Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При разработке буровых станков и установок, технических средств для механизации и автоматизации различных буровых процессов применяют те же конструкционные материалы, что и в общем

23

Механические свойства конструкционной стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием (горячекатаная без термической обработки) по ГОСТ 1414—75

Марка стали	о., 107 Па	б*. %	Твердость НВ, 107 Па, не более
А12	42	22	160
А20	46	20	168
А30	52	15	185
А35	52	15	201
А40Г	60	14	207

Примечание. Помимо указанных в таблице сталей, поставляется калиброванная нагартованная сталь тех же марок (кроме А40Г), относительное удлинение которой приблизительно в 2 раза меньше, а твердость несколько выше.

Марка стали	о., 107 Па	су, 107 Па	65) %
08	33	20	33
10	34	21	31 •
15	38	23	27
20	42	25	25
25	46	28	23
30	50	30	21
35	54	32	20
40	58	34	19
45	61	36	16
50	64	38	14
55	66	39	13
60	69	41	12

Таблица 2.16

Примечание. В таблице указан крайний нижний предел механических свойств.

Механические свойства качественной конструкционной стали 2-й категории (по ГОСТ 1050—88)

Таблица 2.17

Механические свойства термически обрабатываемой легированной конструкционной стали некоторых марок (по ГОСТ 4543—71)

Твердость в отожженном или отпущен­ном состоя­нии НВ, 107 Па не более

с„, 107Па

б, %

Примерное назначение

Марка стали

ст., 10 Па

85

Детали средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при доста­точно прочной и вязкой

20Х

63

10

179

с

!■

t’

! Пр одолжение табл. 2.17 Марка стали с,, 10’ Па о„, 10’Па 6. % Твердость в отожженном или отпущен­ном состоя­нии НВ, 107 Па не более Примерное назначение — — сердцевине, используемые при больших скоростях и средних удельных давле­ниях: зубчатые колеса, ку­лачковые муфты, втулки, направляющие планки, плу­нжеры, копиры, шлицевые валики, шпиндели и валы, установленные в подшипни­ках скольжения зох 70 90 12 187 Оси, катки, валики, балан­сиры, зубчатые колеса 35Х 75 93 11 197 То же, а также ответствен­ные болты, шпильки, гайки 40Х 60—75 80—95 15 230—280 Детали с общей повышен­ной. прочностью: зубчатые передачи, червячные валы, шлицевые валы, промежу­точные оси, шпиндели и ва­лы, работающие в подшип­никах качения 45Х 60 85 10 230—300 Крупногабаритные детали с общей повышенной про­чностью, а также валы, зуб­чатые колеса и т. д. 50Х 90 110 9 229 Ответственные валы, зубча­тые колеса, упорные кольца ЗОХМА 75 95 12 229 Ведущие валы, оси, ответст­венные болты 35ХМ при закалке в масле с от­пуском >140 >160 >12 280—300 Зубчатые колеса, шпиндели, работающие в условиях больших нагрузок и скорос­тей, где большое значение имеет предел выносливости (a_,w65-107 Па)

Марка стали	о., 107 Па	а„ 10’Па	8, %	Твердость в отожженном или отпущен­ном состоя­нии НВ, 107 Па не более	Примерное назначение
18ХГ	75	90	10	187	Валы, оси, шатуны, колен­чатые валы, требующие большой износостойкости
20ХГСА	65	80	12	207	Ответственные штампован­ные и сварные детали и сварные узлы, штоки, ды­шла
ЗОХГС	85	110	10	225	То же, а также зубчатые колеса, оси, валы, ролики, муфты, болты
20ХН	60	80	14	197	Зубчатые колеса, шлицевые валики, шпонки
40ХН при закалке в масле, от­пуске	>140	160	>7		Мелкие и средние детали, работающие при высоких удельных давлениях и удар­ных нагрузках, при требова­нии высокой прочности и повышенной пластично­сти; зубчатые колеса, кулач­ковые муфты; червяки
45ХН	85	105	10	207	Ответственные штампован­ные и сварные детали и сварные узлы, штоки, ды­шла
50ХН	90	110	9	207	То же
ЗОХНЗА	80	100	10	241	Зубчатые колеса, шлицевые валики, шпонки

машиностроении. Остановимся только на бурильных, колонковых и обсадных трубах й частично на буровых канатах. Специальные материалы, используемые в породоразрушающих инструментах, в справочном пособии не рассматриваются.

i Таблица 2.18

!- Механические свойства серого чугуна (по ГОСТ 1412—85)

Марка чугуна	Предел прочности.	107 Па, не менее	Твердость НВ, 107 Па
при растяжении о„	при изгибе а,„
СЧ10	10	28	143—229
СЧ15	15	32	163—229
СЧ18	18	36	170—229
СЧ20	20	40	170—241
СЧ25	25	46	180—250
СЧЗО	30	50	181—255
СЧ35	35	55	197—269
С 440	40	60	207—285
СЧ45	45	65	229—289

Таблица 2.19

Механические свойства высокопрочного чугуна (по, ГОСТ 7293—85) ,

Марка чугуна	Op, 107 Па	ог, 107 Па	8, %	Твердость НВ, 107 Па
не менее
ВЧ 38-17	38	24	17	140—170
ВЧ 42-12	42	28	12	140—200
ВЧ 45-5	45	33	5	160—220
ВЧ 50-7	50	35	7	171—241
ВЧ 50-2	50	35	2	180 -260
ВЧ 60-2	60	40	2	200—280
ВЧ 70-2	70	45	2	229—300
ВЧ 80-2	80	49	2	250—330
ВЧ 100-2	100	70	2	270—360
ВЧ 120-2	120	90	2	302— 380

Таблица 2.20

Механические свойства некоторых конструкционных материалов Материал о„, 107 Па ст., 107 Па Твердость НВ, 107 Па Номер стандарта Баббиты оловянные и 11—14,7 7- 8,6 i о ____ свинцовые * (при сжатии) Бронзы оловянные литейные 14—25 — 45—90 ГОСТ 613—79 безоловянные литей­ 40—60 80—250 ГОСТ 493—79 ные Безоловянные бронзовые 35—65 … 110 220 ГОСТ 1628—78 прутки

Материал	о„, 107 Па	о,. 10′ Па	Твердость НВ, 107 Па	Номер стандарта
Проволока из кремне­марганцевой бронзы	78—90	—	—	ГОСТ	5222—72
Латуни (медно-цинковые литейные сплавы)	20 —70	—	30—160	гост	17711—80
Латунные прутки	30—48	—	70—130	гост	2060—73
Листы и полосы латун­ные	24—63	—	—	гост	931—78
Ленты латунные обще­го назначения	20 63	——	—	гост	2208- 75
Профили прессованные из алюминия и алюми­ниевых сплавов	6 40	6—29		гост	8617— 81
Прутки прессованные из алюминия и алюминие­вых сплавов	6—52	7—43
Прутки из алюминия по­вышенной прочности	43—56	27—44	—		—
Листы из алюминия и алюминиевых сплавов	6—50	8—37	—	гост	21631 -76
Прутки из титановых сплавов	30 130	—	—	ОСТ 1	90173—75
Листы из титана и ти­тановых сплавов	30 120	■ —	—	гост	22178 —76
Древесно-слоистые плас­тики	11—26 12—16(при сжатии вдоль во­локон)			гост	13913-78
Текстолит и асботексто­лит	7—10	—	—	гост	5—78
Стеклотекстолит	21—40 (при растяжении по основе)			гост	10292—74
Лйсты из поливинилхло­рида Стекло органическое конструкционное	6,7—8,5 13—15 (при сжатии) 12—14 (при статичес­ком изгибе)	5—5,5		гост гост	9639 — 71 15809—70
Целлулоид	3,9-4,5	—	—	гост	21228 —85
Доски асбоцементные	3,5—5 (при изгибе)	—	—	гост	4248—78
Фторопласт	1,5—2,6	—	■—		—

Конструкция бурильных труб определяется их назначением. Для бурения твердосплавным породоразрушающим инструментом скважин большого диаметра применяют стальные трубы с муфтово-замковым соединением. При бурении алмазным породоразрушающим инст — 28

Таблица 2.21 Виды стальных профилей Вид профиля Пределы изме­нения макси­мального раз­мера, Ю’лм ГОСТ Стальная горячекатаная полоса 12—200 103-76 Круглая горячекатаная калиброванная сталь 5—25 2590-88 Квадратная сталь 5-25 2591-88 Шестигранная сталь 5—25 8560-78 Кованая круглая и квадратная сталь 40—200 1133-71 Калиброванная круглая сталь 3—30 7417-75 Горячекатаная стальная лента 20—220 6009-74 Полосовая горячекатаная и кованая инструмен­ 12- 300 4405-75 тальная сталь Прокатная широкополосная универсальная сталь 200—1050 82-70 Листовая горячекатаная сталь 1420—9500 19903 — 74 Листовая холоднокатаная сталь 1000-6000 19904 — 74 Листовая волнистая сталь 590—835 3685-71 Угловая равнополочная сталь 20—200 8509 — 86 Угловая неравнополочная сталь 25—180 8510-86 Гнутые стальные равнополочные уголки 25—160 19771-74 Гнутые стальные неравнополочные уголки 25—160 19772 — 74 Балки двутавровые 100—400 8239-89 Швеллеры стальные горячекатаные 50 -400 8240- 72 Швеллеры стальные гнутые равнополочные 32—200 8278-83 Рельсы крановые 120—170 4121-76

Таблица 2.22 Виды прессованных профилей из алюминия и. алюминиевых сплавов Вид профиля Предел изменения мак­симального размера, ИГ3 м ГОСТ Уголки равнополочиые 15—90 13737—80 Швеллер равнотолщииный 25—100 13623—80 Двутавр 30—86 13621—79 Зет нормальный 20—50 13620—81

рументом исцользуют стальные и легкосплавные трубы с ниппельным и муфтово-замковым соединениями. Особые трубы (со слабоконичес­кой резьбой) применяют при бурении скважин со съемным керноп — риемником. Появление нового способа бурения с гидро — и пневмот­ранспортом керна привело к необходимости создания специальных двойных бурильных колонн. Общая классификация бурильных труб разработана JI. А. Лачиняном. В соответствии с этой классификацией трубы подразделяются по наличию и типу соединительных элементов, материалу, размещению и типу резьб на трубах и соединениях и,

Рекомендуемые диаметры, мм, породоразрушающего инструмента для бурильных труб различных типов.

Тип бурильных труб	Диаметр труб, мм
24	34	42	50	54	63,5	68
Ниппельные
стальные	28	36	46	—	59	—	76
	36	46	59	: —	76	—	93
легкосплавные	28	36	46	—	59	—	76
Муфтово-замковые стальные	. —	—	59	76	—	93	—
	; —	—	76	93	—	112	—
	—	—	93	112	—	132	—
	—	—	—	132	—	151	—

Таблица 2.24

Механические свойства материалов, используемых в бурильных трубах и их соединениях

Материал	Предел прочности при растя­жении с.., 107 Па. не менее	Предел текучести при растя­жении о,, 107 Па, не менее	Относи­тельное удлинение, %, не менее	Относи­тельное су­жение, %, не менее	Ударная вязкость	Твердость, 107 Па, не менее
при 20 С, 106 Дж/м2, не менее	ло Рок­ веллу HRC	ло Бри- неллю НВ
Сталь 45	65	38	16		_______________	____	___
Сталь 36Г2С	70	50	12	—	——	—	—
Сталь 45У	70	45	14	50	0,5		217
Сталь 38ХНМ	75	55	12	40	—	—	—
Сталь 40Х	78	58	14	50	0,8	—	255
Сталь 40ХН	90	70	15	50	1,2	26	—
Алюминиевый сплав Д16Т	45	33	11		0,2		120

как следствие, по соотношению их диаметров, в зависимости от которого колонна может быть гладкоствольной либо иметь перемен­ный профиль.

Основные типы бурильных труб и рекомендуемые диаметры породоразрушающего инструмента приведены в табл. 2.23.

Механические свойства материалов для бурильных труб и их соединений представлены в табл. 2.24.

Некоторые бурильные трубы и их соединения стандартизованы, на другие имеются ведомственные и общесоюзные технические условия и нормали. Например, замки для бурильных труб диаметром 50 мм выпускаются по ГОСТ 7918—75. Подробные сведения по типам труб, их основным размерам, материалу нашли отражение в таблицах, 30

Механические свойства стали для обсадных и колонковых труб геологоразведочного иазиачеиия Механические свойства Группа стали Д К М Предел прочности при растяжении, ств, I07 Па, 55 65 85 не менее Предел текучести ах, 107 Па, не менее 38 50 75 Относительное удлинение. %, не менее 16 12 12 Таблица 2.26 Механические свойства стали для обсадных труб нефтяного сортамента

Группа стали С Д К Е Л М Р Временное сопротивление ств, 107 Па, не менее 55 65 70 75 80 90 110 Предел текучести ст, 107 Па, не менее 32 38 50 55 65 75 95 Относительное удлинение, %, не менее 18 16 12 12 12 12 12

составленных JI. А. Лачиняном. Эти таблицы воспроизведены в ра­ботах [20, 23].

Колонковые и обсадные трубы для бурения геологоразведочных скважин изготовляют по ГОСТ 6238—77. Наружный диаметр труб составляет 25; 33,5; 44; 57; 73; 89; 108; 127 и 146 мм, длина — 3; 4,5; 6 и 8 м. Трубы изготовляют из стали марки Д, К и М, механические свойства которых представлены в табл. 2.25.

В практике бурения геологоразведочных скважин широко исполь­зуются также обсадные трубы так называемого нефтяного сортамента по ГОСТ 631—75. Их наружный диаметр составляет 114; 127; 140; 146; 168; 178; 194; 219; 245; 273; 299; 324; 340; 377; 407; 426; 508 мм, длина — от 5 до 13 м. Эти трубы изготовляют из стали групп С, Д, К, Е, Л, М и Р, механические свойства которых указаны в табл. 2.26.

Процесс сооружения геологоразведочных скважин включает в себя производство спуско-подъемных операций. Последние на большинстве отечественных буровых установок осуществляются при использовании стальных канатов. Выпускаемые промышленностью стальные канаты подразделяют по:

назначению —- на грузолгодские ГЛ и грузовые Г; механическим свойствам проволоки — высшей марки В, первой (I) и второй (II) марок;

Таблица 2.27 Размеры и параметры каната 6×36+1 О. С по ГОСТ 2688—80 Диаметр каната, мм Расчетная плошадь сечения всех про­волок, мм2 Ориентировочная масса 1000 м сма­занного каната, кг Разрывное усилие при напряжении 180 -107 Па, кН 3,8 5,93 55,1 8,4 4.1 6.55 64,1 9,75 4,5 7,55 73.9 11,25 4,8 8,62 84,4 12,85 5,1 9,76 95,5 14,6 5,6 11,9 116,5 17,8 6,2 14,47 141,6 21,1 6,9 18,05 176,6 26,3 8,3 26,15 256 ‘ 38,15 9,1 31,18 305 45,45 9,9 36,66 358,6 53,45 11 47,19 461,6 68,8 12 53,87 527 78,55 13 61 596,6 89 14 74,4 728 108 15 86,28 844 125,5 16,5 104,61 1025 152 18 124,73 1220 181,5 19,5 143’61 1405 209 21 167,03 1635 243,5 . 22,5 188,78 1850 275

Примечание. Канаты могут также иметь маркировку 140• 107, 160• 107, 190• 107 и 200 • 107 Па. Тогда разрывное усилие соответственно будет меньше указанного в таблице либо больше.

Т а б л и ц а 2.28

Наименьший допускаемый коэффициент запаса прочности каната, используемого в бурении

Привод грузоподъемной машины	Режим работы	Коэффициент к
Ручной	_	4,5
Машинный	Легкий	5
	Средний	5.5
	Тяжелый непрерывного	6
	действия

виду покрытия поверхности проволоки—из светлой проволоки, из оцинкованной проволоки для легких JIC, средних СС и жестких ЖС условий работы;

направлению свивки правая П, левая JI;

сочетанию направлений свивки элементов каната—крестовая, односторонняя О;

: способу свивки — раскручивающиеся Р, нераскручивающиеся Н;

типу касания проволок в рядах—линейное JIK, точечно-линейное TJIK и линейно-точечное ЛТК;

форме поперечного сечения — круглые, плоские (круглые канаты бывают одинарной свивки, двойной и тройной).

; Кроме указанных основных элементов классификации, стальные канаты характеризуются диаметром и числом проволок в канате, | числом и материалом сердечников; расчетным пределом прочности ; проволоки при растяжении (от 1 до 2,6 МПа).

В бурении в основном используют стальные канаты спираль­ные с линейным касанием проволок в прядях типа ЛК-0 по ГОСТ I’ 3062—80; канаты двойной свивки с линейным касанием проволок в прядях типа ЛК-Р с одним органическим сердечником по ГОСТ 2688—80 и типа ЛК-0 с металлическим сердечником по ГОСТ. 3081—80. Конструкции канатов имеют следующее цифровое обо­значение: 6×36+1 О. С — 6 — число прядей, 36 — число проволок в пряди; 1—число проволок сердечника; О. С — органический сер­дечник. Чем больше число проволок в пряди при одном и том же диаметре каната, тем выше гибкость каната. Наиболее распростра­нены следующие конструкции канатов: 6х19+18С (18 сталь­

ных проволок в сердечнике), 6×36 + 1 О. С; 6×19+1; 6×37 + 1; 6×61 + 1; 6×27 + 1; 6×36+1; 6×31 + 1 и др. В качестве примера в табл: 2.27 приведены основные параметры канатов 6×36+1 О. С по ГОСТ 2688—80 для маркировочной группы, соответствующей 180 107 Па.

Канат—один из наиболее ответственных элементов бурового оборудования. Он работает в весьма сложных условиях нагружения с возможностью возникновения значительных, не поддающихся строгому ограничению динамических нагрузок. Поэтому к выбо­ру каната предъявляют довольно жесткие требования, а прини­маемые коэффициенты запаса прочности должны быть значи­тельны.

Согласно правилам Госгортехнадзора канат рассчитывают на растяжение по формуле

P>Sk, (2.1)

где Р—разрывное усилие каната, соответствующее указанному в стан­дарте, Н; S—наибольшее натяжение ветви каната без учета динамичес­ких нагрузок, но с учетом коэффициента полезного действия полис — пастной системы, Н; к — коэффициент запаса- прочности каната, принимаемый по табл. 2.28 в зависимости от типа подъемного механизма, рода привода и режима эксплуатации.

При использовании каната для ответственных операций не следует ограничиваться проверкой его нагрузочных способностей по формуле (2.1). Требуется проверить прочность каната детальным расчетом с учетом возможных динамических нагрузок.

Комментарии запрещены.