Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Буровая технологическая установка — техни­ческая система, совокупность элементов которой подчинена решению определенных задач в определенных условиях и не допускает произвольного вычленения основных узлов или замены их другими узлами. Согласно общей теории систем целостность (неразделимость) всякого системного комплекса определяется законом композиции системы. Роль такого за­кона композиции для буровой установки играет область ее эффективного применения: перечень технологических задач и условий их выполнения. Исходя из этого подбираются в единое целое основные элементы установки — набор их в разных типах установок различен.

Основные узлы буровых установок для вращательного бу­рения скважин на твердые полезные ископаемые следующие: буровой агрегат, вышка с талевой оснасткой и буровое зда­ние (тепляк) с транспортной базой. Общая схема такой уста­новки представлена на рис. 11.1.

Собственно технологической установкой, реализующей технологический процесс бурения, является буровой агрегат, состоящий из бурового станка, бурового промывочного насо­са и привода. Буровой станок представляет собой машину (т. е. устройство для преобразования параметров механиче­ской энергии электрического двигателя или дизеля в рабочее движение исполнительных органов) комбинированного типа, как правило, с двумя исполнительными органами: вращателем с присоединенным к нему механизмом подачи, сообщающим

Рис. 11.1. Схема буровой установки: I — вышка; 2 — буровое здание; 3 — насос; 4 — электродвигатель; 5 — буриль­ный снаряд; 6 — буровой станок

вращение и осевую нагрузку колонне бурильных труб, и ле­бедкой, посредством которой через талевую оснастку выпол­няется спуск и подъем снаряда (бурильной колонны, колон­кового набора с породоразрушающим инструментом и раз­личного скважинного технологического оборудования).

Насос служит для подачи в скважину очистного агента с целью охлаждения породоразрушающего инструмента и вы­носа частиц разрушенной горной породы (шлама) на поверх­ность.

Привод бурового агрегата может быть индивидуальный электрический, от общего двигателя внутреннего сгорания через клиноременную передачу или комбинированный.

Буровая вышка служит для размещения на ней талевой оснастки (системы блоков и канатов) и выполнения спуско — и грузоподъемных операций.

Буровое здание служит для размещения бурового оборудо­вания, защиты его и персонала, обслуживающего буровую установку, от атмосферных воздействий.

В буровом здании размещаются также вспомогатель­ное оборудование и средства малой механизации (трубораз — вороты, обогреватели, электрические щиты и пульты управ­ления).

Транспортная база является элементом передвижных и самоходных установок. Для передвижных установок транс­портной базой, на которой буровая установка размещает­ся не только при перевозках, но и во время бурения сква­жин, служат сани или колесные платформы. Самоходные установки монтируются на шасси тракторов или автомоби­лей.

Аналогичные установки ударно-канатного бурения не имеют в своем составе промывочного насоса и механизмов для работы с колонной бурильных труб.

Установки, использующие для очистки забоя от шлама воздух (бурение с продувкой), вместо насоса оснащаются компрессорами. Параметрический ряд установок представлен в табл. 11.1.

Основу технологических комплексов данного класса со­ставляют установки типа УКБ.

І

Наибольшее распространение среди них имеют передвиж­ные установки УКБ-4П, УКБ-5П и УКБ-7П (соответствен­но четвертого, пятого и седьмого классов), а также само­ходная буровая установка УКБ-200/300 (УКБ-ЗС) третьего класса и стационарная буровая установка УКБ-8 восьмого класса.

Параметрический ряд бурового оборудования для бурения скважин на твердые полезные ископаемые Параметры Класс станков 1 2 3 4 5 6 7 8 Номинальная глу­бина бурения, м: алмазного твердосплавного 25 12,5 100 50 300 200 500 300 800 500 1200 800 2000 1200 3000 2000 Грузоподъем­ность, кН: рабочая максимальная 1,25 2,0 6,3 10,0 20,0 32,0 32.0 50.0 50.0 80.0 80,0 125,0 125.0 200.0 200,0 320,0 Диаметр скважи­ны, мм: начальный, не менее конечный для породоразру­шающего ин­струмента алмазного твердосплавно­го 93 36 76 132 46 93 132 59 93 151 59 93 151 59 93 151 59 93 212 295 59 93 Частота вращения снаряда, об/мин, при бурении: вращательном ударно-враща- тельном 250- 1200 200- 1500 160- 1500 25- 230 160- 1500 25- 230 160- 1500 18- 230 160- 1500 15- 230 160- 1500 12- 230 160- 1500 12- 230 Угол наклона вра­щателя, градус 70- 90 0- 360 — — 70- 90 75- 90 — 90 Скорость подъе­ма бурового сна­ряда: минимальная, не более максимальная, не более 0,6 1,2 0,55 1,4 0,45 1,4 0,4 1,4 0,32 1,5 0,3 1,5 0,25 1,5 Длина свечи, м 1,6 4,7 9,5 9,5 14,0 14,0- 18,6 18,6 18,6- 24,0 Мощность при­водного электро­двигателя, КВт 3 11 15 22 30 45 55 75

Установка УКБ-ЗС включает в себя: буровой станок, ди­зель, мачту, труборазворот, буровой насос, укрытие электро­оборудования, автомобильное шасси ЗИЛ-131. В конструкции

установки использованы автомобильные узлы (коробка пере­дач, фрикцион, коробка отбора мощности с маслонасосом, карданный вал), а также гидрораспределители от трактора Т-40. Мощность от дизеля передается буровому станку по­средством телескопического карданного вала, унифицирован­ного с карданным валом автомобиля ГАЗ-53.

Передвижные буровые установки УКБ-4П, УКБ-5П, УКБ-7П представляют собой комплекс бурового и энергетического оборудования, контрольно-измерительной аппаратуры, обес­печивающий все виды работ по проходке скважин.

Перевозка установки УКБ-4П единым блоком обеспечива­ется железнодорожным транспортом или по автомобильным дорогам. Установка УКБ-5П перевозится с разделением мачты и бурового здания. Блочная конструкция установки УКБ-7П позволяет перевозить ее отдельными блоками: станочным, насосным, вспомогательным.

Наиболее мощная установка восьмого класса УКБ-8 вклю­чает следующие отдельные технологические блоки: блок ле­бедки, блок ротора, блок регулятора подачи, блок буровой насосной установки, гидросистемы, электрического и гидрав­лического пультов управления. Отличительная особенность конструкции установки — применение в качестве привода основных механизмов (ротора, лебедки, автомата подачи) отдельных самостоятельных электродвигателей постоянного тока, питаемых от генератора постоянного тока мощностью 190 кВт, установленного на одной раме с электродвигателем переменного тока, питающимся от промышленной сети.

Привод ротора от электродвигателя постоянного тока обеспечивает плавное изменение частоты вращения бурового снаряда от 0 до 1200 об/мин независимо от величины крутя­щего момента на рабочем валу, что имеет очень важное зна­чение для оптимального ведения технологического процесса. Привод лебедки, напротив, имеет мягкую характеристику, при которой скорость спуска и подъема снаряда автоматиче­ски уменьшается при нагрузке на снаряд (прихвате, затяжке и т. д.). Примерная схема расположения оборудования уста­новки УКБ-8 представлена на рис. 11.2.

Установки оборудованы комплексами контрольно-измери — тельной аппаратуры типа «Курс» — разные установки оснаще­ны различными модификациями данного комплекса: УКБ-5 — «Курс-411», УКБ-7 — «Курс-613», УКБ-8 — «Курс-713».

Аппаратура «Курс-411» обеспечивает регистрацию нагруз­ки на породоразрушающий инструмент или на крюке на су­точной диаграмме и отмечает моменты перехвата бурового сна-

Рис. 11.2. Схема расположения оборудования буровой установки УКБ-8: 1 — устье скважины; 2 — подсвечник; 3 — шурф; 4 — блок ротора; 5 — масло — станция; 6, 7 — пульты управления гидравлический и электрический; 8 — «Курс-713»; 9 — тиристорный шкаф; 10 — ЭМУ-50; 11 — стол; 12 — регистра­тор; 13 — комната технической документации; 14 — уголок отдыха; 15 — раз­девалка; 16 — шкаф управления переменного тока; 17 — реостат; 18 — шкаф управления постоянного тока; 19 — генератор-двигатель; 20 — душевая; 21 — котельная; 22 — водяной бак; 23 — котел; 24 — промывочный насос; 25 — ПХ — 15Л; 26 — блок регулятора подачи; 27 — блок лебедки; 28 — водяной бак для охлаждения лебедки; 29 — верстак; 30 — датчик давления

ряда, а также обеспечивает световую и звуковую сигнализа­цию при уменьшении расхода промывочной жидкости ниже допустимого предела. Аппаратура «Курс-613» и «Курс-713», кроме того, обеспечивает световую и звуковую сигнализацию предельно допустимых значений усилия на крюке и крутяще­го момента на вращателе. К этой аппаратуре можно также подключать универсальный регистратор «Румб-1», предназна­ченный для синхронной записи на одной диаграмме шести параметров режима бурения в функции времени.

Принцип действия регистратора «Румб-1» основан на пре­образовании измеряемых параметров процесса бурения, по­ступающих от аппаратуры «Курс» или от преобразователей станков ЗИФ-120МР, в электрические напряжения, подавае­мые затем соответственно на входы каждого канала регистра­тора. Измерительная схема каждого канала — компенсацион­ная на переменном токе. Электрический сигнал от преобра­зователя, поданный на вход канала, сравнивается с сигналом компенсатора.

Установки для бурения на твердые полезные ископаемые представляет собой наиболее полные и универсальные техно­

логические комплексы, способные при необходимости решать любые задачи разведки недр, осуществлять бурение гидро­геологических и инженерно-геологических скважин, хотя и с меньшей эффективностью, чем специализированные установ­ки.

Технологические комплексы для решения геологоразве­дочных задач другого класса имеют иной состав.

Установки для бурения картировочных и геолого-съемоч — ных скважин представляют собой переносные и самоходные, как правило, легкие буровые станки вращательного или удар­ного бурения с приводом от карбюраторного двигателя внут­реннего сгорания. Такие установки не оснащаются насосами, компрессорами, средствами малой механизации, буровыми зданиями и сложными системами таловой оснастки.

Примером установки данного типа может служить мотобур М1, предназначенный для бурения скважин шнековым инст­рументом в породах I—III категорий по буримости с отбором проб с колонковыми шнеками, а также для бурения шпуров витыми штангами в породах до V категорий по буримости включительно и в мерзлых грунтах. Мотобур может транс­портироваться в заплечном рюкзаке. Обслуживают его два человека.

Мотобур М1 позволяет бурить скважины глубиной до 10 м шнеками диаметром 65 мм и шпуры глубиной 2 м витыми штангами диаметром 43 мм.

Основные узлы мотобура следующие: двигатель внутрен­него сгорания бензиновый «Дружба-4» с центробежной муф­той сцепления, который присоединяется к двухскоростной коробке передач в силуминовом корпусе, объединенной с вращателем, две рукоятки с амортизаторами и бензобак.

Колонковый мотобур М10 представляет собой модифика­цию, позволяющую бурить скважины колонковым способом твердосплавными коронками диаметром 46 и 59 мм. Мотобур устанавливается на опорной балке, прикрепляемой к грунту, имеет цепной механизм подачи инструмента.

Легкая передвижная установка УКБ-12/25 имеет аналогич­ные мотобуру М10 технические характеристики, но большую глубину бурения скважин (до 15 м шнеками, до 12,5 м твер­досплавными коронками диаметром 76 мм и до 25 мм алмаз­ными коронками диаметром 46 мм) благодаря использованию промывочного насоса НБ 1-25/16 с индивидуальным бензино­вым двигателем. Установка монтируется на легком двухколес­ном шасси (колеса от мотороллера «Вятка») и может транс­портироваться как прицеп за автомобилем или мотоциклом.

Имеется модификация данной установки — УКБ-12/25С, мон­тируемая на шасси автомобиля УАЗ-469Б.

Более мощные установки для картировочного и поискового бурения типа УПБ-100ГТ обеспечивают бурение скважин шнеками и колонковым способом с промывкой до глубины 100-150 м алмазными и твердосплавными коронками диамет­ром 46-76 мм в породах всех категорий.

Установка УПБ-10ГТ монтируется на гусеничном тягаче — вездеходе ГТ-СМ (ГАЗ-71) с сохранением плавучести. Уста­новка имеет подвижной вращатель с гидроприводом, масло — станцию с приводом от транспортной базы, мачту и канатный механизм подачи с приводом от гидроцилиндров. Промывоч­ный насос установки также снабжен гидроприводом. Под­вижный вращатель с закрепленными на нем элеватором обеспечивает выполнение спускоподъемных операций.

Важной особенностью установки УПБ-100ГТ является воз­можность посадки обсадных труб с вращением и принуди­тельного разбуривания скважины обсадной колонной со спе­циальным башмаком, что ускоряет крепление ствола и позво­ляет чередовать бурение с обсадкой.

Самоходные и передвижные установки для бурения гидро­геологических скважин представляют собой особый класс буровых технологических комплексов, позволяющих бурить скважины сравнительно большого диаметра (118-900 мм) в породах любых категорий, как вращательным способом с промывкой, так и без промывки скважины (шнеками, ударно­канатным или ударно-забивным способом). Установки данно­го класса позволяют производить отбор монолитов грунтов для лабораторных инженерно-геологических исследований и опытные гидрогеологические откачки.

Установки УКС-22 М и УКС-30 М — легкие передвижные установки ударно-канатного бурения, позволяющие бурить скважины глубиной соответственно 300 и 500 м с начальными диаметрами 600 и 900 мм.

Установки смонтированы на сварной металлической раме, закрепленной на двух осях с пневматическими скатами. Ос­новные элементы установок следующие: приводной электро­двигатель, главный вал, инструментальный барабан, ударный механизм, желоночный и талевый барабаны, станина, мачта и блок управления. Главный вал снабжен клиноременным при­водом от электродвигателя. Все барабаны, связанные с общим валом зубчатыми или цепными передачами, включаются с помощью фрикционных муфт.

Ударный механизм станка включает ударный вал с двумя симметрично расположенными кривошипами, два шатуна, связывающих кривошипы с оттяжкой и качающимися рама­ми. Подобная система ударного механизма обеспечивает силу удара, близкую к энергии свободного падения бурового сна­ряда.

Телескопическая мачта шестового типа при транспорти­ровке укладывается на станок, а при работе крепится на станке жесткими растяжками. К мачте крепится поворотная кран-балка, обеспечивающая выполнение вспомогательных грузоподъемных операций.

Самоходные буровые установки для бурения гидрогеоло­гических скважин (УРБ-2,5А2, УРБ-УАМ, 1БА-15В и другие) монтируются на шасси высокопроходимых мощных автомо­билей типа ЗИЛ-131, МАЗ-200 и оснащаются роторным вра­щателем, планетарной лебедкой и насосной установкой с приводом от двигателя транспортной базы через коробку пе­ремены передач.

Все буровые установки для проходки гидрогеологических скважин объединены в параметрический ряд, основные ха­рактеристики которого приведены в табл. 11.2.

Установки для бурения взрывных сейсмических скважин монтируются на самоходной транспортной базе: установки УШ-1Т и УШ-2Т — на базе гусеничных тракторов, УРБ-2А2 — на базе автомобиля ЗИЛ-131. Это обусловлено требованиями методики сейсморазведки, предполагающей бурение неглубо­ких взрывных скважин сравнительно большого диаметра по густой сетке.

В этом случае собственно процесс бурения каждой сква­жины занимает немного времени, но производственный про­цесс сопровождается большим количеством перемещений ус­тановки. Даже самоходные установки с гидрофицированными мачтами в этом случае оказываются не эффективными, так как требуют определенного времени на подготовку к работе на новой точке.

Установки данного класса обеспечивают бурение скважин глубиной от 30 до 100 м конечным диаметром 135-175 мм шнеками, шарошечными долотами и колонковыми снарядами с промывкой и продувкой забоя воздухом.

Установки оснащены подвижным вращателем с гидропри­водом, перемещающимся по направляющим мачты, гидравли­ческим механизмом подачи, промывочным насосом или ком­прессором и пультом управления. Привод осуществляется от двигателя транспортной базы через маслостанцию и маслона — сосы гидропривода.

Таблица 11.2 еский ряд буровых установок для бурения гидрогеологических скважин (основные характеристики)

А

Подвижный вращатель с элеватором позволяет выполнять спускоподъемные операции.

Каждая буровая установка представляет собой единую техническую систему, обеспечивающую оптимальное сочета­ние различных технических решений основных ее элементов в соответствии с задачами, для решения которых эта установ­ка предназначена.

Отдельные ее элементы (станки, насосы, спускоподъемное оборудование), в свою очередь, представляют собой сложные технические системы, устройство и функционирование кото­рых подчиняется особым принципам.

Комментарии запрещены.