Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В настоящем разделе мы рассмотрим только использование одного механического критерия технической эффективности cji.

В табл. 15.3 представлены данные о среднем значении критерия q 1 для различных способов бурения.

Критерий q i может быть использован не только для оценки способов бурения, но и для изучения влияния различных технико­технологических факторов на процесс бурения скважин.

Влияние марки станка. С целью объективной оценки влияния марки буровой установки на критерий а были выбраны три очень близкие по своим возможностям, конструкции и внешнему облику установки: УГБ-50М, УБР-2А и УБР-2М (табл. 15.4). Во всех случаях скважины бурили ударно-канатным способом кольцевым забоем.

В целом критерии qi для каждой установки между собой близки. В то же время устойчиво для всех случаев прослеживаются наимень­шие значения критерия щ для установки УБР-2М; затем несколько более высокие‘для УГБ-50М и еще выше для установки УБР-2А. Примерно аналогичная картина наблюдается и при сопоставлен™ пределов изменения ф. Эти данные говорят о том, что критерий q t достаточно чувстштелен к степени технического совершенства буровой установки. Установка УБР-2М — одна из последних моди — 19* 291

фикаций данного класса установок, поэтому для нее и критерий q оказался самым низким. Установка УБР-2А по критерию q ока­залась неконкурентоспособной даже с УГБ-50М. Практика подтвер­дила такую ее оценку тем, что было признано целесообразным заменить эту установку на установку УБР-2М.

Для колонкового бурения всухую сравнению подвергались три буровых установки: УГБ-50М, УРБ-2А на автомобиле ЗИЛ-157 292

и УРБ-2А на автомобиле ЗИЛ-131. Скважины бурили одинаковой глубины (до 15 м) в однотипных рыхлых породах. Для УГБ-50М критерий со оказался равным 2,14, для УРБ-2А на ЗИЛ-157—8,37 и для УРБ-2А на ЗИЛ-131 -9,46. Таким образом, при бурении неглубоких скважин установка УГБ-50М обладает несомненными преимуществами по сравнению с УРБ-2А. Интересно отметить, что на критерий qi оказывает влияние не только марка буровой установки, но и тип приводного двигателя. Сопоставление по критерию Ц уста­новок УРБ-2А, имеющих различные базовые автомобили (ЗИЛ-157 и ЗИЛ-131), позволяет сделать вывод, что более технически эффективна установка с базовым автомобилем ЗИЛ-157. Всякое увеличение мощности привода должно сопровождаться соответствующим повыше­нием технико-технологических качеств буровой установки, и если рост энергозатрат не компенсируется соответствующим сокращением времени бурения, то повышение мощности будет неоправданно.

Наконец, при роторном бурении установкой УРБ-2А-2 qi = 5,22, а при бурении аналогичных скважин установкой УРБ-ЗАМ qi = 23, т. е. для последней установки критерий qi более чем в 4 раза выше.

Представленные данные убедительно свидетельствуют, что марка буровой установки оказывает существенное влияние на критерий q. Это главным образом вызвано тем, что в более мощных установках в движении участвуют детали большей массы и больших геомет-, рических размеров, что неизбежно приводит к необходимости пре­одолевать соответствующие более значительные сопротивления. Ана­лиз изменения критерия q применительно к различным буровым установкам—дополнительное подтверждение известного тезиса о том, что буровые установки должны использоваться строго по назначению. Применение мощных установок для бурения неглубоких скважин в энергетическом отношении является нерациональным. Например, нерационально скважину глубиной 2000 м бурить на всю глубину одним и тем же станком. Начальные интервалы целесообразно бурить менее мощным станком. Правда, возникает вопрос, целесо­образно ли в процессе бурения одной скважины один станок заменять другим? Однако при хорошей организации работ и исключении простоев оборудования такая мера может оказаться оправданной.

Влияние глубины скважины. Еще в работе [21 ] был установлен любопытный факт. Для некоторых способов бурения—ударно-виб­рационного, ударно-канатного кольцевым забоем существует глубина скважин, при которой технические возможности этих способов и соот­ветствующей буровой установки реализуются наилучшим образом.

В частности, для ударно-вибрационного бурения агрегатом АВБ2М при глубине скважин 10 м ц = 0,3 (данные по 21 скважине), а при глубине 15 м г/i =0,25 (данные по 30 скважинам), т. е. в последнем случае критерий оказался меньше. Для ударно-канатного бурения (установками УРБ-2А и УБР-2М) при глубине 10 м ц = 1.05 (для четырех скважин). С последующим увеличением глубины скважины qi в том и в другом случае возрастает. Выявленная закономерность

относится только к этим двум способам бурения и только для i пород не выше II категории по буримости, но тем не менее она. весьма показательна для характеристики возможностей критерия. ]

Для большинства других способов бурения q 1 с увеличением i глубины скважины возрастает.

Влияние диаметра скважин. Это влияние на критерий удалось проследить только для роторного бурения. Скважины диаметром от 132 до 495 мм бурили установкой УРБ-ЗАМ сплошным забоем шарошечными долотами с промывкой. Хронометражные наблюдения осуществлял А. П. Полежаев. Установлено, что увеличение диаметра скважины, особенно начиная с 250 мм, приводит к резкому воз­растанию критерия qi (возможно по квадратичному закону). В то же время при малом диаметре наблюдаются как большие значения qi, так и малые. Не исключено, что для бурения шарошечными долотами существует оптимальный диаметр долота, при котором удельное механическое действие минимально (естественно при неиз­менных всех других параметрах системы). Это требует специальных дополнительных наблюдений. В частности, необходимо внимательно проанализировать вопрос, в том числе и в энергетическом отношении, до каких пределов целесообразно уменьшать диамётр для каждого способа бурения. Для некоторых способов уменьшение’ диаметра желаемого эффекта может не дать.

В заключение рассмотрим некоторые особенности и преимущества механического критерия qi.

1. Представленные выше материалы показывают, что критерий q так же, как и его удельный аналог q i, является эффективным средством для более глубокого изучения процесса бурения разведочных, гидрогеологических и инженерно-геологических скважин. Его использо­вание для различных сопоставлений наряду с другими критериями и особенно экономическими позволяет принимать более объективные и обоснованные решения, в частности, о замене устаревшего способа бурения или технического средства более прогрессивными.

2. До настоящего времени вопросы экономии энергии и топлива, сокращения времени на производство работ рассматривались с точки зрения экономии топливно-энергетических ресурсов и времени вообще без органической увязки их между собой и с процессом производства буровых работ. Введение в „практику критерия q позволяет рациональ — ■ но решать эти вопросы. Для достижения заданного эффекта в конеч­ном счете не важно, каким способом бурения и с помощью какого комплекса технических средств это достигнуто. Важно сколько затрачено энергии и времени. Фактор времени в данном случае имеет столь же большое значение, как и фактор энергии. В свете новых задач по ускорению научно-технического прогресса во всех областях народного хозяйства СССР отмеченное обстоятельство приобретает особенно большое значение.

3. К особенностям предложенного критерия следует отнести его фундаментальность. В основе критерия лежат фундаментальные 294

принципы классической механики, определяющие закономерности движения всех существующих в природе материальных объектов. Он позволяет среди множества возможных движений материальных тел и сочетаний действующих на них силовых факторов при буровом процессе отыскивать такие, которые требуют меньших энергетических и временных затрат, а в более широком смысле—меньшую величину механического действия.

4. Важным положительным качеством критерия является его объективность. Этим качеством обладают и многие другие критерии, однако, данный—еще в большей степени. Помимо того, что вли­яние субъективного фактора на этот критерий практически исключено, для его определения требуются величины,- точность определения которых может быть невысокой. Если на сооружение скважины требуется 10 ч, то ошибка в оценке этого времени даже на 10 мин практически не окажет на критерий никакого влияния. То же можно сказать и о затратах топлива или оценке интервала бурения.

5. К следующей особенности критерия q можно отнести его интегральность. Критерий дает оценку процесса бурения на достаточно большом временном и пространственном протяжении. Значение случай­ных факторов, оказывающих большое влияние на дифференциальные критерии, здесь по существу сведено к нулю. Отсюда вытекает важное практическое преимущество критерия—высокая чувствительность к по­стоянно действующим долговременным факторам и малая—к случай­ным. Если в какой-то буровой установке по сравнению с другой заложено какое-то пусть небольшое, но преимущество или она обладает несколько более высокими технико-технологическими качест­вами, то многие из известных критериев этого преимущества могут не обнаружить, тогда как данный критерий его обязательно зафиксирует.

6. Преимуществом критерия является также простота его оценки. Действительно, для определения критерия не требуется сложного аппаратурного обеспечения. Достаточно располагать наручными ча­сами, трехфазным счетчиком энергии или простейшим устройством для замера расхода топлива.

7. Нельзя также не отметить конструктивность критерия, его высокую избирательность и разрешающую способность. Конструк­тивные качества заключаются в возможности определять рациональ­ные области применения способов бурения и технологических средств, а высокая избирательность и разрешающая способность позволяют выявить такие качества последних, которые не могут быть установ­лены с помощью, других критериев [21].

8. Наконец, критерий q может быть использован для прогнозной оценки различных технических средств. В частности, В."Я. Киповский и И. Г. Шелковников использовали модифицированный вариант этого критерия для выбора и оценки технической эффективности тех­нологических схем производства ряда вспомогательных операций на подводном буровом станке.

[1] Стерадиан рассматривать не будем, поскольку эту единицу в технике практически не используют.

[2] В последующем под термином «точка» будем понимать «материальная точка».

[3] Угол 0 носит название зенитного угла.

[4] r+nd-— А-{Аг-В1гУ>гЛ 2л

Зная w, и w„% можно найти полное ускорение точки.

Пример 2. Допустим, канат сматывается на длину 20 м с ускорением n’t= 1 м — с’2-, на лебедке намотано /7=15 витков, диаметр каната d= 0,02 м, начальный радиус барабана г—0,1 м. Найти угловую скорость барабана и полное ускорение точки каната в конце сматывания.

[5] . . R*-j*

Ac-Jr = — k-s

[6]

(8.27) ai — потери мощности в элементах трансмиссии бурового ‘ станка, вращающихся с постоянной скоростью независимо от частоты

т. е. использовать только два первых члена формулы (8.26). В формуле

[9] Эту массу в последующем мы условно будем называть пассивной в отличие от массы ударной части, которую будем называть активной.

[10] Под жесткостью бруса понимают произведение GJP.

[11] Эту величину условно можно называть механическим действием по преодолению всех сопротивлений при сооружении скважины.

Комментарии запрещены.