или газов.Комбинированные способы осуществляются с использовани¬ем двух или трех перечисленных выше способов одновременно или последовательно. Например, в процессе ударного бурения при наличии в скважине жидкости разрушаемая порода удаляется с забоя потоком жидкости и переходит во взвешенное состояние, а затем удаляется из скважины в желонке механическим способом - подъемом с помощью лебедки на поверхность.Такая же схема может осуществляться и при вращательном бурении с промывкой или продувкой, когда значитель¬ная часть продуктов разрушения собирается в специальных шламоулавливающих устройствах и поднимается на поверхность механическим способом. Применение того или иного способа зависит от вида и технологической схемы бурения скважин, технических средств и геологических условий или свойств горных пород.
Способы разрушения горных пород.
Разрушение горных пород возможно следующими способами: механическим, термическим, химическим. Механическое воздействие на разрушаемую породуосуществляется либо породоразрушающими инструментами ( буровыми долотами и коронками), либо бездолотными способами (взрывной, электрогидравлический, шароструйный, гидромониторный, гидроэрозионный). Основны5 внастоящее время механические способы бурения, при которых порода на забое скважины разрушается путем резания, дробления, скалывания или истрирания различными породоразрушающими инструментами. К ним относятся вращательное, ударно-вращательное, ударно-поворотное, ударное и бурение задавливанием инструмента в породу. Вращательное бурение бывает колонковым( с отбором керна) и бескерновое.При термических способах бурения породы разрушаются за счет возникновения в них термических напряжений и различных эффетов (плавление, испарение) в зависимости от способа и характера термического воздействия на породу различают огнеструйные, плазменное, электронагревательное, атомное, лазерное и циклическое бурение при котором на породу периодически воздействуют горячими и холодными агентами. Известны также комбинированные способы разрушения пород. К ним относятся термомеханическии, гидроэрозионный, электротермомеханическии. Химические способы разрушения предусматривают использование высоактивного химического вещества.
способы регулирования производительности буровых насосов.
Требования к промывочным насосам определяются геолого-техническими условиями их эксплуатации: физико-механическими свойствами буримых пород, глубиной, диаметром и назначением скважины, типом породоразрушающего инструмента и т. д. Известно несколько способов регулирования подачи:
путём изменения числа ходов вытеснителя при помощи коробки передач. Последняя может быть встроена в механическую часть насоса (НБ-80/6,3 и др.) или вынесена в виде отдельного узла;
путём изменения хода поршня или плунжера;
путём комбинированного применения коробки передач и смены поршня или плунжера (насосы НБ-160/6,3);
путём изменения длины хода и числа ходов поршня или плунжера.
Регулирование подачи насоса с помощью коробки передач имеет определенные преимущества перед другими способами за счет простоты, надежности, оперативности, а также возможности широкого диапазона изменения скорости, а, следовательно, и подачи насоса. Кроме того, применение коробки передач позволяет унифицировать оборудование.
Регулирование подачи путём изменения длины хода вытеснителя может осуществляться с помощью кулисного механизма или перемещением кривошипного пальца в эксцентрике. Такая система технологически целесообразна, так как позволяет бесступенчато изменять количество жидкости, подаваемой на забой. Однако при этом способе регулирования подачи существенно увеличивается объем "вредного пространства", что отрицательно влияет на всасывающую способность насоса. Этот способ не получил широкого распространения также и из-за сложности механизмов регулирования. Опыт эксплуатации ряда отечественных и зарубежных плунжерных насосов, подача которых регулируется изменением числа ходов с помощью коробки передач, показал, что они наиболее удобны и оперативны в работе, а также обладают высокой надёжностью.
Сущность вибрационного способа бурения.
Вибрационное бурение - этот способ скважин заключается в передаче буровому снаряду высокочастотных колебании или ударов. Различают виброударное и вибрационное. При вибрационном бурении формирование скважины происходит результате передачи колебании окружающим буровой снаряд частицам породы. Виброударный способ формирование скважины реализуется за счет дробления и уплотнения буримых пород.
Сущность заключается в чередовании во времени циклов, включающих спуск бурового снаряда, углубление забоя, подъем инструмента и его очистку от породы. Эффективность бурения зависит от параметров вибровозбудителя – момента и частоты вращении дебалансов, а при использовании вибромолота - от его массы и частоты ударов. Диаметры применяемых зондов: 219, 168, 146, 127, 108мм. Производительность вибрационного бурения в значительной степени зависит от глубины скважины. Так, при глубине до 10 м скорость бурения в грунтах III – IV категории составляет 50-60 м/смена, а при глубине 20 м скорость уменьшается в 2 раза.
Вибрационное бурение обеспечивает получение качественной геологической информации, позволяет получить 100% выход керна и с большой точностью составить геологический разрез разбуриваемых пород.
Недостатки вибрационного бурения – узкая область применения (мягкие породы) и небольшая глубина скважин
Сущность ударно-канатного способа бурения. Область применения. Достоинства недостатки.
Урано-механическим называется бурение, при котором разрущающее породу усилие создается воздействием ударов сбрасываемого на забой с некоторой высоты породоразрушающего инструменты- ударного долота. Буровой снаряд спускается в скважину на инструментальном канате 5, переброшенном через головной ролик 7 мачты 9, огибает оттяжной 10 и направляющии 12 ролики балансирной рамы 11. при затопможенном барабане инструментальной лебедки 13, на котором закреплен конец каната, шатунно-кривошипнфм устройством 16, 16 балансирная рама приводится в качательное движение относительно оси направляющего ролика 12. оттяжной ролик балансирной рамы, опускаясь, натягивает канат и поднимает снаряд над забоем. Поднимаясь вверх, ролик 10 освобождает канат, и снаряд под собственным весом падает на забой, ударным долотом разрушая породу. Для равномерной обработки забоя и придания скважине цилиндрической формы необходимо после каждого удара снаряд поворачивать на некоторый угол. По мере разрушения породы канат постепенно сматывают с барабана лебедки, осуществляя подачу долота вслед за продвигающимся забоем. В процессе долбления скважины должна быть воды, в которой частицы разрушенной породы находятся во взвешенном состоянии. При достижении определенной плотности шлама долбление прекращают, инструментальной лебедкой извлекают снаряд на поверхность и чистят скважину. В зависимости от физико-механических свойств породы и диаметра скважины интервал углубления за одно долбление колеблется от 20 до 100 см. в мягких, рыхлых породах долбежный снаряд не используется, а скважины углубляют желонкой. При пересечении неустойчивых пород стенки скважины закрепляют обсадными трубами, широко используя их принудительную посадку как с опережением забоя, там и с отставанием от него. Ударно-канатное механическое бурение применяется при разведке россыпных месторождений, вкрапленных руд цветных металлов, разведке и эксплуатации подземных вод, инженерно-геологических исследованиях, открытой разработке месторождений полезных ископаемых для проходки взрывных скважин, проходке скважин для водопонижения, вентиляции горных выработок, спуска в них крепежныжного и закладочного материала, прокладки кабелей и трубопроводов. Ударно-канатным способом бурят скважины глубиной до 400-500м начальным диаметром 500-900мм
Существуют три схемы циркуляции промывочной жидкости в скважине: прямая, обратная и местная (призабойная).
Прямая промывка заключается в том, что промывочная жидкость насосом подается к забою скважины через буровой снаряд и выходит на поверхность по кольцевому зазору между снарядом и стенками скважины.
При обратной промывке промывочная жидкость подается в скважину через кольцевой зазор между буровым снарядом и стенками скважины, а поднимается к поверхности по внутреннему каналу бурильной колонны.
Обратная промывка обеспечивает лучшую очистку забоя при меньших расходах промывочной жидкости, способствует повышению выхода керна, а также позволяет осуществлять непрерывную транспортировку керна на поверхность по мере углубки скважины. Устье скважины при обратной промывке необходимо герметизировать. Обратная промывка не применима при бурении трещиноватых пород, в которых теряется промывочная жидкость.
В последнее время при бурении скважин для водоснабжения успешно применяется разновидность обратной — всасывающая промывка. Сущность ее состоит в том, что промывочная жидкость самотеком поступает в скважину из отстойника и отсасывается из бурильных труб вместе с частицами разбуренной породы центробежным насосом или эрлифтом. Наиболее
эффективно применение этого способа при работе специальными бурильными трубами большого диаметра (150—200 мм), что поз-воляет снизить гидравлические сопротивления и выносить круп-ный галечный материал. Наиболее высокие скорости проходки с обратно-всасывающей промывкой достигаются при бурении скважин глубиной до 100—150 м и диаметром 600—1000 мм.
Местная призабойная циркуляция подземной воды или спе-циально подаваемой в скважину жидкости применяется обычно для повышения выхода керна. Создают местную циркуляцию I жидкости включением в буровой снаряд специальных устройств,
преобразующих прямую промывку в обратную в призабойной чати скважины, а также применением специальных эрлифтных или эжекторных снарядов. Кроме того, одним из способов обратной внутрискважинной промывки является способ безнасосного бурения.
Среди недостатков ударно-канатного бурения, как правило, выделяют следующие:
невысокая скорость (особенно на нижних пластах);значительное расходование обсадных труб;глубина скважин ограничена.
недостатки:низкие технико-экономические показатели(это связано с низкой механической скоростью бурения и разделением операций по разрушению г.п.на забое и очисткой забоя от продуктов разрушения и их транспортировкой на поверхность)
Преимущества данного метода бурения скважин на воду:позволяет сооружать высокодебитные скважины с долгим сроком службы (более 70 лет);во время бурения скважина не засоряется посторонними примесями;позволяет контролировать уровень воды и определять по нему водоносность пород;возможно бурение скважин с большим диаметром входного отверстия;является экономичным видом бурения в зимнее время (не требуются дополнительное отепление для буровой установки).
Основные рабочие операции при бурении скважины
Сооружение буровой скважины представляет собой сложный производственный процесс, слагающийся из следующих основных рабочих операций:
1) разрушение горной породы на забое скважины (отделение частиц породы от массива);
2) транспортирование разрушенной породы (бурового шлама) от забоя скважины на поверхность;
3) закрепление неустойчивых . стенок скважины для предупреждения от обрушения. При бурении в крепких устойчивых породах крепления стенок скважины не требуется.
Для замены износившегося в процессе бурения породоразру-шающего инструмента и для взятия образцов пород (проб) периодически производятся спуско-подъемные операции.
Промывка скважин при вращательном бурении является важнейшим элементом технологического процесса.
Промывочной жидкостью, закачиваемой в скважину, осуществляется:
1) очистка забоя от частиц выбуренной породы;
2) охлаждение нагревающегося при работе породоразруша-ющего инструмента;
3) обеспечение устойчивости стенок скважины, предупреждение их обрушения и вспучивания;
4) облегчение разрушения породы на забое за счет физико-химического воздействия на нее;
5) смазывание трущихся о стенки скважины частей бурового снаряда;
6) привод в действие гидроударников и турбобуров. При бурении скважин промывочная жидкость должна циркулировать по замкнутому гидравлическому контуру.