Буровые машины для бурения скважин


Обзор буровых станков – Основные средства

В настоящее время буровзрывные работы остаются основным способом подготовки крепких горных пород к последующей разработке. Несмотря на множество недостатков данного способа эффективной альтернативы ему до сих пор не существует.

Для одной из основных технологических операций буровзрывных работ – бурения взрывных скважин – на открытых горных работах применяют буровые станки, оснащенные различным буровым оборудованием. Типоразмеры буровых станков определяются диаметром буримой скважины: 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм.

По отечественной классификации буровые станки разделяются по способу бурения на три типа.

Первый тип – станки СБР, которые бурят путем вращения резцового инструмента, установленного на шнековой штанге. Применяют при бурении пород крепостью до f=6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Номинальный диаметр буримых скважин – 125 и 160 мм.

Второй тип – станки СБШ, которые бурят путем вращения шарошечных долот. Номинальный диаметр скважин – от 160 до 400 мм. Применяются при бурении пород крепче f≥6.

Третий тип – станки СБУ, которые бурят ударно-вращательным способом погружными пневмоударниками. Применяются для бурения пород крепче f≥6 с диаметром скважин от 100 до 200 мм.

Условное обозначение станка включает диаметр скважины в мм и глубину бурения в м, например, СБШ-250МНА-32: диаметр скважины 250 мм, глубина скважины до 32 м.

Станки с резцовым инструментом

Скорость бурения, а соответственно и производительность бурового станка зависят от свойств породы разрушаться под воздействием бурового инструмента, от вида бурения, конструкции бурового инструмента. На относительно некрепких породах успешно применяют станки с резцовым буровым инструментом. Стружка отделяется при значительном осевом усилии резцами, установленными на буровой коронке. При вращении штанги посредством винтовой навивки шнека порода удаляется из скважины. При использовании гладкой штанги мелочь удаляется сжатым воздухом.

На карьерах СНГ традиционно широко распространены станки СБР-160А-24 производства ОАО «Карпинский машиностроительный завод» и более ранние СВБ-2М. Это машины на гусеничном ходу с электроприводом. На гусеничную тележку опирается сварная рама, на раме расположены маслостанция, шкафы управления, мачта с направляющими для перемещения бурового става и вращателя, кассеты для хранения шнеков, механизмы свинчивания-развинчивания, подачи бурового става. Также на станке установлены гидроцилиндры выравнивания станка и подъема мачты, компрессорная станция, смонтированы гидро- и пневмосистемы, электрическая часть. По сравнению с устаревшими станками СВБ-2М у станка СБР-160А-24 увеличена высота мачты, механизированы трудоемкие операции по сборке-разборке бурового става, увеличена мощность приводов основных механизмов, гидропривод поднятия-опускания мачты, более просторное машинное отделение, обогреваемая кабина и др. На базе СБР-160А-24 создан СБР-160Б-32 с увеличенной глубиной бурения. Кыштымский машзавод предлагает более мощный и универсальный станок СБР-200-32, который может бурить также шарошечными долотами (диаметр 160 мм), для чего необходимо использовать прицепной компрессор.

Резцовые коронки бурового инструмента различаются числом перьев (лезвий), способом их крепления, формой режущей кромки, расположением резцов на коронке. Коронки могут быть с перьями как сплошной формы, так и со съемными резцами. Обычно коронки со сплошным исполнением режущей кромки применяют на породах крепостью до f=4 по шкале Протодьяконова. Резцовые коронки ступенчатой формы, оборудованные резцами, предназначены для бурения пород крепостью f6...8 станками вращательного бурения с резцовыми коронками малоэффективно: значительно повышается износ резцов, имеет место сильная вибрация става, скорость бурения низкая. По крепким породам более эффективным является шарошечное бурение. Трехшарошечное долото под большим осевым усилием (до 30 тс при диаметре бурения 250 мм) подается на забой. На шарошках установлены твердосплавные зубки различной формы (сферической или баллистической, т. е. клиновидной). Шарошки обкатываются по поверхности забоя (частота вращения долота 2,5...0,8 с–1), и зубки под большим усилием внедряются в породу, создавая максимальные напряжения сдвига в разрушаемом слое. От породного массива отделяются чешуйки, которые выносятся из скважины сжатым воздухом. Шарошечное бурение наи­более эффективно при больших диаметрах скважин.

Станки шарошечного бурения

Самыми распространенными станками шарошечного бурения являются станки СБШ-250МНА-32 (модификация СБШ-250-55), 3СБШ-200-60 (на базе 3СБШ-200Н), 6СБШ-200-32 и их более ранние версии.

Станок СБШ-250 производства ОАО «Рудгормаш» (Воронеж) смонтирован на унифицированном гусеничном ходу УГ-60. На поперечных балках гусеничной тележки установлена рама станка с машинным отделением. В машинном отделении размещены винтовой компрессор, маслостанция, гидронасосы, электрические шкафы и кабина. На мачте смонтированы вращательно-подающий механизм, сепаратор со штангами, механизм развинчивания штанг. Вдоль боковых панелей каркаса мачты расположены направляющие, по которым перемещаются каретки вращателя. Для горизонтирования станка используют три домкрата. На станке СБШ-250МНА-32, который выпускается заводом «Рудгормаш» в настоящее время, установлены тиристорный преобразователь для питания привода вращателя, система автоматического регулирования производительности компрессора, гидропривод повышенной регулируемой производительности, что позволяет более чем вдвое увеличить скорость вспомогательных операций. Предлагается модификация – оборудование станка частотными преобразователями, это дает возможность использовать менее дорогие асинхронные двигатели переменного тока для привода хода и вращателя, а также применить плавный пуск компрессора. Внедрено исполнение станка с двумя сепараторами на мачте для бурения скважин разного диаметра на одной площадке (выбирая соответствующий сепаратор и штанги) на глубину до 50 м.

Вызывает интерес модификация СБШ-250МНА-32КП (каркасно-платформенного типа) тяжелого класса для бурения скважин диаметром 250...311 мм на породах крепостью f≤20. Конструкция станка адаптирована для работ в особо сложных горногеологических условиях. По основным узлам эта машина схожа с СБШ-250МНА-32, оборудована более мощным приводом вращателя и более производительным компрессором (32…50 м3/мин).

Более легкие СБШ-160/200-40 и СБШ-160/200-40Д (с дизельным приводом), выпускаемые ОАО «Рудгормаш», являются прямыми конкурентами станков 3СБШ-200-60 и 6СБШ-200-32 ОАО «Бузулуктяжмаш». Станок воронежского завода имеет меньшую массу и применяется для бурения скважин диаметром 160...215 мм, станки бузулукского завода производят бурение скважин диаметром 215...250 мм. Станки имеют определенные конструктивные различия, в частности, механизм подачи воронежского станка выполнен реечным, а бузулукских станков – гидравлическим.

Станки типа СБУ

На горных предприятиях, где требуется после взрыва получать более равномерный по фракционному составу материал и без переизмельчения, например на щебеночных карьерах, применяют частую сетку взрывания при меньших диаметрах скважин – от 105 до 160 мм. Наиболее продуктивно на крепких породах, например на гранитах, бурение такого диаметра производят станками типа СБУ. Эти станки широко востребованы и при обуривании труднодоступных участков, при работе в сложных горногеологических условиях, на стесненных рабочих площадках.

Физика процесса ударно-вращательного бурения схожа с шарошечным бурением. Отличие – в способе создания усилия на рабочем инструменте. Долото для СБУ снабжено твердосплавными зубками с рабочей поверхностью сферической формы, которые внедряются в породу при ударном воздействии, передаваемом на долото погружным пневмоударником или гидроударником через буровой став. При этом вращатель бурового станка непрерывно поворачивает буровой став, обеспечивая тем самым рассредоточенное внедрение зубков по всей поверхности забоя скважины. При внедрении зубков в разрушаемом породном слое возникают максимальные напряжения сдвига, вокруг зубков происходит скол чешуек, которые удаляют из скважины сжатым воздухом.

Корпус долот для ударно-вращательного бурения состоит из головки и хвостовика, выполняемых сплошными. По форме головок они могут быть лезвийными или штыревыми (со сплошной забойной поверхностью, покрытой зубками). Различаются и способы продувки – центральная, внецентренная и внешняя. Долота могут быть многолезвийные, их стойкость выше, чем однолезвийных долот. Лезвийное долото К-105К имеет выемку в центральной части. При бурении в центре образуется керн, который затем разрушается штырем, расположенным между четырьмя лезвиями. Энергоемкость бурения при этом снижается, а скорость бурения возрастает.

Многие годы на карьерах успешно эксплуатируются станки модели СБУ-100Г-35 Кыштымского машзавода. Эта модель оснащена гусеничным ходом и состоит из следующих узлов: рабочий орган, шарнирно закрепленный в передней части станка, включающий в себя пневмоцилиндр подачи, оснащенный направляющими, по которым перемещается вращатель. Механизм подачи пневмопоршневой, включает неподвижный цилиндр и подвижной шток, связанный с плитой вращателя.

Вращатель состоит из асинхронного двигателя мощностью 4 кВт и планетарного двухступенчатого редуктора. Гусеничный ход представляет собой две тележки с индивидуальным приводом на каждую гусеницу. Привод хода – асинхронный двигатель и червячный редуктор с тормозным устройством. Источник питания станков – компрессорная станция и электрическая сеть 380 В. Модификации станка: СБУ-100Н-35 – на салазках, СБУ-100П-35 – на пассивном пневмоколесном ходу. На базе станка в свое время были созданы новые образцы – СБУ-100Г-50 и 2СБУ-100Н-32.

Более мощный СБУ-125А-32 включает уже цепную систему подачи, мачту (длина штанг более 4 м) и кассетирующее устройство для механизированной сборки-разборки бурового става. Вращатель состоит из двухскоростного электродвигателя и планетарного редуктора. Гусеничный ход с индивидуальным приводом на каждую гусеницу.

Погружные пневмоударники представляют собой цилиндр с поршнем-ударником, с бесклапанной системой. Двигаясь в цилиндре, поршень сам перекрывает окна циркуляции сжатого воздуха, совершая колебательные движения и нанося удары по хвостовику буровой коронки. На современных станках широко применяются гидроударники, которые устанавливают на самом станке совместно с гидровращателем, и удары на коронку при этом передаются через весь буровой став. Однако такая схема эффективна при небольших глубинах бурения, так как энергия удара теряется за время прохождения по буровому ставу.

«Иностранцы» на российском рынке

В настоящее время на российском рынке широко представлены буровые станки известных брендов Atlas Copco, Tamrock, Ingersoll-Rand и др. В первую очередь это станки ударно-вращательного действия с дизельным приводом. Такие машины незаменимы при разработке новых месторождений в удаленных районах, где нет развитой инфраструктуры, линий электропередачи. Современные импортные карьерные буровые станки отличаются высокой производительностью и мобильностью, могут работать на площадках со значительными уклонами, не требуют питающих коммуникаций. Станки могут бурить вертикальные, наклонные и даже горизонтальные скважины, находясь при этом на плохо подготовленной площадке. На крупных карьерах с развитыми электросетями продолжают успешно работать станки российского производства, с которыми хорошо знакомы эксплуатирующие службы и нет проблем со снабжением запасными частями.

Техническая характеристика станка СБШ-250МНА-32 ЗАО «УГМК-Рудгормаш»
Диаметр скважины условный, мм 250, 270
Глубина бурения вертикальной скважины, м

os1.ru

Глава 17. Бурильные машины

17.1. Способы бурения. Буровой инструмент

Бурение —это процесс разрушения грунта с образованием в фун­товом массиве цилиндрических полостей и выносом из них про­дуктов разрушения на поверхность. При диаметре до 75 мм и глуби­не до 9 м полости называют шпурами,при больших размерах —скважинами.В строительстве бурение осуществляют для проведе­ния инженерно-геологических изысканий, при разработке фун­тов взрывом, при водоснабжении и водопонижении, для уста­новки столбов, дорожных знаков и надолб, устройства бурона- бивных свай и т.п.

Различают механическиеи физическиеспособы бурения. В боль­шинстве бурильных машин и оборудования реализованы механи­ческие способы бурения с вращательно-постунательным, ударно-

Рис. 17.1. Буровой инструмент:

а — лопастной бур; б — шнековый бур; в — шнековый бур-расширитель; г — трехшарошечное долото; д — зубильное долото; е — крестовое долото; ж — ударная

штанга; з — желонка »

вращательными ударнымдвижениями рабочего инструмента. В ка­честве рабочих органов для механического бурения применяют лопастные, шнековые и ковшовые буры, буры-расширители, трех- шарошечныеи ударные долота(рис. 17.1).

Лопастной бур(см. рис. 17.1, а)состоит из трубчатого остова 1 сдвумя копающими лопастями 6в виде двухзаходного винта, забурника 5и заслонок 2.Забурник направляет и удерживает бур на оси бурения. Заслонки, шарнирно прикрепленные к лопастям, препятствуют просыпанию грунта при его извлечении из скважи­ны. Бур крепят к нижнему концу граненой штанги. Для работы в мерзлых грунтах лопасти и забурник оснащают резцами, армиро­ванными твердосплавными пластинками 4.

У шнекового бура(см. рис. 17.1, б) остов длиннее, чем у ло­пастного. К нему приварена спираль 7из полосовой стали, обра­зующая шнек. В нижней части остова закреплены копающие лопа­сти 6и забурник 5.

Лопастной и шнековый буры разгружают после их извлече­ния из скважины вращением с повышенной скоростью, вслед­ствие чего находящиеся на их лопастях и шнековой спирали про­дукты бурения рассыпаются в стороны за счет центробежных сил.

Ковшовый бурпредставляет собой полый цилиндр с откидным дном и ножами в его нижнем торце. Срезаемый ножами грунт за­полняет внутреннюю полость бура через окна в его днище. После заполнения его извлекают из скважины и разгружают через откры­тое днище.

Буром-расширителем(см. рис. 17.1, в), закрепляемым на буро­вой штанге 1 в ее нижней части, расширяют полость скважины под пяту сваи. При вращении штанги ножи 9с рычагами 8опус­каются под действием собственного веса и срезают грунт, кото­рый ссыпается в ковш 10.Разгружают ковш, как описано выше. Качество зачистки забоя скважины влияет на несущую способ­ность буронабивной сваи, поэтому разрыхленный грунт в забое уплотняют специальными трамбовками.

Шарошечное долото(см. рис. 17.1, г)состоит из трех сваренных между собой лап, на концах которых на подшипниках качения установлены шарошки с углом наклона осей к центральной оси долота 50...60°. Шарошка представляет собой корпус из кованой стали с запрессованными в его тело твердосплавными зубками. При вращении штанги шарошкивращаются вокруг своих осей и относительно оси долота. Через пустотелую штангу и отверстия в корпусе долота ишарошках подают сжатый воздух от компрес­сорной установки для выноса на поверхность буровой мелочи.

Продукты бурения удаляют из скважины специальными инст­рументами, промывкой скважины водой, а также продувкой. В слу­чае промывки или продувки для работы в комплекте с буровой машиной применяют насосную или компрессорную установку, что повышает стоимость буровых работ. Для промывки скважины тре­буется большое количество воды, в связи с чем этот способ приме­няют, в основном, при работе вблизи водоемов. При этом, во избе­жание загрязнения рабочей площадки и создания обслуживающе­му персоналу нормальных рабочих условий, требуется принять меры по отводу от устья скважины водогрунтовой смеси. При продувке скважины воздухом в рабочей зоне бурильной машины образуется пылевое облако с большим содержанием абразивных частиц, вред­но влияющих на организм человека и способствующих быстрому абразивному износу шарниров машины, элементов ее гидроприво­да и других кинематических пар. Для защиты от вредного воздей­ствия пыли требуется принимать специальные меры, включая ин­дивидуальную защиту, например респираторы.Очищать скважину от буровой мелочи продувкой допустимо лишь в случаях, когда невозможно использовать другие способы.

К физическим способам бурения относятся термический, уль­тразвуковой, электрогидравлический, высокочастотный и гидрав­лический. Из них практическое применение нашел лишь терми­ческий способ, реализованный в станках термического бурения. Остальные способы бурения находятся в стадии теоретических и экспериментальных разработок.

17.2. Машины и оборудование вращательно-поступательного

бурения

Бурильные машины с вращательно-поступательным движени­ем бурового инструмента изготавливают на базе грузовых автомо­билей, гусеничных и пневмоколесных тракторов. Кроме того, бу­ровое оборудование монтируют в качестве сменного рабочего обо­рудования на одноковшовых гидравлических экскаваторах, мало­габаритных погрузчиках с бортовым поворотом и других машинах.

Главным параметром бурильной машины является глубина бу­рения,по которой различают машины легкие, средниеи тяжелые с глубиной бурения соответственно до 5, 20 и свыше 20 м.

Легкие бурильно-крановые машиныприменяют для бурения сква­жин в однородных грунтах. Рабочее оборудование такой машины (рис. 17.2) на базе грузового автомобиля, состоящее из полой бу­рильной штанги 3с гидроцилиндром внутри нее, вращателя 5,приво­димого через механическую трансмиссию от двигателя базового авто­мобиля или от индивидуального гидромотора, граненой штанги 6, рабочего инструмента — лопастного 7 или шнекового бура, распо­лагают сзади базового автомобиля 1, закрепляя его шарнирно на

Рис. 17.2. Бурильно-крановая машина

раме последнего. Рабочее оборудование из транспортного положе­ния в рабочее и наоборот переводят гидравлическим цилиндром 2.

Для бурения скважины машину устанавливают на выносные опоры 8,гидравлическим цилиндром, находящимся внутри по­лой штанги, опускают бур на поверхность земли и включают вра­щатель. По мере заглубления бура в грунт и накопления на его лопастях (в случае лопастного бура) или на спирали шнека (при шнековом буре) разработанного грунта бур извлекают из скважи­ны и на повышенной скорости вращения освобождают его от про­дуктов разрушения, после чего бур снова опускают в скважину и повторяют процесс бурения до достижения требуемой глубины.

Для установки столбов в пробуренные скважины легкие бу­рильные машины оборудуют, кроме того, грузовой лебедкой с канатом, огибающем блоки на голове штанги и оканчивающимся крюковой подвеской 4.

В качестве базы средних бурильных машиниспользуют боль­шегрузные грузовые автомобили и гидравлические экскаваторы 4-й и 5-й размерной группы. Скважины бурят шнековыми и ков­шовыми бурами. Последние применяют преимущественно при бу­рении песчаных грунтов, укрепляя их стенки обсадными трубами.

Принципиальная схема установки рабочего оборудования на базо­вом автомобиле остается прежней. Обычно вращатель 10(рис. 17.3)

приводится в движение двумя гидромоторами 14и 15,один из ко­торых — 14—через зубчатую пару 12обеспечивает вращение буро­вой штанги 11на рабочей скорости, а второй — 15 —через зубча- 1ую пару 9 —вращение на повышенной скорости для освобожде­ния от продуктов бурения вынутого из скважины шнекового бура 13. В связи с необходимостью обеспечения значительного по длине хода буровой штанги прежняя схема напорного механизма оказы­вается непригодной. Для этого используют два гидроцилиндра 7, ус­тановленные симметрично по обе стороны буровой штанги, и рабо­тающие перехватом через четырех- кулачковый патрон 8,который ох­ватывает штангу и зажимает ее сво­ими кулачками. В таком положении соединенные штоками с патроном гидроцилиндры опускают буровую штангу до исчерпания полного хода их поршней, после чего кулачки разжимаются, гидроцилиндры под­нимают патрон вверх, где его ус­танавливают на штанге на новом месте. Гидроцилиндры используют только для напорного движения, апдяподъема штанги служит лебед­ка с барабаном 3, приводимым во вращение гидромотором 1 через встроенный в барабан планетарный редуктор 4.Второй конец навивае­мого на барабан каната 5 закреп- иен на вертлюге 6в верхней части буровой штанги. В поднятом поло­жении штанга удерживается тор­мозом 2.

Особенность работы с ковшо­вым буромзаключается в его от­личной от прежней разгрузке. Для выполнения этой операции бур необходимо отводить в сторону от скважины. С этой целью буровое оборудование устанавливают на поворотной части машины, в ча­стности, на гидравлическом экс­каваторе (рис. 17.4).

Рис. 17.4. Бурильная машина тяже­лого типа на базе одноковшового экскаватора:

] — мачта; 2— телескопическая штан­га; 3 — гидроцилиндр подачи; 4 — вращатель; 5 — ковшовый бур; 6 — механизм погружения и извлечения обсадных труб; 7 — лебедка

Рис. 17.5. Двухшпиндельная машина для бурения шпуров на базе пневмоко­лесного трактора (а) и кинематическая схема привода рабочего органа (б)

Рабочим органом машин для бурения шпуровпри разработке прочных грунтов взрывом служит одна или две буровые штанги 1 (рис. 17.5) с резцами или шарошечными долотами на конце. Со­ответственно различают одно-и двухшпиндельныебуровые маши­ны. Верхними гранеными концами штанги входят в полые цап­фы ведомых колес редукторов-вращателей 4и заклиниваются в них, образуя неподвижное соединение. Нижние концы штанг проходят через направляющие отверстия в нижней части рамы б. Редукторы вместе с приводными гидродвигателями 5 располага­ют на подвижной каретке 3, перемещаемой гидроцилиндром 2в направляющих рамы б. Последняя с помощью гидроцилиндров может быть установлена в вертикальное или наклонное рабочее положение либо уложена вдоль базового трактора в транспорт­ное положение. В случае применения пневмоколесного базового трактора для обеспечения устойчивой работы машины ее уста­навливают на выносные опоры 7. Для бурения шпуров машину устанавливают в рабочее положение, опускают подвижную ка­ретку до касания бурами земли и одновременным вращением штанг и их осевым перемещением разрабатывают скважины. Про­дукты бурения выносятся на поверхность сжатым воздухом от передвижного компрессора или спиральной лентой по длине бу­ровых штанг. При необходимости штангу периодически подни­мают над поверхностью земли и вращением освобождают от про­дуктов бурения.

17.3. Комплект машин и оборудования для образования горизонтальных скважин в насыпях шоссейных и железных дорог

Установки горизонтального бурения применяют для бурения го­ризонтальных скважин под шоссейными и железными дорогами для прокладки в них трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электроснабжения. Эти работы выполняют из отрытого пе­ред насыпью приямка-траншеи (рис. 17.6). Его размеры должны бьггь достаточными для размещения в нем бурового оборудования и вспо­могательных средств. Для контроля за работой на последнем этапе бурения, а также для подготовки к протаскиванию в пробуренную скважину, например, рабочего трубопровода, кабелей такой же при­ямок роют с противоположной стороны насыпи. По мере разработ­ки скважины и удаления грунта в нее осаживают обсадную трубу 9, которая после окончания буровых работ остается в скважине.

Обсадную трубу 9укладывают в приямке на катучие опоры 11, а внутри нее располагают винтовой конвейер 10из отдельных се­кций с резцовой головкой 1 и забурником на переднем (перед обсадной трубой) конце. Тыльный конец вала винтового конвей­ера приводят во вращение силовой установкой 6,состоящей из ДВС и механических передач и укрепленной в задней части обсад­ной трубы хомутами 8.Напорное усилие обсадной трубе сообща­ют приводимой от того же двигателя лебедкой 5, смонтирован­ной на одной с ним раме 4,через полиспаст 3,неподвижные блоки которого укреплены на якоре 2,вкопанном в насыпь.

Скважину разрабатывают вращением резцовой головки с одно­временной подачей ее вместе с обсадной трубой на забой. Разрушен­ный резцовой головкой грунт поступает на винтовой конвейер, которым он перемещается в обсадной трубе к ее открытому торцу

и высыпается на дно траншеи, а из нее экскаватором — в отвал или в транспортное средство. Реактивный момент сил сопротивления фун­та разработке воспринимается обсадной трубой, которая по мере продвижения в скважину все больше защемляется фунтом. От воз­можного проворачивания относительно собственной оси, особенно в начальной стадии проходки, труба страхуется трубоукладч иком 7, удерживающим ее крюком за раму силовой установки.

Длина скважины составляет примерно 60 м. Длины же секций обсадной трубы и винтового конвейера значительно короче дли­ны скважины. Поэтому по мере продвижения трубы и конвейера в скважину их наращивают новыми секциями: трубу — сваркой, конвейер — соединительными муфтами.

В установках для бурения скважин больших поперечных сече­ний (диаметром 1720 мм) напорное усилие создают гидравличе­скими цилиндрами, упирающимися в щит, установленный у тыль­ной стенки приямка.

Скорости проходки скважины составляют от 15 (для скважин диа­метром до 630 мм) до 1,4 м/ч (при диаметре скважины 1720 мм), а усилия подачи — от 480 до 7200 кН соответственно. Описанное оборудование уникально по своему назначению. Оно позволяет проводить буровые работы без остановки движения по шоссейным и железным дорогам. Приведенные выше данные по скоростям про­ходки характеризуют только технические возможности этого обо­рудования, но не могут служить основанием для определения экс­плуатационной продолжительности буровых работ на переходе, в составе которых значительную часть занимают подготовительно- заключительные работы, а также простои различного характера.

Контрольные вопросы

  1. Что такое бурение? Как называют земляные сооружения, образо­ванные бурением? Для чего в строительстве применяют бурение грун­тов? Перечислите способы бурения и охарактеризуйте их. Перечислите виды бурового инструмента. Как они устроены и каков принцип их рабо­ты? Какими способами удаляют продукты бурения из скважины? Оха­рактеризуйте их и приведите сравнительную оценку.

  2. Какие машины служат базовыми для изготовления бурильных машин и навески на них бурового оборудования? Назовите главный параметр бу­рильных машин. Приведите их классификацию по этому параметру.

  3. Для чего предназначены, как устроены и как работают бурильно- крановые машины на базе грузовых автомобилей, в том числе болыие- фузных? Каким рабочим инструментом их оснащают? Какие базовые машины используют для работы с ковшовым буром?

  4. Как устроена и как работает машина для бурения шпуров?

  5. Из каких машин состоит комплект для бурения горизонтальных скважин в насыпях шоссейных и железных дорог? Опишите последова­тельность операций бурения. Назовите скорости проходки горизонталь­ных скважин.

studfiles.net

Буровые станки для бурения скважин

Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.

Буровая установка — это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважины.

В состав буровой установки входят (рис. 4.1):

— буровая вышка;

— оборудование для механизации спускоподъемных операций;

— наземное оборудование, непосредственно используемое прибурении;

— силовой привод;

— циркуляционная система бурового раствора;

— привышечные сооружения.

Буровая вышка — это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение двух-трех бурильных труб между собой длиной 25-36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.

Различают два типа вышек: башенные (рис. 4.2) и мачтовые (рис. 4.3).

Их изготавливают из труб или прокатной стали.

Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Ее основными элементами являются ноги 1, ворота 2, балкон 3 верхнего рабочего, подкронблочная площадка 4, козлы 5, поперечные пояса 6, стяжки 7, маршевая лестница 8.

Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-образные). Последние наиболее распространены.

В конструкцию мачтовой вышки А-образного типа входят подъемная стойка 1, секции мачты 2, 3, 4, 6, пожарная лестница 5, монтажные козлы 7 для ремонта кронблока, подкронблочная рама 8, растяжки 9, 10, 14, оттяжки 11, тоннельные лестницы 12, балкон 13 верхнего рабочего, 15 — предохранительный пояс, маршевые лестницы 16, шарнир 17.

А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.

Основные параметры вышки — грузоподъемность, высота, емкость «магазинов» (хранилищ для свечей бурильных труб), размеры верхнего и нижнего оснований, длина свечи, масса. Грузоподъемность вышки — это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины. Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций.

Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300-500 м используется вышка высотой 16-18 м, глубину 2000-3000 м — высотой — 42 м и на глубину 4000-6500 м — 53 м. Емкость «магазинов» показывает, какая суммарная длина бурильных труб диаметром 114-168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость «магазинов» показывает, на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.

Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия работы буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бурильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2 x 2 м или 2,6 x 2,6 м, нижнего 8 x 8 м или 10 x 10 м.

Общая масса буровых вышек составляет несколько десятков тонн.

Оборудование для механизации спускоподъемных операций включает талевую систему и лебедку. Талевая система состоит из неподвижного кронблока (рис. 4.4), установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока (рис. 4.5), соединенного с кронблоком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка.

Талевая система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке предназначен в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

Иногда применяют крюкоблоки — совмещенную конструкцию талевого блока и бурового крюка. На крюке подвешивается бурильный инструмент: при бурении — с помощью вертлюга, а при спускоподъемных операциях — с помощью штропов и элеватора (рис. 4.6).

Буровая лебедка предназначена для выполнения следующих операций:

1) спуска и подъема бурильных и обсадных труб; удержания на весу бурильного инструмента; подтаскивания различных грузов, подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установок и т.п. Буровая установка комплектуется буровой лебедкой соответствующей грузоподъемности.

Для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию замковых соединений бурильной колонны внедрены автоматические буровые ключи АКБ-ЗМ и подвесные ключи ПБК-1, пневматический клиновой захват ПКР-560 для механизированного захвата и освобождения бурильных труб.

Ключ АКБ-ЗМ (рис. 4.7) устанавливается между лебедкой и ротором 4 на специальном фундаменте. Его основными частями являются блок ключа 1, каретка с пневматическими цилиндрами 2, стойка 3 и пульт управления 5. Блок ключа — основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий бурильные трубы.

Он смонтирован на каретке, которая перемещается при помощи двух пневматических цилиндров по направляющим: либо к бурильной трубе, установленной в роторе, либо от нее.

Зажимные устройства, как и механизм передвижения блока ключа, работают от пневматических цилиндров, включаемых с пульта управления 4. Для этого в систему подается сжатый воздух от ресивера. Ключ ПБК-1 подвешивается в буровой на канате. Высота его подвески регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления.

Пневматический клиновой захват ПКР-560 служит для механизированного захвата и освобождения бурильных и обсадных труб. Он монтируется в роторе и имеет четыре клина, управляемых с пульта посредством пневмоцилиндра.

Наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении, включает вертлюг, буровые насосы, напорный рукав и ротор. Вертлюг (рис. 4.8) — это механизм, соединяющий не вращающиеся талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами, а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением. Корпус 2 вертлюга подвешивается на буровом крюке (или крюкоблоке) с помощью штропа 4.

В центре корпуса проходит напорная труба 5, переходящая в ствол 7, соединенный с бурильными трубами. Именно к напорной трубе присоединяется напорный рукав (рис. 4.8) для подачи промывочной жидкости в скважину. Напорная труба и ствол жестко не связаны, а последний установлен в корпусе 2 на подшипниках 1, чем обеспечивается неподвижное положение штропа, корпуса и напорной трубы при вращении бурильных труб вместе со стволом. Для герметизации имеющихся зазоров между неподвижной и подвижной частями вертлюга служат сальники 3.

Буровые насосы служат для нагнетания бурового раствора в скважину. При глубоком бурении их роль, как правило, выполняют поршневые двухцилиндровые насосы двойного действия. Напорный рукав (буровой шланг) предназначен для подачи промывочной жидкости под давлением от неподвижного стояка к перемещающемуся вертлюгу.

Ротор (рис. 4.9) передает вращательное движение бурильному инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем. Ротор состоит из станины 1, во внутренней полости которой установлен на подшипнике стол 2 с укрепленным зубчатым венцом, вала 6 с цепным колесом с одной стороны и конической шестерней — с другой, кожуха 5 с наружной рифельной поверхностью, вкладышей 4 и зажимов 3 для ведущей трубы. Во время работы вращательное движение от лебедки с помощью цепной передачи сообщается валу и преобразуется в поступательное вертикальное движение ведущей трубы, зажатой в роторном столе зажимами.

Силовой привод обеспечивает функционирование всей буровой установки (рис. 4.10) — он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.

Привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель- электрическим и дизель-гидравлическим.

Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод из дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора. При проведении спускоподъемных операций основная энергия потребляется лебедкой, а остальная часть — компрессорами, вырабатывающими сжатый воздух, используемый в качестве источника энергии для автоматического бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата и др.

Циркуляционная система буровой установки служит для сбора и очистки отработанного бурового раствора, приготовления новых его порций и закачки очищенного раствора в скважину. Она включает (рис. 4.11) систему отвода использованного раствора (желоба 2) от устья скважины 1, механические средства отделения частичек породы (вибросито 3, гидроциклоны 4), емкости для химической обработки, накопления и отстоя очищенного раствора 6,8, шламовый насос 7, блок приготовления свежего раствора 5 и буровые насосы 9 для закачки бурового раствора по нагнетательному трубопроводу 10 в скважину.

К привышечным сооружениям относятся:

1) помещение для размещения двигателей и передаточных механизмов лебедки;

2) насосное помещение для размещения буровых насосов и их двигателей;

3) приемные мостки, предназначенные для транспортировки бурового технологического оборудования, инструмента, материалов и запасных частей;

4) запасные резервуары для хранения бурового раствора;

5) трансформаторная площадка для установки трансформатора;

6) площадка для размещения механизмов по приготовлению бурового раствора и хранения сухих материалов для него;

7) стеллажи для размещения труб.

Буровое оборудование и инструмент

В качестве забойных двигателей при бурении используют турбобур, электробур и винтовой двигатель, устанавливаемые непосредственно над долотом.

Турбобур (рис. 4.12) — это многоступенчатая турбина (число ступеней до 350), каждая ступень которой состоит из статора, жестко соединенного с корпусом турбобура, и ротора, укрепленного на валу турбобура. Поток жидкости, стекая с лопаток статора, натекает на лопатки ротора, отдавая часть своей энергии на создание вращательного момента, снова натекает на лопатки статора и т.д. Хотя каждая ступень турбобура развивает относительно небольшой момент, благодаря их большому количеству, суммарная мощность на валу турбобура оказывается достаточной, чтобы бурить самую твердую породу.

При турбинном бурении в качестве рабочей используется промывочная жидкость, двигающаяся с поверхности земли по бурильной колонне к турбобуру. С валом турбобура жестко соединено долото. Оно вращается независимо от бурильной колонны.

При бурении с помощью электробура питание электродвигателя осуществляется через кабель, укрепленный внутри бурильных труб. В этом случае вместе с долотом вращается лишь вал электродвигателя, а его корпус и бурильная колонна остаются неподвижными.

Основными элементами винтового двигателя (рис. 4.13) являются статор и ротор. Статор изготовлен нанесением специальной резины на внутреннюю поверхность стального корпуса. Внутренняя поверхность статора имеет вид многозаходной винтовой поверхности. А ротор изготовляют из стали в виде многозаходного винта. Количество винтовых линий на одну меньше, чем у статора.

Ротор расположен в статоре с эксцентриситетом. Благодаря этому, а также вследствие разницы чисел заходов в винтовых линиях статора и ротора их контактирующие поверхности образуют ряд замкнутых полостей — шлюзов между камерами высокого давления у верхнего конца ротора и пониженного давления у нижнего. Шлюзы перекрывают свободный ток жидкости через двигатель, а самое главное — именно в них давление жидкости создает вращающий момент, передаваемый долоту.

Инструмент, используемый при бурении, подразделяется на основной (долота) и вспомогательный (бурильные трубы, бурильные замки, центраторы).

Как уже отмечалось, долота бывают лопастные, шарошечные, алмазные и твердосплавные.

Лопастные долота (рис. 4.14) выпускаются трех типов: двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Под действием нагрузки на забой их лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента — скалывают ее. В корпусе долота имеются отверстия, через которые жидкость из бурильной колонны направляется к забою сква­жины со скоростью не менее 80 м/с. Лопастные долота применяются при бурении в мягких высокопластичных горных породах с ограниченными окружными скоростями (обычно при роторном бурении).

Шарошечные долота (рис. 4.15) выпускаются с одной, двумя, тремя, четырьмя и даже с шестью шарошками. Однако наибольшее распространение получили трехшарошечные долота. При вращении долота шарошки, перекатываясь по забою, совершают сложное вращательное движение со скольжением. При этом зубцы шарошек наносят удары по породе, дробят и скалывают ее. Шарошечные долота успешно применяются при вращательном бурении пород самых разнообразных физико-механических свойств. Изготавливают их из высококачественных сталей с последующей химико-термической обработкой наиболее ответственных и быстроизнашивающихся деталей, а сами зубки изготавливаются из твердого сплава.

Алмазные долота (рис. 4.16) состоят из стального корпуса и алмазонесущей головки, выполненной из порошкообразной твердо сплавной шихты. Центральная часть долота представляет собой вогнутую поверхность в форме конуса с каналами для промывочной жидкости, а периферийная зона — шаровую поверхность, переходящую на боковых сторонах в цилиндрическую.

Алмазные долота бывают трех типов: спиральные, радиальные и ступенчатые. В спиральных алмазных долотах рабочая часть имеет спирали, оснащенные алмазами и промывочные отверстия. Долота этого типа предназначены для турбинного бурения малоабразивных и среднеабразивных пород. Радиальные алмазные долота имеют рабочую поверхность в виде радиальных выступов в форме сектора, оснащенных алмазами; между ними размещены промывочные каналы. Долота данного типа предназначены для бурения малоабразивных пород средней твердости и твердых пород, как при роторном, так и при турбинном способах бурения. Ступенчатые алмазные долота имеют рабочую поверхность ступенчатой формы.

Они применяются как при роторном, так и турбинном способах бурения при проходке малоабразивных мягких и средней твердости пород. Применение алмазных долот обеспечивает высокие скорости бурения, снижение кривизны скважин. Отсутствие опор качения и высокая износостойкость алмазов повышают их срок службы до 200-250 ч непрерывной работы. Благодаря этому сокращается число спускоподъемных операций. Одним алмазным долотом можно пробурить столько же, сколько 15-20 шарошечными долотами. Твердосплавные долота отличаются от алмазных тем, что вместо алмазов они армированы сверхтвердыми сплавами.

Бурильные трубы предназначены для передачи вращения долоту (при роторном бурении) и восприятия реактивного момента двигателя при бурении с забойными двигателями, создания нагрузки на долото, подачи бурового раствора на забой скважины для очистки его от разбуренной породы и охлаждения долота, подъема из скважины изношенного долота и спуска нового и т.п.

Бурильные трубы отличаются повышенной толщиной стенки и, как правило, имеют коническую резьбу с обеих сторон. Трубы соединяются между собой с помощью бурильных замков (рис. 4.17). Для обеспечения прочности резьбовых соединений концы труб делают утолщенными. По способу изготовления трубы могут быть цельными (рис. 4.18) и с приварными соединительными концами (рис. 4.19). У цельных труб утолщение концов может быть обеспечено высадкой внутрь или наружу.

При глубоком бурении используют стальные и легкосплавные бурильные трубы с номинальными диаметрами 60, 73, 89,102, 114, 127 и 140 мм. Толщина стенки труб составляет от 7 до 11 мм, а их длина 6, 8 и 11,5м.

 
 

Рис. 4.17 Бурильный замок: а — замковый ниппель; б — замковая муфта.

Рис. 4.18 Бурильные трубы с приварными соединительными концами

Рис. 4.19 Бурильные трубы с высаженными концами:

а — высадка внутрь; б — высадка наружу

Наряду с обычными используют утяжеленные бурильные трубы (УБТ). Их назначением является создание нагрузки на долото и повышение устойчивости нижней части бурильной колонны.

Ведущая труба предназначена для передачи вращения от ротора к бурильной колонне (роторное бурение) и передачи реактивного момента от бурильной колонны ротору (при бурении с забойным двигателем). Эта труба, как правило, имеет квадратное сечение и проходит через квадратное отверстие в роторе. Одним концом ведущая труба присоединяется к вертлюгу, а другим — к обычной бурильной трубе круглого сечения.

Длина граней ведущей трубы определяет возможный интервал проходки скважины без наращивания инструмента. При малой длине ведущей трубы увеличивается число наращиваний и затраты времени на проводку скважины, а при большой — затрудняется их транспортировка.

Бурильные замки предназначены для соединения труб. Замок состоит из замкового ниппеля (рис. 4.17 а) и замковой муфты (рис. 4.17 б).

Непрерывная многозвенная система инструментов и оборудования, расположенная ниже вертлюга (ведущая труба, бурильные трубы с замками, забойный двигатель и долото) называется бурильной колонной. Ее вспомогательными элементами являются переводники различного назначения, протекторы, центраторы, стабилизаторы, калибраторы, наддолотные амортизаторы.

Переводники служат для соединения в бурильной колонне элементов с резьбой различного профиля, с одноименными резьбовыми концами (резьба ниппельная-ниппельная, резьба муфтовая-муфтовая), для присоединения забойного двигателя и т.п. По назначению переводники подразделяются на переходные, муфтовые и ниппельные.

Протекторы предназначены для предохранения бурильных труб и соединительных замков от поверхностного износа, а обсадной колонны — от протирания при перемещении в ней бурильных труб. Обычно применяют протекторы с плотной посадкой, представляющие собой резиновое кольцо, надетое на бурильную колонну над замком. Наружный диаметр протектора превышает диаметр замка.

Центраторы применяют для предупреждения искривления ствола при бурении скважины. Боковые элементы центратора касаются стенок скважины, обеспечивая соосность бурильной колонны с ней. Располагаются центраторы в колонне бурильных труб в местах предполагаемого изгиба. Наличие центраторов позволяет применять более высокие осевые нагрузки на долото.

Стабилизаторы — это опорно-центрирующие элементы для сохранения жесткой соосности бурильной колонны в стволе скважины на протяжении некоторых, наиболее ответственных участков. От центраторов они отличаются большей длиной.

Калибратор — разновидность породоразрушающего инструмента для обработки стенок скважины и сохранения номинального диаметра ее ствола в случае износа долота. В бурильной колонне калибратор размещают непосредственно над долотом. Он одновременно выполняет роль центратора и улучшает условия работы долота.

Наддолотный амортизатор (забойный демпфер) устанавливают в бурильной колонне между долотом и утяжеленными бурильными трубами для гашения высокочастотных колебаний, возникающих при работе долота на забое скважины. Снижение вибрационных нагрузок приводит к увеличению ресурса бурильной колонны и долота. Различают демпфирующие устройства двух типов: амортизаторы-демпферы механического действия, включающие упругие элементы (стальные пружины, резиновые кольца и шары) и виброгасители-демпферы гидравлического или гидромеханического действия.

studopedia.ru

Места использования нефтяных буровых установок

Нефтяные буровые установки применяют в нескольких случаях.

При получении скважин небольшого размера, в основном до 25 м, предназначенных для сейсморазведки, часто их бурят на месте, где уже определено наличие нефти, они необходимы для оценки количества добываемого материала и составления плана работ на местности.

Для бурения добывающих скважин, глубина их составляет до 6000 м, применяются для получения газа, нефти и других видов твердых полезных ископаемых;

Для получения скважин оценки, с помощью них специалисты составляют прогнозы и анализ движения нефтяных плит на исследуемой территории, а также определяют приблизительное количество полезных ископаемых.

Для рытья скважин контроля – происходит слежение за давлением в местах проведения работ.

Для проделывания наблюдательных отверстий, они позволяют отследить количество добытого материала и его остатки. Таким способом можно оценить контакт нефти и газа с водой.

Нефтяные буровые установки также используются для ремонта нефтегазовых скважин, и получения скважин на воду.

Назначение установок

Нефтяные системы предназначены для бурения скважин, отличающихся не только размерами, но и

назначением. Именно такие различия и определяют цели бурения:

  • Инженерно-геологические изыскания (используют для изучения местности, состава геологических плит).
  • Гидрогеологическое бурение (необходимо для добычи воды, а также понижения ее уровня на определенном участке).
  • Установки незаменимы для проведения геотермального теплоснабжения.
  • Строительные работы (проведения строительных мероприятий, обустройство свайных и микросвайных оснований, размещение анкеров).
  • Геологоразведочные мероприятия (изучение геологического строения местности, составление прогноза и проведение анализа дальнейшего ее поведения).
  • Прогнозирование сейсморазведочных работ.
  • Установка опор для ЛЭП.

Буровое оборудование имеет широкое распространение, что означает различные конструктивные особенности каждого типа. К тому же определенный тип машины может работать только при определенных климатических условиях.

Виды и классификация нефтяных буровых установок

Различают несколько типов классификаций нефтяных комплексов, в основе которых определен важный критерий установки.

Конструкция

По конструкционным особенностям машины различаются между собой. Это объясняется тем, что определенный тип машины применяется только для узкого вида работ. По конструкции оборудование бывает:

  • Мачтовые (механическая часть располагается на двух опорах).
  • Башенные (имеет 4 механизма опоры, нагрузка на каждый из них распределяется равномерно).

Как правило, башенные агрегаты отличаются большими размерами, а также высокой производительностью работ.

Способ перемещения

Буровое оборудование имеет различия и по способу перемещения. Эти особенности очень важны для работ на разных типах местности. Буровые агрегаты по критерию перемещения делят:

  • передвижные;
  • стационарные.

Передвижные нефтяные буровые установки незаменимы при разведывательных мероприятиях, а также изучения состава местности. С помощью них специалисты берут пробы на проведение различных исследований. Стационарные же модели необходимы для добычи материала.

Место размещения

Добыча полезных ископаемых может проводиться на любой местности, независимо от того, твердая это поверхность или водоем. Основываясь на данные критерии, буровые установки разделяют на:

  • наземные;
  • морские (фиксация осуществляется на дно).

Нефтяные месторождения могут располагаться в любом месте, к тому же ее количество не зависит от того, находится она на твердой поверхности или в воде. Поэтому машины могут выкачивать нефть при любых условиях.

Способ бурения

Чтобы пробурить скважины, используют различные типы бурения. В зависимости от этого нефтяные установки разделяются:

  • Вращательное бурение (работы осуществляются за счет вращательного движения специального конструктивного элемента машины).
  • Вращательно-ударное бурение (для получения скважины используется определенная сила удара, после чего элемент установки начинает вращательное движение).
  • Ударное (бурение проводится за счет удара элемента о поверхность местности).
  • Бурение вибрацией.
  • Огнеструйное бурение.

В последнее время разработан новый вид бурового оборудования, с помощью которого образование скважины происходит за счет разрядно-импульсного бурения.

К тому же нефтяные вышки могут работать от электрического, электрогидравлического или дизельного привода.

Конструкция нефтяных буровых установок

Нефтяная буровая установка включает в своей конструкции несколько систем.

Энергетическая

Двигатель перерабатывает топливо в необходимый вид энергии, с помощью которой происходит питание генератора электрического типа. Он в свою же очередь осуществляет поток электроэнергии остальным механизмам и агрегатам машины.

Механическая

В этой части расположено подъемное устройство, которое перемещает тяжелые элементы. К тому же в этой части нефтяной буровой конструкции расположен ствол ротора.

Вспомогательная

Система включает в себя дополнительное оборудование, с помощью которого имеется свет, вентиляционные элементы, а также может осуществляться движение агрегата.

Информационная

Осуществление строгого контроля над работой всех типов агрегатов и механизмов. При наличии неполадки срабатывает оповестительный сигнал.

Циркуляционная

С помощью данного типа системы происходит продвижение химического раствора в бурильную колонну. Под определенным давлением он перемещается по всем трубам и попадает в ствол ротора.

Помимо систем, из которых состоят нефтяные комплексы, выделяют рабочие органы устройства:

  • Буровая вышка (поддерживает бурильную машину во время проведения работ на местности, осуществляет спуск и подъем необходимого оборудования).
  • Высокотехнологичные насосы (осуществляют закачку в систему химического раствора).
  • Система трубопроводов (происходит соединение механизмов и агрегатов между собой).
  • Ротор (осуществление движение бура при проведении работ, а также поддержание равновесия оборудования).
  • Бур (агрегат, с помощью которого происходит разрушение пород местности, где проводятся работы).
  • Лебедки (подают инструмент на забой, обеспечивают вращение ротора).

К тому же в агрегате находятся такие элементы, как превенторы, которые обеспечивают герметичное фиксирование клапанов труб.

Составляющей любой нефтяной системы являются буровые лафеты. Представляют собой навесное оборудование, которое размещают на гидравлических экскаваторах. Состоит из ходового механизма с гусеничным двигателем, имеется механизм для тяги вперед и бурового функционирования. Лафеты применяют для укрепления грунта, при работе с пневмоударником, а также для бурения скважин под сваи.

Использование нефтяных систем

Устанавливают системы для получения нефти блоками или агрегатами. В качестве монтажной основы применяются облегченные опоры. Эксплуатация осуществляется в несколько этапов:

  1. Подготовка участка, где будет находиться данная система, проверка всего оборудования на исправность и целостность.
  2. На местности проводят разметку, а также убирают все устройства, которые характеризуются высокой степенью пожароопасности.
  3. В первую очередь собирается опорная часть, состоящая из лебедки и ротора, к ним уже при помощи специальных болтов прикрепляют хозяйственную и вспомогательную установку.
  4. После этого осуществляется сборка осей, стола ротора и будущего центра скважины.

Заключительным этапом проводится сборка вышки и дополнительного к ней оборудования. Все работы ведутся с помощью машинного крана.

Доставка машины для бурения считается довольно сложным процессом, который включает в себя:

  • Расчет, согласно ему решается вопрос о методе транспортировки.
  • Определение маршрута, в этом случае учитываются все уклоны местности, а также качество дороги.
  • Проверка и подготовка оборудования, с помощью которого будет крепиться агрегат к транспортировочному оборудованию.
  • Погрузка.

Доставка буровой установки может осуществляться полуприцепным механизмом, если позволяют размеры агрегата.

promzn.ru

Буровые установки для скважин

Колодец целесообразно устанавливать тогда, когда глубина залегания вод небольшая. В остальных случаях потребуется бурение скважины, а для этого нужна буровая установка. На небольшой глубине подается вода, которую принято считать технической. Ее можно использовать либо для полива, либо для наполнения бассейна. Для получения питьевой воды нужно копать поглубже.

Функции буровой установки

Буровая установка – это комплекс технических устройств и механизмов, которые используются для бурения и укрепления скважин. Такие установки изначально использовались для добычи полезных ископаемых. Позже разработчики убедились в том, что добывать воду при помощи бурения – это быстро, выгодно и удобно. Но при этом, не стоит забывать о экологии и утилизации мусора .

Для чего нужны буровые установки:

  • бурение скважин небольшого диаметра для инженерных работ;
  • бурение скважин для поиска полезных ископаемых;
  • бурение разведочных скважин;
  • бурение скважин на воду.
  • Артезианская скважина – более 100 м, бурится для нескольких загородных домов или коттеджей. Срок эксплуатации – 50 лет.
  • Трубчатый или абиссинский колодец – до 12 м, верхний водоносный слой, в который не могут попасть грязь, листья и другой мусор.
  • Скважина на песок, служит 15 лет, затем она может заилиться, тогда нужно либо прочищать ее, либо бурить новый слой. Глубина от 15 до 30 метров.

Виды буровых установок

Приспособления с ручным приводом

Они обладают следующими качествами:

  • низкая производительность;
  • малогабаритность;
  • используются на незначительных углублениях, например, скважинах на песок;
  • не подходит для применения на твердых и тяжелых почвах.

Ударно-канатные устройства

Свойства этого оборудования:

  • простота сборки и эксплуатации;
  • высокий рабочий диапазон;
  • на выходе получаем качественную скважину с длительным сроком службы;
  • низкая скорость;
  • глубина от 100 м и выше;
  • можно использовать на каменистых почвах;
  • в некоторых случаях необходимо дополнительное оборудование, что увеличивает стоимость скважины.

Данный вид бурения считается одним из первых, активно применялся до 40-х годов прошлого века.

Принцип работы

Используется ударный буровой патрон, который состоит из куска трубы. Под собственным весом он резко опускается вниз, разрушая почву, слой за слоем. С каждым ударом снаряд погружается все глубже. Движение запускается лебедкой. Через 2-3 спуска-подъема разрушенная почва поднимается на поверхность при помощи желонки. Для укрепления скважины в нее помещают обсадные трубы и цементируют. Чтобы избежать попадания в воду примесей, устанавливают скважинные фильтры.

  • опорная тренога с блоком, по которому проходит канат;
  • механизм привода, осуществляющий движение снаряда;
  • тяжелый по массе ударный патрон с насадками, до 80 кг. Это, по сути, труба до 2 метров длиной с заостренным краем снизу либо с
  • вырубленными зубьями. Чем острее снаряд, тем он производительнее. Удержание раздробленной почвы осуществляется клапанным
  • механизмом. Труба всасывает в себя почву и выгружает ее на поверхность.

Данный метод сменил более технологичный способ вращательного бурения с промывкой, но он до сих пор используется, так как может быть изготовлен самим домовладельцем.

Шнековые устройства

Этот вид оборудования:

  • эффективнее, чем ударно-канатные конструкции;
  • высокая производительность;
  • используется на сухих и мягких почвах;
  • процесс усложняется необходимостью постоянной очистки рабочего элемента.
Принцип работы

Бур в виде винта закручивается в почву. При входе в значительную глубину его наращивают при помощи буровой штанги. Раздробленная почва оседает между желобами винта, через несколько подходов его очищают и затем продолжают бурение.

  • шнек, или винт Архимеда, который поднимает разрыхленную почву;
  • буровая штанга, которая используется для наращивания шнека, для чего на ней наносится резьба;
  • ручной или механизированный привод, осуществляющий движение бура.

Ручной привод традиционно используется для бурения неглубоких скважин, но для ухода на глубину потребуется механизированный станок.

Вращательно-роторный способ, бурение с промывкой

  • самый современный и производительный метод;
  • используется на любых видах почв;
  • высокая скорость бурения, 10 метров и более в час;
  • относится к разряду дорогостоящего оборудования;
  • для бурения артезианской скважины требуется лицензия.
Принцип работы

Бурение скважины сопровождается ее промывкой специальным раствором. Так осуществляется подъем раздробленной почвы.

Читайте в нашей статье о развитии современных экологических технологиях.

О глобальных экологических проблемах и путях их решения, вы сможете узнать перейдя по http://greenologia.ru/eko-problemy ссылке.

Технологии промывки

  1. Прямой метод: раствор подается через штангу, а грунт удаляется через саму скважину.
  2. Обратный метод: раствор подается сразу в скважину, а грунт удаляется при помощи бурового оборудования.
  • штанга с вращающимся буром, который разрушает грунт;
  • механизм привода, запускающий вращение бура и направляющий его движение;
  • помпа с рукавами, подающая раствор в скважину;
  • вертлюг – узел, передающий команду вращения к инструменту от приводного механизма.

Все элементы удерживает высокопрочная рама, способная выдержать значительные нагрузки, создаваемые вибрацией. Метод сочетает в себе ударную и вращательную конструкцию, идеален для прохождения каменистых почв.

Итак, способов бурения существует несколько, выбор, как правило, определяется на основе конечной стоимости и производительности скважины, получаемой на выходе.

Неисправные установки требуют замены. Утилизация промышленного оборудования — важный этап модернизации всего добывающего комплекса.

Самый технологичный способ, как мы могли убедиться ранее, – это вращательно-роторный метод с промывкой.

Буровая установка для бурения скважины на воду: виды и способы применения

Установка для бурения скважины на воду

Добыча воды является одним из самых древних промыслов человечества. Современные технологии позволяют сегодня бурить скважины глубиной более километра. Чем сложнее структура грунта, и дальше водоносный горизонт, тем более мощная бурильная установка для скважин воды понадобится, чтобы добраться до нужной отметки. Наша инструкция, а так же видео в этой статье, помогут вам разобраться в способах бурения и видах применяемых установок.

Разновидности скважин и их разработка

Многие интересуются, можно ли выкопать колодец или скважину своими руками. Теоретически можно, а на практике нередко возникает столько сложностей! Возьмём колодец. Если грунтовые воды расположены не глубже шести метров, проблем может и не возникнуть.

Итак:

  • Хотя, даже на этой глубине, в грунте может оказаться массовое содержание твёрдых включений, что сильно затруднит выемку грунта. Но, в этом случае, можно хотя бы вырыть котлован экскаватором. А если глубина шахты 10-15м и более? Копать, в таком случае, приходится вручную, и это может стать поистине каторжным трудом.
  • Кроме того, что данный процесс очень трудоёмкий, он ещё и требует много времени. К тому же, нет гарантии, что вы в конечном итоге не попадёте на песчаный плывун. Содержание песка в воде из плывуна превышает допустимые нормы. При этом, любой фильтр быстро забьётся, затрудняя приток воды в колодец.

Обычные скважины

Нормально функционирующий водозабор должен быть устроен не на плывуне, а на песчаном водоносном пласте. Чаще всего, они располагаются на отметке 20-45 метров. Для колодца это внушительная отметка, а для скважины – минимально возможная глубина.

Итак:

  • Песчаные пласты дают меньший объём воды, чем известковые, залегающие намного глубже. Поэтому, срок службы скважин на песок невозможно прогнозировать. Можно сказать только примерно – это 7-10 лет. Как только лимит будет исчерпан, ее нужно углублять, либо ликвидировать, и бурить новую.

Роторная буровая установка

  • Сегодня применяют два способа бурения: роторный и шнековый(см.Бурение скважин шнековое: какие особенности ). Суть первого состоит в разрушении постоянно увлажняющихся пород буром. Он вращается за счёт усилия ротора – отсюда и название метода. Ротор может быть установлен как на передвижной буровой установке, так и на стационарной, имеющей собственный двигатель.
  • Стенки ствола укрепляются обсадными трубами, после чего бурение продолжается шарошечным долотом. Чем сильнее заглубляется бур, тем меньше размер используемого долота. Обычно роторный способ используют для бурения на глубину до 50-55 метров.
  • На среднюю глубину (от 55 до 80м) бурят всухую, шнековым способом. Для этого используется сварная конструкция из труб. Вы можете видеть её на фото в начале статьи. Шнек имеет спиралевидную форму, и жёстко зафиксированные на конце резцы. Они и разрушают породу, которая подаётся «на гора» транспортёром. При попадании на особо твёрдые породы, используются специальные буры с несколькими резцами.

Трубчатые колодцы

Существует такое понятие, как абиссинский колодец. Она небольшой глубины (до 30м), и с очень маленьким диаметром. Иначе её называют колодцем трубчатого типа. Он обычно не превышает два дюйма – а это всего лишь 5,08 см.

Итак:

  • Чтобы получить скважину такого диаметра, вручную забивают в грунт стальную наращиваемую штангу.Бурение скважин на воду мини установками гораздо упрощает эту задачу. А цена вполне позволяет приобрести её в личное пользование.

Буровая установка для бурения скважины на воду

  • В качестве обсадных труб, в данном случае, используют обычные газовые трубы. Их соединяют резьбой в длинную колонну, которая называется «игла». Такую ассоциацию вызывает первая труба с конусообразным наконечником. Его диаметр превышает соответствующий размер труб, чтобы исключить трение, и облегчить их прохождение сквозь толщу грунта.
  • Фактически, абиссинский колодец бурят, применяя оба вышеописанных способа. Сначала работа идёт всухую, максимально большим буром (2 дюйма). Как только скважина доходит до уровня плывуна, содержащего воду, бур меняют на «иглу» с наконечником, и начинают поочерёдную забивку всех сегментов колонны.
  • К отрезку с наконечником монтируется перфорированная труба, обмотанная специальной сеткой – это фильтр. Все сегменты соединяют между собой муфтами, и герметизируют силиконом. В принципе, данный технологический процесс имеет много общего с устройством обычных скважин. Разница возникает в связи с их габаритами: глубиной и диаметром.

Артезианские

Наиболее глубокие – артезианские. Именно они черпают воду в известковых пластах. Несмотря на внушительную глубину, подача воды из артезианской скважины может осуществляться обычным погружным насосом, такой же мощности, как и в колодце. Он монтируется на уровне ближайшего водоносного песчаного горизонта.

Итак:

  • Статический уровень воды в артезианской скважине устанавливается на отметке ближайшего водоёма. Равновесие водяного столба достигается, благодаря воздействию межпластового давления с одной стороны, и атмосферного давления – с другой. Наличие воды в известковых горизонтах гарантировано самой природой, и её уровень никак не зависит от местности или, к примеру, климатических условий.

Ударно-канатная буровая установка

  • Бурение скважин глубиною до трёхсот метров производится ударно-канатным способом. Его суть заключается в том, что ударный снаряд, состоящий из долота, штанги, и замка, опускается в скважину на канате. Падая с определённой высоты, буровой снаряд дробит породу.
  • Эффективность работы в забое, зависит от веса и скорости падения долота, его качества и числа ударов. Буровой инструмент меняется, в зависимости от структуры встречающихся слоёв грунта. Например, пласты с твёрдыми каменистыми породами проходят с помощью буровых патронов.

Для разработки свехглубоких скважин (от 600м) есть и другой метод. Для этого существуют буровые установки для бурения скважин на воду ударно-вращательным способом. В этом случае, используются телескопические ударные штанги и раствор бентонитовой глины, с помощью которого укрепляются стенки скважины. Обычно это передвижные установки на базе мощного грузового автомобиля или трактора.

Подобное оборудование с таким же успехом применяется и для разработки нефтяных скважин.

Скважина своими руками с помощью насоса для дачного участка

Самодельный насос для скважины Монтаж скважинного насоса в частном доме, является очень важным условием для бесперебойного перекачивания жидкости из скважины или колодца. Но прежде чем приобретать оборудование для подачи воды, необходимо пробурить ее источник. Сначала определяется место, где будет скважина. Обычно водоносный слой размещается на глубине от 10 до 20 метров. Как изготов.

Стоимость артезианской скважины: подсчитаем расходы

Действующая артезианская скважина Для небольших населённых пунктов, находящихся в стороне от магистральных сетей, артезианская скважина является наилучшим решением проблемы водоснабжения. Тем более что один такой водозабор способен обеспечить потребности целого посёлка, если они, конечно, в пределах общепринятых норм. Для тех, кто хочет иметь свой бассейн, посадить сад, обраб.

Инструменты для бурения скважин: что нужно для самостоятельной и профессиональной работы

Буровые инструменты Для обустройства скважин на воду используется немалое количество инструментов — их комплектность и назначение зависят от вида грунта, глубины проходки и способа бурения. Есть оборудование, которое применяют только профессионалы, при обустройстве глубоких подземных водозаборов. Но существуют и мини-скважины, так называемые трубчатые (абиссинские) колодцы, которые можно бурить.

Пробить скважину своими руками нужно правильно

Пробить скважину на даче Своими руками обеспечить дачный участок или коттедж водой, можно соорудив скважину или колодец. В этом случае необходимо приобрести или взять напрокат специальное оборудование. Как выполнить все работы правильно можно увидеть на видео. В этой статье предлагаются общие рекомендации о конструкциях скважин, об этапах работ по их устройству.

Как пробурить скважину самостоятельно

Пробурить самому скважину Пробурить самому скважину конечно можно. Только для начала надо иметь понятие, как это делается и какую воды вы хотите получить в конечном итоге. Некоторые думают, можно ли в колодце ее сделать. Теоретически конечно можно, но не нужно. Это будет просто нести дополнительные затраты. Лучше установите ее возле колодца. Давайте поэтапно рассмотрим процесс выпо.

Установка для бурения скважин – технология изготовления своими руками

Бурение скважины в некоторых случаях считается единственным способом организации водоснабжения частного участка. При этом вызов профессиональных бурильщиков, хоть и лишает хозяев большой головной боли, все же стоит недешево. Поэтому для многих привлекательным вариантом является буровая установка для скважин. созданная своими руками. Существует несколько вариантов малогабаритных буровых установок (МГБУ), которые каждый владелец участка может сделать самостоятельно. Ниже пойдет речь о технологии изготовления наиболее популярных конструкций, совмещающих в себе простоту и эффективность эксплуатации.

Содержание

Малогабаритное буровое оборудование обычно применяется для бурения скважин глубиной менее 100 м. Как правило, его используют в тех ситуациях, где эксплуатация крупногабаритной техники является затруднительной или может нанести серьезный ущерб ландшафту.

Бурение скважины – оптимальный способ обеспечить водой свой участок

К преимуществам МГБУ можно отнести:

  • небольшие размеры и вес;
  • простая конструкция;
  • удобство монтажа и транспортировки;
  • возможность применения в условиях ограниченного пространства;
  • хорошая ремонтопригодность.

Малогабаритные установки пользуются большой популярностью у частных домовладельцев

По способу разрушения грунта бурильные установки для скважин на воду бывают ударными и вращательными. При ударном бурении порода разрушается благодаря воздействию тяжелого груза, подвешенного на канате. Рабочий инструмент бросается вниз, захватывая часть грунта, после чего поднимается на поверхность. Цикл повторяется до тех пор, пока не удастся достигнуть нужного водоносного горизонта.

К сведению. Самодельные МГБУ используют не только для обустройства автономного водоснабжения. Такое оборудование часто применяется и в строительной сфере, например при монтаже свайного фундамента.

Применение вращающегося бура требует меньше физических затрат по сравнению с ударным способом, поскольку в этом случае грунт разрезается острым наконечником. Однако подобное оборудование имеет более сложную конструкцию. К тому же некоторые детали невозможно сделать самостоятельно, поэтому их необходимо приобретать отдельно, что несет дополнительные финансовые затраты при изготовлении такой буровой установки для скважин своими руками.

Технология ударного бурения появилась в Китае более 3000 лет тому назад и с успехом продолжает применяться сегодня. Буровой станок подобного типа является достаточно компактным и отличается повышенной прочностью благодаря простой конструкции.

Типовая МГБУ для ударного бурения состоит из следующих частей:

  • станина треугольной формы;
  • рабочий инструмент (патрон или желонка);
  • подъемное приспособление.

Ударная бурильная установка для скважин

Рабочим инструментом данной конструкции является патрон, который должен обладать большим весом (порядка 100 кг). Делается он из трубы диаметром 10-20 см. Длина патрона составляет 1-2 м.

Совет. Для того чтобы грунт более интенсивно разрушался, конец желонки следует заострить или сделать в нижней части несколько острых «клыков».

Опорная рама конструируется, исходя из габаритов рабочего инструмента, а для удобства подъема применяется лебедка, которую можно подключить к электродвигателю и тем самым значительно упростить для себя процесс бурения.

Схема патрона (желонки) с шариковым клапаном

Ударная бурильная установка для скважин на воду своими руками делается по следующей технологии:

  1. Для изготовления рамы используется квадрат из качественного металла. Вначале создается треугольное или прямоугольное основание, а затем устанавливаются ребра конструкции.
  2. Чтобы закрепить трос в верхней части желонки сверлится несколько отверстий или приваривается рычаг.
  3. Длина троса подбирается с учетом максимальной глубины запланированной скважины.
  4. Патрон подвешивается вверху опорной рамы, а второй конец троса наматывается на лебедку или барабан редуктора электродвигателя.

Пользоваться таким приспособлением достаточно просто. В месте, где предполагается производить бурение, делается небольшое углубление с диаметром, незначительно превышающим размер патрона. Затем рабочий инструмент поочередно опускается и поднимается, удаляя грунт, пока не будет достигнута необходимая глубина скважины.

Бурение ударно-канатным способом

Буровая установка для скважин. использующая вращательное движение рабочего инструмента (лопастного бура), позволяет осуществлять работы на высоком профессиональном уровне. Однако для ее изготовления необходима покупка ряда комплектующих, которые сложно сделать в домашних условиях.

Конструкция МГБУ вращательного типа выполняется из таких компонентов:

  • нижняя и верхняя рамы;
  • вертлюг;
  • буровые штанги с замками;
  • лопастной бур;
  • электродвигатель с редуктором;
  • мотопомпа;
  • шланг.

Бурильная установка с лопастным буром

Вертлюг является одним из самых важных элементов подобного бурового оборудования для скважин. Он предназначен для передачи вращающего момента от двигателя к буру и подачи промывочной жидкости в шахту.

Важно. Не рекомендуется изготавливать вертлюг самостоятельно. При несоблюдении допустимых зазоров между стаканом и валом высока вероятность нарушения герметичности и, как результат, протечки раствора. Поэтому для самодельной установки лучше приобретать готовое изделие.

Изготовить лопастной бур для бурильной установки своими руками не очень сложно. Такое приспособление делается из качественного металла, в который вплавляются высокопрочные пластины (лопасти). Диаметр инструмента может колебаться в пределах 10-35 см.

Буровые штанги предназначены для наращивания глубины бурения. Обычно их длина составляет 1-2 м. Между собой данные элементы скрепляются посредством специальных замков. Буровые штанги вместе с замками, как и вертлюг, лучше приобрести отдельно, так как для скважины средней глубины их понадобится большое количество.

  1. Поскольку доставка покупных комплектующих установки для бурения скважин (вертлюга, мотора-редуктора, штанг с замками, шланга для подачи раствора, лебедки с тросом) может занять определенное время, их заказ следует осуществить заранее.
  2. Нижняя и верхняя рамы изготавливаются из квадрата, а вертикальные стойки из 40-миллиметровой трубы с толщиной стенки 4 мм.
  3. После изготовления опорной рамы необходимо сделать каретку (ползун) для перемещения рабочего инструмента в вертикальной плоскости, на которой будут крепиться мотор-редуктор, вертлюг, буровые штанги и бур.
  4. Для удержания и перемещения каретки используется лебедка с тросом, которая крепится к раме.
  5. После установки основных узлов к вертлюгу подключается шланг от мотопомпы, а электродвигатель через пусковое устройство подключается к сети 220 В или 380 В (в зависимости от электрических параметров двигателя).

Вращательное бурение с промывкой

Изготовление бурильной установки для скважин своими руками еще не дает гарантию положительного результата во время эксплуатации оборудования. При отсутствии необходимого опыта высока вероятность совершения критической ошибки, которая может привести к потере инструмента или даже целой установки.

Поскольку ошибки в бурении обходятся достаточно дорого, нельзя форсировать процесс и сразу переходить к созданию глубинной скважины. Для начала лучше потренироваться на малых глубинах, чтобы набраться опыта и научиться предотвращать клин.

Важно. Новички очень часто «ловят клин», теряя при этом бур и буровые штанги. В некоторых случаях бур может заклинить настолько, что вытащить его не получится даже краном.

При «сложном» каменистом грунте лучше использовать несколько проходов. Для этого вначале осуществляется разведочное бурение инструментом минимального диаметра. Затем отверстие в земле проходится бурами большего размера, пока скважина не достигнет нужных параметров.

Сделать своими руками буровую установку для скважин не так сложно, как произвести непосредственный процесс бурения. Чтобы средства и усилия не были потрачены напрасно, данную работу лучше доверить профессионалам.

Рекомендуем похожие статьи

Источники: http://greenologia.ru/eko-zhizn/sistemy/vodosnabzhenije/skvazhina/burovye-ustanovki-dlya-skvazhin.html, http://moikolodets.ru/burovaya-ustanovka-dlya-bureniya-skvazhin-na-vodu-198, http://strmnt.com/dom/comm/d-water/ustanovka-dlya-bureniya-skvazhin.html

rusbyr.ru

otoplenie.site

Машины и оборудование для буровых работ

Категория:

   Оборудование для строительства искусственных сооружений

Машины и оборудование для буровых работ

Буровые работы в строительстве весьма распространены и могут иметь различное назначение: для закладки взрывчатых веществ, при инженерных изысканиях, при водоснабжении, водопонижении и т. п. Большой удельный вес они занимают в работах по взрыву скальных пород, а также мерзлых и плотных тяжелых грунтов.

Буровым инструментом в разрабатываемых породах бурят цилиндрические отверстия. При диаметре до 75 мм и глубине до 8—10 м эти отверстия называются шпурами; их бурят пневматическими, а иногда и электрическими бурильными молотками (перфораторами). Отверстия диаметром 85—500 мм называются скважинами; их бурят при помощи специальных бурильных станков.

Глубина скважин в зависимости от их назначения может достигать нескольких десятков и даже сотен метров (обычно в пределах 10—300 м). Верхняя часть буровых скважин у поверхности земли называется устьем, а нижняя часть — забоем.

Процесс бурения состоит из двух основных операций: разрушения (отделения) породы на дне скважины и удаления разрушенной породы из скважины.

В зависимости от геологических и гидрогеологических условий строительных котлованов и карьеров и их глубины различают следующие способы бурения: а) механический; б) гидравлический; в) термический; г) электрофизический и

д) комбинированный.

Механическое бурение производят пневматическими бурильными молотками-перфоратами и специальными бурильными станками.

В зависимости от способа разрушения породы буровым инструментом применяют различные принципы механического бурения (рис. 161): а) вращательное; б) ударное; в) вращательно-ударное;

г) шарошечное.

При вращательном бурении порода разрабатывается резанием и истиранием за счет непрерывного вращения резца — коронки бура, имеющего одновременно поступательное движение вдоль оси скважины. Вращательное бурение весьма производительно, так как осуществляется главным образом за счет окалывания, которому горные породы противостоят слабо. Процесс скалывания происходит непрерывно, вследствие чего достигается высокая скорость бурения.

Рис. 161. Схемы бурения

При вращательном бурении можно бурить скважины в различных направлениях — горизонтальном, вертикальном и наклонном, что является существенным преимуществом этого способа. Однако его целесообразно применять только при бурении горных пород «иже средней крепости, так как при бурении более крепких пород режущие кромки бура не в состоянии скалывать породу стружкой значительной толщины и разрушают породу истиранием. При этом скорость бурения падает, а резцы бурового инструмента быстро изнашиваются. Вращательное бурение крепких пород может быть эффективным лишь при использовании алмазных коронок.

При ударном бурении порода в забое скважины разрушается силой удара бурового инструмента, которым твердые породы раскалываются и дробятся, а мягкие породы режутся и сминаются. При ударно-поворотном бурении буровой инструмент, поворачиваясь на некоторый угол после каждого удара, постепенно разрушает породу по всему сечению скважины и придает ей круглую форму.

Ударом можно создавать очень большие удельные нагрузки на лезвии коронки бура. Кроме того, некоторые горные породы хрупки и под действием удара разрушаются легче, чем под действием статической нагрузки. Поэтому ударное бурение применяют для бурения скважин в породах любой крепости выше средней. В породах ниже средней крепости применять ударное бурение нецелесообразно, так как оно уступает по производительности вращательному.

Удары по породе можно наносить и при помощи зубьев шарошки, перекатывающейся по забою скважины при значительном усилии подачи. Шарошечное бурение внешне протекает, как вращательное: штанга, имеющая на конце шарошечное долото, вращается и подается на забой.

Вращательно-ударное бурение соединяет высокую производительность вращательного бурения и способность бурить крепкие породы, присущую ударному способу бурения.

Вращательно-ударное бурение осуществляется прижимаемой силой подачи к забою непрерывно вращающейся коронкой, по которой наносятся удары. Под действием ударов лезвие коронки внедряется в породу и разрушает ее. Процесс разрушения продолжается и в промежутках между ударами под действием вращения коронки, хотя и с меньшей интенсивностью.

Этот способ успешно применяют при бурении пород средней и выше средней крепости; скорость такого бурения в 2—3 раза выше скорости ударного бурения.

Разновидностью вращательно-ударного бурения является вибрационное бурение: непрерывно вращающийся буровой снаряд совершает частые колебания вдоль оси, чем достигается повышение скорости бурения.

Гидравлическое бурение осуществляется при помощи обсадных колонн, с применением насадок и вибраторов. Этот способ бурения применим только для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах и песчаниках средней крепости.

В современной практике гидравлическое бурение применяется главным образом при устройстве водопонизительных скважин.

В стадии эксперимента находится гидравлический способ бурения скважин в скальных горных породах за счет использования энергии тонкой струи воды (0,8—1,0 мм), имеющей сверхзвуковую скорость при давлении до 200 Мн/м2 (2000 кГ/см2) и выше, создаваемом специальными гидрокомпрессарами.

Термическое бурение основано на разрушении и сплавлении породы высокотемпературными источниками тепла. При быстром и сильном нагревании породы возникает неравномерное тепловое расширение слагающих ее кристаллов, в результате чего возникают значительные напряжения, приводящие к растрескиванию и разрушению породы.

Рабочим органом при этом способе бурения служит термобур с реактивной горелкой, из которой со сверхзвуковой скоростью (1800 м/сек и более) направляется на забой скважины газовая струя с температурой 2500—3500 °С.

Термический способ наиболее эффективен при бурении очень крепких пород с высокими абразивными свойствами, бурение которых обычным бурильным оборудованием затруднительно.

К электрофизическим способам бурения относятся ультразвуковой, электроимпульсный и высокочастотный.

При ультразвуковом способе бурения разрушение породы происходит за счет воздействия высокочастотных колебаний, создаваемых магнитострикциоиным вибратором. Физическая сущность этого процесса заключается Б явлении магнито-стрикции — изменении формы и размера тела (ферромагнитного стержня) при намагничивании.

Электр о импульсный способ бурения основан на получении мгновенных высоких давлений в жидкости в результате специально сформированных электрических высоковольтных разрядов.! Последние осуществляются при помощи конденсаторов большой емкости. В результате таких импульсных искровых разрядов возникают мгновенные давления, достигающие сотен и даже тысяч атмосфер.

В момент искрового разряда окружающей жидкости сообщается огромное ускорение, вследствие чего возникает гидравлический удар большой силы. Одновременно в жидкости происходит образование полости, которая мгновенно смыкается, вследствие чего получается второй, так называемый кавитаци-онный удар. В результате этих ударов в зоне электроискрового разряда создаются давления огромной величины, способные разрушать все неметаллические материалы, помещенные в зону действия ударов.

При высокочастотном способе бурения для разрушения породы в забое скважины используют энергию специальных генераторов, создающих электрические или магнитные поля высокой частоты. Под действием этого поля горная порода нагревается, становится хрупкой и отделяется от массива в виде тонкого слоя.

Термический, электрофизический и гидравлический способы являются наиболее производительными, однако они еще не вышли из стадии теоретической и экспериментальной проверки.

Применяемые для буровых работ машины классифицируют главным образом по способу разрушения горной породы, по роду потребляемой энергии и по назначению.

По способу разрушения горной породы бурильные машины разделяют на машины вращательного бурения, ударного (ударно-поворотного, вращательно-ударного) и огневого.

По роду потребляемой энергии бурильные машины делят на электрические, пневматические и тепловые.

По назначению бурильные машины делят на машины для бурения шпуров и небольших скважин (пневматические бурильные молотки, сверла ручные и колонковые) и машины для бурения скважин среднего и большого диаметра (станки вращательного бурения, станки с пневмоударниками, шарошечные ударно-канатные и станки огневого бурения).

Буровые работы выполняются при геологических изысканиях, при разработке карьеров, при рыхлении мерзлого грунта и скальных пород взрывным способом, при установке опор линий электропередач и связи и т. д. Различают механический, термический, гидравлический и электрофизические способы бурения.

При механическом способе бурения рабочий инструмент непосредственно воздействует на породу. Термическое бурение заключается в разрушении и сплавлении породы воздействием на нее высоких температур. При гидравлическом бурении порода разрушается водной струей, движущейся под большим давлением со сверхзвуковой скоростью. В электрофизических способах используются электрогидравлический эффект, высокочастотные колебания, энергетические тепловые поля. Гидравлический и электрофизический способы бурения пока не получили распространения, так как находятся в стадии разработки и исследования.

При назначении способа бурения учитывается крепость породы, размеры шпуров и скважин, общий объем буровых работ и т. п.

Бурильные машины классифицируют: – по назначению — машины для бурения шпуров (перфораторы, ручные и колонковые сверла) и машины для бурения скважин (ударно-канатные станки, станки вращательного бурения, станки термического бурения и др.); – по способу разрушения горной породы — машины вращательного, ударного и термического бурения; – по роду потребляемой энергии — электрические, пневматические и тепловые.

Перфораторы (пневматические бурильные молотки) подразделяются на ручные, телескопические и колонковые.

По способу воздухораспреде-ления перфораторы бывают с золотниковым и клапанным воздухораспределителем. По способу удаления буровой пыли перфораторы могут быть: с продувкой сжатым воздухом, с промывкой водой и с отсосом пыли.

Рис. 86. Станок вращательного бурения: 1 — долото; 2 — направляющая втулка; 3 — рама; 4 — буровая штанга; 5 — ручная лебедка; б — редуктор; 7 — блок; 8 — электродвигатель; 9 — каретка; 10 — переходная муфта; 11 — стальной канат; 12 — направляющие

Буровые станки применяют для бурения в мягких и средней крепости породах. Пыль из стволов шпуров и скважин удаляют водой под давлением или сжатым воздухом. В станке вращательного бурения (рис. 86) долото укреплено на направляющей втулке, получающей вращение через редуктор от электродвигателя, установленного на каретке. Каретка перемещается по направляющим, при помощи ручной лебедки, с барабана которой стальной канат через блок идет к каретке. Переходная муфта соединяет штангу и редуктор.

Наиболее распространенными станками ударно-поворотного бурения являются станки ударно-канатного бурения.

В станках ударно-вращательного бурения вращающийся резец внедряется при воздействии осевого усилия и удара. В стационарных карьерах с большой производительностью применяют станки термического бурения, представляющие собой самоходную установку на гусеничном ходу.

Термическое бурение состоит в следующем: буровой станок прожигает скважину в грунте с помощью высокотемпературных газовых струй, которые вылетают со сверхзвуковой скоростью из сопла реактивной горелки. В камере сгорания реактивной горелки температура газов достигает 200 °С, и разрушаемая порода выдувается потоком газов на поверхность. В корпус входят трубопроводы для передачи кислорода и топлива. Топливо поступает через форсунку в камеру и сгорает в кислороде, поступающем через отверстия в стенках труоы. Струя формируется в сопле и от угасания предохраняется башмаком. Аналогичным образом работают ручные термобуры с глубиной бурения до 3 м.

Недостатком термического бурения является повышенная взрывоопасность и необходимость применения кислородных баллонов, установленных на автомобильных прицепах, и бака для керосина.

Реклама:
Читать далее: Свайные молоты и вибропогружатели

Категория: - Оборудование для строительства искусственных сооружений

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru


Смотрите также