и максимальных значений кривизны для обсадных труб 3 страница

При дизельном приводе отбираемая мощность при спуско-подъемных операциях не должна превышать 0,7–0,8 от мощности двигателя N.

В результате может быть рассчитана длина бурового снаряда (количество труб или свечей), поднимаемого на каждой скорости работы лебедки при условии полного использования возможностей буровой лебедки и мощности двигателя станка.

Длина бурового снаряда и количество свечей, которые может быть подняты на первой скорости работы лебедки, равны:

.

Длина бурового снаряда и количество свечей, которые может быть подняты на второй скорости работы лебедки, будут равны:

.

Длина бурового снаряда и количество свечей, которые могут быть подняты на третьей скорости работы лебедки, равны:

, и т. д.

При выполнении расчетов следует иметь в виду, что для геологоразведочных буровых установок максимальные скорости подъема бурового снаряда регламентированы: при длине свечи l_св=4,7 м максимальная скорость подъема составляет 1,6 м/с; при длине свечи l_св>4,7 м – 2 м/с.

Пример 7. Рассчитать возможную глубину бурения скважины диаметром 112 мм при работе станка СКБ-4 при следующих исходных данных: бурение осуществляется бурильной колонной СБТМЗ-50 и твердосплавной коронкой с нагрузкой 14,0 кН с частотой вращения 280 мин^-1 с промывкой скважины водой.

Воспользуемся формулой (4.28) с входящими в нее значениями, предназначенными для расчетов при бурении твердосплавным инструментом.

Вес 1 м снаряда по справочникам [14] равен 72 Н/м.

Подставив полученные данные в формулу (4.22), получим:

=266 м

Таким образом, в случае необходимости применения твердосплавного бурения скважин диаметром 112 мм возможная глубина бурения при работе станка СКБ-4 составит примерно 260 м.

Пример 8. Бурение вертикальной скважины производится на глубину 800 м станком СКБ-5. Бурильные трубы СБТН-54, длина свечи 14 м, промывочная жидкость – вода.

Рассчитать оснастку талевой системы с определением глубины перехода с одной оснастки на другую, а также для конечной глубины бурения установить количество свечей, поднимаемых на разных скоростях лебедки.

Исходные данные: P_л = 35 кН; q = 6, 48 кг/м, k_пр=1,2.

Рассчитаем нагрузку на крюк (формула 4.7) при подъеме колонны бурильных труб из скважины:

кН, т.е. G_кр>Р_л.

Таким образом, подъем колонны бурильных труб при значительной глубине скважины должен производиться с оснасткой талевой системы. Рассчитаем глубину, до которой подъем колонны можно осуществлять на прямом канате. По формуле (4.32) получим:

м.

Определим необходимую оснастку талевой системы, которую следует использовать с глубины 500 м. Находим по формуле (4.31) количество подвижных ветвей в оснастке:

т.е. должна применяться оснастка талевой системы 1×2.

С целью ускорения спуска-подъема колонны рассчитаем рациональный режим подъема бурильной колонны из скважины для конечной глубины бурения. Для этого по формуле (4.33) определим длину бурового снаряда, который может быть поднят на разных скоростях работы лебедки. Предварительно определим q₀ , который составит 66,59 Н/м. На первой скорости работы лебедки

м/c; м;

на второй скорости лебедки

м; м;

на третьей скорости работы лебедки

м; м;

на четвертой скорости работы лебедки

м; м.

Количество свечей, поднимаемых на разных скоростях работы лебедки, составит:

м, или 365/14=26 cвечей.

l₂ = 435 – 278 = 157 м, или 157/14 = 11 свечей.

l₃= 278 – 209 = 69 м, или 69/14 = 5 свечей.

l₄ = 209 м, или 209/14= 15 свечей.

Всего в колонне бурильных труб 57 свечей, которые должны быть подняты из скважины.

4.4. Основные буровые установки для разведочного бурения на твердые полезные ископаемые

В настоящее время на геологоразведочных объектах используется самые разнообразные буровые агрегаты. Среди них встречаются буровые станки и установки как отечественного производства, выпуск которых начат в советский период, так и станки, модернизированные или разработанные в последнее время на предприятиях России. Значительный объем буровых работ при поисках и разведке месторождений выполняется буровыми агрегатами зарубежного производства, выпущенных как ведущими в буровом машиностроении компаниями, так и компаниями, чья продукция только недавно заявлена на рынке, и мало отличаясь по внешнему виду и реализованным при изготовлении конструкторским схемам от буровых установок ведущих компаний, существенно им уступает в функциональности, надежности, уровню механизации и автоматизации.

4.4.1. Буровые установки отечественного производства

Для выполнения буровых работ могут использоваться следующие буровые станки и агрегаты, разработанные и выпускаемые отечественными предприятиями.

Ручные станки (мотобуры) с приводом от бензо- или электродвигателя. Монтируются на каретку опорной стойки с цепным механизмом подачи.

Комплекс КМБ2-15 предназначен для бурения скважин шнековым и колонковым, в том числе пневмоударным способами на номинальную глубину до 20 и 25 м соответственно.

Комплекс обеспечивает:

- бурение скважин колонковым способом алмазным и твердосплавным инструментом диаметром до 112 мм в породах до XII категории по буримости;

- бурение пневмоударниками типа ПН-76 и ПН-93 по породам VI–XII категории по буримости;

- бурение скважин шнеками, в том числе полыми, диаметром до 130 мм в породах до V категории по буримости.

Возможный угол наклона скважины по отношению к горизонтали 45–90 градусов.

Комплекс оснащен подвижным вращателем с ходом подачи 1200 мм и рабочим усилием подачи 0,4–0,8 кН. Максимальное усилие подачи может достигать 2,0 кН.

Буровые установки ударно-канатного бурения типа УКС позволяют бурить скважины при разведке россыпных месторождений. Глубина бурения установкой УКС-22М – до 300 м, УКС-30М – до 500 м. Привод станков электрический.

Буровая самоходная установка УБСР-25М «Разведчик» предназначена для бурения скважин большого диаметра (взамен проходки шурфов) при разведке россыпей, в том числе обводненных. Смонтирована на базе трактора ТТ-4. Глубина бурения – до 25 м, диаметр скважин – до 175 мм.

Установка реализует медленно-вращательный способ бурения, а также бурение грейфером при проходке шурфов.

Буровая установка УКБ-12/25 предназначена для бурения горных пород I-IX категорий по буримости шнековым и колонковым способами с использованием твердосплавных и алмазных коронок.

Установка выпускается как передвижная на колесах или на транспортной базе (автомобиль УАЗ-469).

Глубина бурения шнеками диаметром 140 мм – 5 м; шнеками диаметром 70 мм – 15 м.

Глубина бурения колонковым способом диаметром 76 мм – 12,5 м; диаметром 46 мм – 25 м.

Привод установки – бензиновый двигатель, мощностью 2,9 кВт. Установка оснащена подвижным вращателем, ход подачи – 1200 мм, усилие подачи – 4 кН. Угол наклона скважин 60–90 градусов по отношению к горизонтали.

Буровая установка комплектуется буровым насосом НБ1-25/16 (подача –25 л/мин, давление –1,6 МПа).

Буровая установка ББУ – ООО «Опенок» предназначена для бурения скважин шнеками, алмазными и твердосплавными коронками и пневмоударниками.

Глубина бурения шнеками: диаметром 230 мм – 8–10 м; диаметром 100 мм – 20–25 м.

Твердосплавными и алмазными коронками обеспечивается бурения до глубины 40–50 м, а пневмоударниками до глубины 25–30 м.

Привод установки от двигателя внутреннего сгорания.

Буровая установка УРБ-1В2 предназначена для картировочного бурения.

Смонтирована на транспортной базе – гусеничном транспортере ГТ.

Глубина бурения колонковым вращательным способом с промывкой 100 м, диаметр – 132 мм.

Вращатель бурового станка подвижный, ход подачи – 1750 мм, усилие подачи – 50 кН, частота вращения – до 400 мин^-1.

Установка оснащена буровым насосом типа НБ 3-120/40.

Буровые установки УРБ -2НТ, УРБ-2ДЗ на базе гусеничного тягача ТТ-4 (рис. 4.3) оснащены станком с подвижным вращателем с ходом подачи 5,2 м, насосом и компрессором.

Глубина бурения разведочных скважин 150–200 м.

Угол наклона скважин 60–90^º. Буровая установка

Буровая установка УРБ-4Т оснащена станком с подвижным вращателем, ход подачи 5,2 м, частота вращения до 325 мин^-1.

Глубина бурения скважин до 300 м.

Буровая установка УРБ-2А2 смонтировна на базе автомобиля ЗИЛ-131 или УРАЛ-4320 и предназначена для бурения структурно-поисковых скважин глубиной до 300 м. Оснащена станком с подвижным вращателем с ходом подачи –5,2 м и реализуемой частотой вращения – до 325 мин^-1.

Буровые установки ПБУ-2, ПБУ-3 могут использоваться для разве-дочных работ в породах до VII категории по буримости с применением вращательного и ударно-вращательного способов бурения. Оснащена станком с подвижным вращателем и смонтированы на транспортной базе.

Буровой станок БСК-100 и его модификации предназначен для подземного бурения на глубину до 100 м коронками диаметром 46 мм. Модификации станка – БСК-2М2-100 и БСК-2В-100.

Станок имеет шпиндельный вращатель, угол наклона вращателя – 0–360^º. Ход подачи вращателя – 450 мм. Частота вращения – до 1500 мин^-1. Частота вращения регулируется ступенчато.

Станок оснащен пневматическим экстрактором для выполнения спуско-подъемных операций. Ход штока экстрактора 800 мм.

Буровой агрегат АБ-2 включает гидрофицированный буровой станок для бурения скважин на глубину до 600 м бурильной колонной ЛБТН-42; на глубину 400 м колонной СБТН-42, ЛБТН-54, ССК-46; на глубину 300 м – буровой колонной СБТН-54, ЛБТН-68, ССК-59; на глубину 200 м – СБТН-68, ССК-76. Выпускается в двух исполнениях: АБ-200 с электроприводом и АБ-201 с дизельным приводом.

Буровой станок агрегата АБ-2 имеет подвижный вращатель с ходом подачи 2 500 мм. Частота вращения регулируется бесступенчато в диапазонах 0–630 мин^-1 и 0–1250 мин^-1.

Установка имеет мачту высотой 7 м, угол наклона мачты от вертикали 0–30^º монтирована на прицепе и оснащена лебедкой для ССК.

Буровой агрегат АБ-5 предназначен для бурения геологоразведочных скважин глубиной до 1000 м диаметром 59–76 мм.

С применением бурильных колонн типа ЛБТН-54, СБТН-42, ССК-46 глубина бурения 1000 м; колонн ССК-59, СБТН-54, ЛБТН-68 – 800 м; колонн ССК-76, СБТН-68 – 500 м.

Буровой станок агрегата АБ-5 оснащен подвижным вращателем, ход подачи 3,2 м, частота вращения до 1500 мин^-1.

Буровой агрегат БАК-1200/2000 предназначен для бурения геологоразведочных скважин глубиной до 2 000 м алмазными коронками диаметром 59 мм.

Буровой станок агрегата оснащен подвижным вращателем с полым валом и сприводом от электродвигателя. Ход подачи – 800 мм. Угол наклона вращателя по отношению к вертикали –70–90^º. Частота вращения – до 3 000 мин^-1.

Буровые установки УКБ-200/300 С и УКБ-3ст-Э предназначены длябурения до 300 м алмазными коронками диаметром 59 мм. Станки данных буровых установок имеют шпиндельный вращатель с ходом подачи – 500 мм. Угол наклона мачты буровой установки – до 60–70^º. Частота вращения регулируется ступенчато в диапазоне 80–1170 мин^-1.

Буровая установка УКБ-4 имеет следующие модификации: самоходная УКБ-4С и передвижная УКБ-4П.

Установка УКБ-4С смонтирована на автомобиле МАЗ-5334 или УРАЛ-4320.

Установки укомплектованы насосом НБ3-120/40 и труборазворотом РТ-1200.

Станок имеет шпиндельный вращатель с ходом подачи 400 мм, частота вращения регулируется коробкой передач: 155; 280; 390; 435; 640; 710; 1 100; 1 600 мин^-1.

Буровой станок СКБ-4110 имеет привод от электродвигателя постоянного тока, что позволяет реализовать бесступенчатое регулирование частоты вращения вращателя и лебедки.

Буровой станок ЗИФ-650 М выпускается с 1949 г., прошел ряд модификаций и в настоящее время имеет марку СКТО-65.

Станок шпиндельного типа, оснащен одним гидропатроном без автоперехвата. Ход подачи – 500 мм. Выпускается в двух исполнениях: с приводом от электродвигателя и от дизеля.

Глубина бурения скважин диаметром 93 мм – 650 м, диаметром 59 мм – 800 м.

Угол наклона скважин: 60–90^º.

Частота вращения регулируется коробкой передач: 87; 118; 254; 340; 576; 800 мин^-1.

Грузоподьемность лебедки планетарного типа на прямом канате – 35 кН.

Мощность привода – 30 (для дизельного привода – 40) кВт.

Буровой насос НБ3-120/40.

Буровой станок СКБ-5 (более современный аналог ЗИФ-650) предназначен для бурения скважин диаметром 93 мм на глубину – 500 м; диаметром 59 мм – 800 м.

Станок шпиндельного типа с ходом подачи 500 мм. Имеет автоперехват и два гидроцилиндра механизма подачи.

Угол наклона скважин: 60–90 ^º.

Усилие подачи – 80 кН (вверх), 60 кН (вниз).

Частота вращения регулируется ступенчато: 122; 257; 340; 407; 539; 715; 1 130; 1 500 мин^-1.

Номинальная грузоподьемность лебедки – 35 кН, максимальная – 42 кН.

Мощность привода (электродвигатель) – 30 кВт.

Буровым станком СКБ-5 укомплектована самоходная буровая установка ТСБУ-200М на гусенечном ходу трактора ТТ-4М. Установка разработана в Центре горно-геологического оборудования в г. Новосибирске.

Установка ТСБУ-200М включает:

- буровую мачту высотой 12 м;

- буровой насос НБ4-320/63;

- лебедку для ССК;

- трубозахват;

-ДЭС-100 (дизельная электростанция, дизель ЯМЗ-238).

Предназначена для бурения скважин глубиной до 500 м, с максимальным начальным диаметром 151 мм. Угол наклона скважин – 75–90°. Грузоподьемность установки – 40 кН.

Буровой станок ЗИФ-1200МР (СКТО-75) шпиндельного типа, оснащен одним гидропатроном без автоперехвата. Ход подачи 600 мм. Выпускается в двух исполнениях: с приводом от электродвигателя и дизеля.

Глубина бурения скважин диаметром 93 мм – 1 500 м, диаметром 59 мм – 2 000 м.

Угол наклона скважин 80–90^º.

Частота вращения регулируется коробкой передач: 75; 136; 254; 321; 288; 336, 414 мин^-1.

Грузоподьемность лебедки планетарного типа на прямом канате – 35 кН.

Мощность привода (ЭД) – 55 кВт.

Буровой насос НБ4-320/63.

Буровой станок СКБ-7 имеет модификации СКБ-7, СКБ-7110, СКБ-7111 и СКБ-7101.

Первые три оснащены системой регулируемого электропривода (РЭП), мощность привода – 70 кВт, номинальное усилие на лебедке – 50 кН, регулирование частоты вращения вращателя и скорости намотки на лебедке плавное. Частота вращения у станка СКБ-7 регулируется в диапазоне 0–1 500, у станков СКБ-7110 и СКБ-7111в двух диапазонах 0–870; 0–1 500 – у первого, и 0–570; 0–1 500 – у второго.

Станки типа СКБ-7 имеют шпиндельный вращатель с ходом подачи 600 мм, два гидроцилиндра и автоперехват.

Буровой станок 7101 имеет привод от электродвигателя переменного тока мощностью 55 кВт. Номинальное усилие на лебедке – 45 кН. Частота вращения вращателя в диапазоне 80–1000 мин^-1 и скорость намотки на лебедке регулируются дискретно.

Буровая установка СКБ-8 предназначена для вращательного бурения вертикальных геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые алмазным и твердосплавным буровым инструментом конечным диаметром 93 мм на глубину 2 000 м и диаметром 59 мм на глубину до 3 000 м.

Установка имеет роторный вращатель с бесступенчатым регулированием частоты вращения в двух диапазонах: 0–675 мин^-1 и 0–1200 мин^-1. Ротор имеет отверстие диаметром 350 мм, электропривод мощностью 75 кВт.

Лебедка имеет грузоподьемность 60 кН.

Установка оснащена двумя насосами типа НБ5-320/100.

Главный привод: электромашинный преобразователь. Приводной двигатель имеет мощность 132 кВт, мощность генератора постоянного тока –190 кВт.

Буровая вышка ВР-26/50 высотой 26 м и грузоподьемностью 50 кН.

Буровой агрегат имеет блочную компоновку узлов. Особенностью является то, что его основные узлы (ротор, лебедка, редуктор регулятора подачи) имеют индивидуальный привод от двигателей постоянного тока, что позволяет в широком диапазоне осуществлять бесступенчатое регулирование частоты вращения рабочих органов агрегата.

Для контроля процесса бурения агрегат укомплектован аппаратурой типа КУРС-713, обеспечивающей измерение усилия на крюке, нагрузки на породоразрушающий инструмент, скорости бурения, частоты вращения бурильной колонны, величины крутящего момента на роторе, давления и расхода промывочной жидкости.

Буровая установка ПБУ-1200Р создана в ОАО «Алтайгеомаш» и является одной из наиболее современных отечественных разработок в области бурового машиностроения. Рассчитана для бурения разведочных скважин на глубину до 2 000 м, выполнена с роторным вращателем, с возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения в диапазоне 0–700 об/мин и способна реализовать крутящий момент 1960 Н·м. Имеет лебедку планетарного типа с тяговым усилием 25 кН. Мощность частотно-регулируемого привода ротора – 110 кВт. Аналогичную мощность привода имеет и лебедка.

Буровая вышка ВРМ-24 высотой 24 м и грузоподъемностью 55 кН, позволяет работать со свечами бурильных труб длиной 18,6 м.

Установка оснащена буровыми насосами типа НБ-32 и НБ-160/63, труборазворотом РТ-1200 и лебедкой для ССК Л-5 и компьютеризированной системой контрольно-измерительных приборов.

Отличительной особенностью установки ПБУ-1200Р является наличие механизма принудительной подачи бурового снаряда на забой с гидропатроном, что является новым для установок роторного типа.

4.4.2. Отечественные буровые установки нового поколения

Буровой гидрофицированный станок станок СБ-ПМ «Колибри» (рис.4.4) предназначен для шнекового, шарошечного, пневмоударного и колонкового бурения вертикальных и наклонных скважин в горных породах I–XII категорий по буримости.

Областью применения установки являются: бурение скважин на воду; инженерно-геологические изыскания; инъектирование грунтов; бурение геологоразведочных скважин; бурение технических скважин и другие работы в стесненных условиях.

Рис. 4.4. Буровая установка СБ-ПМ «Колибри»

Вращатель станка имеет небольшую массу при значительной величине крутящего момента, выполнен с возможностью отведения в сторону для освобождения устья скважины, а также комплектуется вертлюгами, рассчитанными на использование очистных агентов под давлением 1 и 6 МПа.

Основные технические характеристики установки СБ-ПМ «Колибри» приведена в табл. 4.7 и табл. 4.8.

Таблица 4.7

Глубины бурения установкой СБ-ПМ «Колибри»

Таблица 4.8

Технические характеристики установки «Колибри»

* В зависимости от модификации

Маслостанция установки имеет большой КПД и модифицируется для привода от электрического, бензинового или дизельного двигателей. Маслостанция снабжена съемными ручками для переноски, а крепление двигателя обеспечивает возможность его оперативного монтажа-демонтажа для уменьшения массы маслостанции при переноске и легкого запуска двигателя при отрицательных температурах.

Рис. 4.5. Станок буровой гидрофицированный модульный СБГ-ПМ2 «Стерх»

Переносные буровые станки становятся все более популярным типом бурового оборудования, поскольку не требует затрат на транспортировку. Мобильные буровые установки имеют высокую производительность и широкую область применения: бурение геологоразведочных и технических скважин, бурение скважин на воду.

Станок буровой гидрофицированный модульный СБГ-ПМ2 «Стерх» (рис.4.5) реализует различные варианты бурения в горных породах от I до XII категории по буримости как с продувкой скважины воздухом, так и с промывкой буровым раствором (см. табл. 4.9).

Таблица 4.9

Глубины бурения установкой СБ-ПМ2 «Стерх»

Оборудование СБГ-ПМ2 «Стерх» поставляется в двух вариантах комплектации: переносная мобильная буровая установка модульная (СБГ-ПМ2) и моноблочный на раме (СБГ-МР2). Имеет модульную конфигурацию, в которую входят маслостанция, буровой блок и пульт управления. Модули соединяются при помощи рукавов высокого давления и быстроразъемных соединений. Станок модифицируется с целью монтажа на различные шасси: гусеничное, автошасси автомобилей УАЗ, «Газель», ГАЗ, гусеничные вездеходы ГАЗ и другие транспортные средства.

В табл. 4.10 даны её технические характеристики буровой установки СБГ-ПМ2 «Стерх».

Таблица 4.10

Технические характеристики установки «Стерх»

* В зависимости от модификации

Для выполнения буровых работ разработана буровая установка СБ-ПМ3 «Аллигатор».

Условная глубина бурения установкой СБ-ПМ3 «Аллигатор» приведена ниже в табл. 4.11 , а в табл. 4.12 даны технические характеристики установки.

Таблица 4.11

Глубины бурения установкой «Аллигатор»

Таблица 4.12