Глава 4. ВЫБОР БУРОВОЙ И НАСОСНОЙ УСТАНОВОК

Буровая установка - это сложный комплекс различных по назначению машин, механизмов и сооружений, с помощью которых осуществляются все процессы, связанные с бурением скважин [10, 13, 14, 20]. К сооружениям, входящим в буровую установку, относятся: буровая вышка или мачта (или безлебедочный подъем бурового снаряда), буровое здание, очистная система.

Выбор и комплектование бурового оборудования определяются физико-географическими и геолого-техническими условиями применения, способом бурения и конструкцией скважин.

Буровые установки подразделяются на стационарные, передвижные и самоходные; бурение скважин производится с поверхности земли, из подземных выработок и с плавучих буровых установок.

Буровой агрегат включает в себя буровой станок, силовой привод, буровой насос (компрессор), средства механизации вспомогательных процессов, средства автоматизации и регулирования процессов бурения скважин.

Буровой станок является основным элементом буровой установки, предназначен для передачи крутящего момента и осевой нагрузки на колонну бурильных труб, а также для выполнения спуско-подъемных операций (СПО).

Буровые установки в зависимости от конструкции и назначения механизмов оснащены различными силовыми приводами: двигателями внутреннего сгорания (ДВС), электрическими, гидравлическими и пневматическими двигателями.

Для геологоразведочного бурения в качестве силового привода применяются в основном электродвигатели переменного тока и двигатели внутреннего сгорания. На некоторых буровых установках (УРБ-2А-2, привод труборазворотов РТ-100, РТ-300 и др.) для привода используются гидравлические двигатели. В настоящее время в практике бурения геолого-разведочных скважин широко применяются станки типа ЗИФ и СКБ (для комплектования буровых установок УКБ), БСК отечественного производства, а также станки и установки зарубежных производителей.

Станки БСК-2М2-100 предназначены для бурения скважин глубиной до 100 м с поверхности, а также из подземных горных выработок. Буровыми станками ЗИФ(650М и 1200МР) выполняется бурение скважин в диапазоне глубин 600 – 2000 м в зависимости от вида породоразрушающего инструмента.

Существует восемь классов установок типа УКБ (самоходных и передвижных), предназначенных для бурения скважин глубиной от 25 м до 3000 м. В качестве основного параметра указанного ряда принята глубина бурения алмазным и твердосплавным буровым инструментом определенных диаметров (табл. 18). Буровые установки типа УКБ комплектуются буровыми станками СКБ-50/100, СКБ-3, СКБ-4, СКБ-5, СКБ-7, СКБ-8, отличающимися повышенной частотой вращения шпинделя и увеличенной мощностью привода.

Самоходные буровые установки (рис. 4) применяются для бурения различных по назначению скважин. Например, для бурения на воду ре6комендуются установки типа: УРБ-ЗАЗ, УРБ-ЗА2, 1БА-15В и др. (табл. 19,20). Комплексы технических средств КГК предназначены для бурения скважин с гидротранспортом керна в породах II-IV категорий по буримости с пропластками пород до VI-VII категории при поисково-съемочных работах (КГК-А, КГК-В, КГК-Т, КГК-Г).

Эффективность и качество бурения геологоразведочных скважин в твердых полезных ископаемых тесно связаны с интенсивной промывкой. Промывка осуществляется буровыми насосными установками.

Современный буровой насос для геологоразведочного бурения должен: удовлетворять требованиям оперативного регулирования подачи очистного агента; обеспечивать постоянство подачи промывочной жидкости независимо от изменения давления в нагнетательной линии; иметь минимальную массу и размеры; обладать высокой степенью надежности и ремонтопригодности; быть безопасным в эксплуатации.

В буровой практике применяются поршневые насосы двойного действия - НБ–32, КБ–50, КБ–125 (9 МГР) и трехплунжерные насосы с горизонтальным расположением цилиндров.

При колонковом бурении применяются главным образом плунжерные насосные установки: НБ 1, НБ 2, НБ 3, НБ 4, НБ 5 и др. (табл.21). Плунжерные установки применяются при бескерновом и ударно–вращательном бурении, а также при цементировании скважин и обсадных колонн. Поршневыми буровыми насосами, имеющими горизонтальные двухдействующие цилиндры, обычно оборудуются самоходные установки.

Основными техническими характеристиками насосных установок являются производительность (V_н, л/мин) и давление (P_н, МПа).

Вышки и мачты для геологоразведочного бурения – фермы, предназначены для спуска и подъема бурового снаряда, а также обсадных труб; поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой; установки свечей, извлеченных из скважины [17, 20].

К основным техническим характеристикам вышек и мачт относятся: высота, грузоподъемность, длина свечи и глубина бурения, диапазон изменения угла заложения скважин (табл.22).

Вышками называют конструкции, имеющие не менее трех опор, воспринимающих полезную нагрузку, а мачтами – конструкции с одной или двумя опорами. Вышки или мачты классифицируют по пространственной геометрической форме, которая дает полное представление об их конструкции, возможности применения в конкретных условиях и влияет на массу, габаритные размеры их и способ монтажно-демонтажных работ.

Буровые мачты обычно связаны с одним определенным агрегатом передвижного или самоходного типа (рис 4). Применение мачт снижает затраты времени на монтажно – демонтажные работы и транспортировку.

Из всех операций при спуске и подъеме бурильного инструмента из скважины наиболее тяжелой и трудоемкой работой является свинчивание и

Таблица 18

Техническая характеристика установок колонкового бурения типа УКБ (ГОСТ - 75-74)

*Бурение в подземных горных выработках

Таблица 19

Техническая характеристика буровых установок для шнекового бурения

Таблица 20

Техническая характеристика станков ударно-канатного бурения

развинчивания бурильных труб называются труборазворотами. В настоящее время серийно выпускаются три их типа: РТ–1200М, РТ–300 и РТ–100.

Бурильные трубы, соединяемые труба в трубу, развинчивают вручную, а удерживают над устьем скважины трубодержателями.

При проектировании бурения необходимо обосновать выбор и указать технические характеристики буровой установки и бурового агрегата, дать схему расположения бурового оборудования или привышечных сооружений с указанием основных размеров (прил. 7П).

Примеры буровых установок различного предназначения для бурения скважин на твердые полезные ископаемые с поверхности земли и из подземных выработок, а также на воду и нефть приведены в приложении 8П.

Таблица 21

Техническая характеристика буровых насосов,

рекомендуемых для бурения скважин

Примечание. Высота всасывания промывочной жидкости для всех типов насосов не превышает 5 м

Рис. 4. Самоходная буровая установка типа 2СБУ-100-32 с буровой мачтой в рабочем состоянии

Таблица 22