Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Многочисленными исследованиями [5, 22, 40, 41] и практикой бурения установлено, что алмазное бурение может быть эффек­тивно только при определенном сочетании режимных параметров, обеспечивающих высокую механическую скорость, проходку на ко­ронку до ее износа при малом расходе алмазов на I м бурения.

Исследованиями ВИТР [41] установлено, что наибольшее влия­ние на механическую скорость оказывает частота вращения ко­ронки, а на износ коронки по торцу — осевая нагрузка на коронку. Механическая скорость бурения почти во всех породах увели­чивается пропорционально увеличению частоты вращения коронки без увеличения расхода алмазов на I м бурения. В связи с этим алмазное бурение целесообразно вести при возможно высокой час­тоте вращения коронки, допускаемой состоянием бурового обору­дования и инструмента, а также характером разбуриваемых по­род (физико-механическими свойствами, структурными и текстур­ными особенностями, трещиноватостью); при отсутствии вибрации или при возможности значительного снижения ее применением ан­тивибрационных средств; при обеспечении кондиционного керна.

Частота вращения. Оптимальной частотой вращения алмазной коронки будет максимальная частота вращения, при которой:

1) мощность буровой установки и прочность бурильной колонны достаточны, чтобы обеспечить бурение при оптимальной нагрузке^, на коронку; 2) обеспечивается требуемый выход керна и мини­мальный расход алмазов на 1 м бурения.

При выборе частоты вращения алмазной коронки следует ру­ководствоваться следующими общими положениями: наибольшие

значения частоты вращения задавать при бурении скважин неглу­боких (до 500 м) в монолитных и слаботрещиноватых породах ко­ронками малого диаметра (до 59 мм) и при бурении импрегниро — ванными коронками; пониженные значения частоты вращения за­давать при бурении весьма твердых кварцевых ожелезненных по­род типа яшм, джеспилитов, роговиков; сильнотрещиноватых, раздробленных пород; прослоев пород, значительно отличающихся по твердости; глубоких скважин (свыше 2000 м) и скважин боль­шого диаметра (свыше 59 мм); при использовании коронок, армированных алмазами зернистостью 5—8 шт/кар или крупнее; при низком выходе керна.

Рекомендуемая частота вращения алмазной коронки может быть рассчитана:

1) по формуле (VIII.2), используя значения окружной скоро­сти (м/с) для различных пород [5]:

Для пород VIII—IX категорий… *…………………………………………. ………………………………………………………………………………………………… . 3—4

То же, X—XI категорий……………………………………………………………………………………………. 2—3

» XII категорий *………………………………………………………………. * — 1,5—2

2) в зависимости от твердости разбуриваемых пород по форму­ле (VIII.4), предложенной О. В. Ивановым [41]. При расчете мож­но воспользоваться данными прил. 1.

п — 19Л (3,64 — 0,0038/701) (VIII 4)

Dc

где Dc — диаметр скважины, м; рш— твердость породы, ГПа (1 ГПа = Ы09 Па; для пород VII—XII категории 2,0<рш< <8,0 ГПа);

3) может быть выбрана по данным табл. 32 [41].

Осевая нагрузка. Оптимальные значения осевой нагрузки на коронку зависят от физико-механических свойств породы и задан­ной частоты вращения коронки. Увеличение нагрузки сверх опти­мальной приводит к увеличению расхода алмазов и снижению проходки на коронку. Оптимальные значения осевой нагрузки могут быть приняты по данным табл. 32 или рассчитаны по форму­лам (VIII.5), (VIII.6) или (VIII.7).

Расчет оптимальной осевой нагрузки на алмазную коронку может быть произведен по формулам, предложенным С. Н. Тара­кановым [41],

для однослойной коронки

р = 0,055 &В — , (VIII.5)

для импрегнированной коронки

Р = 0,055 5Јhl, (VIII. 6)

h

Категория буримости

Параметры Частота вращения, об/мин Осевая нагрузка, даН Расход промывочной жидкости, л/мин

VI—VII _ 500—900 VIII—IX 900—1700 600—1200 IX—XI 1400—2500 1000—1700 XI—XII 1000—1700 800—1300 VI—VII — 300—500 VIII—IX 300—500 400—700 IX—XI 400—700 600—900 XI—XII 500—800 700—1000 VI—VII 30—50 VIII—IX 20—30 30—40 IX—XI 16—25 20—30 XI—XII 10—15 15—20

где С? — масса объемных алмазов, кар (.прил. 18); рш — твердость породы, Н/мм2 (прил. 1); Оа — средний условный диаметр зерен объемных алмазов, мм; к—высота отрабатываемой части матри­цы, мм, обычно высота отрабатываемой части матрицы составляет

4— 5 мм.

Оптимальная осевая нагрузка может быть рассчитана на осно­вании значений удельной нагрузки на 1 см2 рабочей площади тор­ца алмазной коронки, рекомендованной для различных категорий пород, по формуле

Р = РГБ, (VIII. 7)

где 5 — рабочая площадь торца алмазной коронки (за вычетом площади промывочных каналов), см2; Ру — удельная нагрузка, даН/см2; для пород VIII—IX категорий Ру = 60—75 даН/см2, для пород X категории Рт = 75—90 до 120 даН/см2; для пород XI кате­гории Ру=90—120 даН/см2 и для пород XII категории Ру = = 100—150 до 170 даН/см2. Расчет осевой нагрузки по формуле (VII 1.7) следует производить особенно в тех случаях, когда тол­щина матрицы алмазной коронки отличается от стандартной (ко­ронки с утолщенной матрицей, коронки для двойных колонковых труб и др.).

Осевую нагрузку следует снижать при бурении в трещиноватых перемежающихся по твердости абразивных породах на 20—50 % от рекомендуемых для нормальных условий; при бурении косо­слоистых пород, разбуриваемых под углом к их напластованию (в целях уменьшения искривления скважины); при недостаточной мощности станка.

При алмазном бурении необходима координация частоты вра­щения и осевой нагрузки на коронку, т. е. при увеличении часто­ты вращения следует увеличивать и значение осевой нагрузки;

Диаметр коронки, мм БЭ 76 93 112 400—700 300-500 200—300 150—300 300—1200 400—700 250—450 200—350 800—1700 600—1000 400—700 300—500 600—1000 400—700 400—800 500—1000 600—1300 800—1600. 600—1000 800—1300 900—1600 1200—2000 800—1300 1000—1700 1300—2000 1600—2500 1000—1600 1300—2000 — —— 50—80 80—100 80—130 120—200 40—60 50—80 60—90 90—140 30—50 40—60 50—80 70—120 20—30 20—40 —

снижение частоты вращения коронки требует снижения задавае­мой осевой нагрузки.

Качество и количество промывочной жидкости выбираются в зависимости от геолого-технических условий бурения, типа корон­ки, ее размера и глубины бурения. Качество промывочной жидко­сти может быть выбрано по данным табл. 21; количество промы­вочной жидкости может быть рассчитано по формулам, приведен­ным в гл. VI, § 1, или принято в соответствии с рекомендациями табл. 32. При алмазном бурении режим промывки имеет особое значение, так как при недостаточном количестве жидкости на за­бое короцку может прижечь, а при чрезмерном количестве жид­кости может происходить разрушение матрицы и промывочных каналов.

В соответствии с разработанными ВИТР рекомендациями (см. табл. 32) следует задавать большие количества промывочной жид­кости при бурении в абразивных породах, чтобы предотвратить повышенный износ матрицы и алмазов, и при бурении на боль­шие глубины с целью компенсировать утечки в соединениях бу­рильной колонны.

Средства снижения вибрации бурового снаряда при алмазном бурении. Вибрации бурового снаряда, возникающие по целому ря­ду причин (геологические, технические и технологические), оказы­вают вредное влияние на технологический процесс алмазного бу­рения: резко возрастают затраты мощности на вращение бурового снаряда, в связи с чем снижается возможная частота его враще­ния; снижаются показатели работы породоразрушающего инстру­мента, а также выход керна; происходит повышенный износ бу­рового инструмента и оборудования; снижается производитель­ность бурения..

Для снижения вибраций бурового снаряда при алмазном буре­нии скважин с поверхности и из подземных горных выработок

1 Породы	Категория буримостн	Величина углубления между рас­хаживаниями, м	Высота подъема инструмента над забоем, и
Пески	II	0,1— 0,5	0,3—1,5
Супеси, глины плотные и средней плотности	III—IV	0,3—1,5	1,0—2,0
Гравийно-галечные отложения	III	0,3—1,0	0,2—0,6
Породы	V—VII	2-4	0,5—1,0

Таблица 33 Параметры ТДН-УТ-46 ТДН-УТ-59 ТДН-УТ-76 ТДН-0-75 Частота вращения, об/мин 700—1250 700—1000 300-700 430—700 Осевая нагрузка на алмазную 600—800 600—1200 800—1500 600—1800 коронку, даН Количество промывочной жидко­ 30- -50 30—60 30—60 сти, л/мин •

Таблица 34 Одинарный снаряд Двойной снаряд Параметры Категория буримостн ОЭС-57 ОЭС-73 ДЭС-73 ДЭС-89 Частота вращения, об/мин VIII—IX 200—300 350—250 500—300 500—300 X 200—300 350—250 500—300 500—300 XI—XII 200—300 350—200 500—300 500—300 Осевая нагрузка, даН VIII—IX 500—600 500—700 700—900 900—1200 X 600—700 700—800 750—900 900—1300 XI—XII 700—900 800—1100 900—1200 — Расход промывочной жидко­ VIII—IX 100—120 120—150 90—120 120—150 сти, л/мин ш X, XI, XII 100—120 120—150 90—120 120—150

твердым сплавом: диаметром 76 мм — для устойчивых пород; диа­метром 84 мм — для вспучивающихся и неустойчивых пород и диаметром 92 мм — для мощных толщ сыпучих пород и плывунов. Режимы бурения специальным породоразрушающим инструмен­том комплексом КГК-100 характеризуются следующими парамет­рами:

Частота вращения бурового снаряда, об/мин…. 150—225

Количество промывочной жидкости, л/мин…. 140—160 и

200—250 в трещиноватых породах

1 Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент (в даН) устанавливается в следующих пределах:

Для пород II—-III категорий буримости (пески, суглинки,

глины)……………………………………………………………………………. ………………………………………………………………. 300—900

То же, IV категории буримости (суглинки, плотные гли­ны) ……………………………………………………………… …………………………………………………………………………. 600—1200

Для’гравийно-галечных отложений………………………………….. 300—1200

Для пород V—VII категорий буримости………………………………… 800—2000

При бурении комплексом КГК производится периодическое расхаживание бурового снаряда, частота которого и высота подъе­ма над забоем зависят от характера пород (табл. 32, а).

При разведке месторождений угля качественный отбор керна обеспечивается применением специальных колонковых снарядов «Донбасс НИЛ —I, II, III». При буренуй ДКС «Донбасс НИЛ» диаметром 76 мм рекомендуются следующие режимные парамет­ры [5]:

Расход промывочной жидкости, л/мин…………………………………. ………………………………………………………………………………………… 50—70

Частота вращения снаряда, об/мин…………………………….. 100—150

Осевая нагрузка при бурении, даН:

по углю……………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………….. 400—600

по прослоям породы и крепким углям………………………… 700—1000

Проектирование режимов бурения комплексами ССК и КССК. Применение при колонковом бурении комплексов ССК и КССК позволяет увеличить’ производительность бурения в 1,5—2 раза и довести выход керна до 90—100 % по сравнению с обычным ал­мазным бурением за счет сокращения времени на СПО и исполь­зования высоких частот вращения бурового снаряда. Бурение с ССК и КССК может осуществляться всеми буровыми станками ко­лонкового бурения, рассчитанными на заданную глубину бурения* [5, 25, 37].

Комплексы ССК рекомендуются для бурения в породах VII—X категории буримости на глубину до 1000 м (ССК-46) и 1200 м (ССК-59 и ССК-76); комплекс КССК предназначен для бурения скважин в породах V—IX категорий буримости при глубине до 2000 м.

Рекомендуемые режимные параметры бурения снарядами СОК и КССК приведены в табл. 35.

Приработка коронок при работе ССК производится на неболь­ших частотах вращения— 150—250 об/мин при небольшой осевой нагрузке — 300—400 даН с расходом промывочной жидкости при диаметре 76 мм 20—30 л/мин и при диаметре 59 мм 15—25 л/мин.

Наивысшие показатели бурения могут быть достигнуты при использовании рекомендуемых оптимальных режимных парамет­ров, однако в ряде случаев следует проектировать сниженные зна­чения частот вращения: при бурении по силыютрещиновытым по­родам; при искривлении скважины; склонности стенок скважины

Параметры	ССК-46	ССК-59	СОК-76	КССК-76
Максимальная частота вращения снаряда, об/мин Предельная осевая нагрузка на коронку, даН Расход промывочной жидкости, л/мин Давление жидкости, МПа Вид промывочной жидкости	2000 1200 10—20 Вода, эм лимербе* содержа!	1500 1600 15-60 <- [ульсионны 1ТОНИТОВЫе тем тверд	1000 1800 30-70 4—6 ё, полиме растворы ой фазы	1000 2000 30—100 рные, по — с малым «4-5%)

к обрушению; при достижении затрат мощности на бурение номи­нального значения мощности двигателя станка.

Комментарии запрещены.