Обобщенная схема выбора оборудования при бурении скважины - Буровые установки

Выбор бурового оборудования для бурения скважины является многофакторной задачей, решение которой в значительной мере способствует успешному проведению скважин и их целевому назначению.

Вращатель бурового станка - основной рабочий механизм, выполняющий при бурении основные технологические операции. Выбор его зависит от способа бурения, типа бурового снаряда и особенностей геологического разреза скважины.

Шпиндельный вращатель находит наибольшее применение в установках для алмазного бурения скважин малого диаметра, в геологических разрезах, представленных твердыми и средней твердости горными породами.

Преимущества шпиндельного вращателя - компактность и простота конструктивной увязки шпинделя с механизмом подачи и, как следствие этого, возможность бурения скважины под различными углами к горизонту.

Технологические возможности шпиндельного вращателя полностью удовлетворяют требованиям колонкового бурения в твердых породах: наращивание бурильных колонн без отрыва снаряда от забоя повышает ресурс алмазных коронок и увеличивает выход керна; незначительные затраты рабочего времени на перекрепление патронов и наращивание снаряда увеличивает скорость бурения.

Основной недостаток шпиндельного вращателя - небольшая длина хода подачи (0,5-0,6 м). Необходимость частых перекреплений патронов при бурении мягких горных пород существенно снижает скорость бурения и уменьшает процент выхода керна.

Роторный вращатель нашел широкое применение в самоходных и передвижных буровых установках, используемых при бурении структурно-поисковых и гидрогеологических скважин в мягких и средней твердости породах. Основное его достоинство - большая длина хода подачи.

Буровые установки с роторным вращателем используются в основном при бескерновом бурении. При бурении роторными установками с отбором керна наращивание снаряда связано с отрывом снаряда от забоя, что приводит к повреждению керна, нарушению стенок скважины и уменьшению проходки на коронку.

Алмазное бурение с применением роторных установок используется в редких случаях (невозможность применения высоких частот вращения, существенные вибрации снаряда, трудность регулирования осевой нагрузки на коронку, невозможность бурения наклонных скважин).

Подвижный вращатель.

Подвижный вращатель (буровой) - рабочий орган бурового станка (установки), служащий для передачи вращения и осевого усилия бурильной колонне при бурении главным образом геологоразведочных скважин. Представляет собой редуктор c приводом от механической трансмиссии либо от индивидуальных двигателей. Hаиболее распространены подвижные вращатели c приводом от 1-2 гидродвигателей. Pазличают непроходные вращатели, в которых инструмент присоединяется к концу шпинделя (ведущего вала), и проходные - труба проходит через шпиндель и захватывается патроном. Простейшим подвижным вращателем является мотобур. Подвижный вращатель перемещается вдоль мачты или направляющих посредством механизмов подачи (поршневых, гидравлических, цепных и канатных c гидроприводом) c ходом 1,5 -9 м. B отличие от ротора и шпиндельного вращателя подвижный вращатель перемещается вместе c колонной вдоль оси скважины по мере ее углубления и при вспомогательных операциях. Подвижный вращатель обеспечивает рост скорости бурения по сравнению c ротором и шпиндельным вращателем на 15-30%.

Подвижные вращатели разработаны в CCCP в 60-x гг. для шнекового и шарошечного бурения, позднее получили распространение при алмазном бурении.

Буровые установки сподвижным вращателем нашли широкое применение при использовании прогрессивных способов бурения вследствие следующих преимуществ:

-они обеспечивают наибольший эффект при скоростных методах бурения, осуществляемых без подъема бурильных труб для извлечения керна, таких, как бурение снарядами со съемными керноприемниками, с гидро - и пневмотранспортом керна, при бескерновом бурении, применении забойных машин и т. д.; - установки более универсальны по методам бурения; устанавливая гидромоторы различной мощности или вводя простую коробку перемены передач, можно варьировать в широких пределах значениями частот вращения и крутящего момента на вращателе; - в сравнении со шпиндельными гидрофицированные станки при аналогичных методах бурения на 30-40% производительнее, что окупает их более высокую стоимость; - из конструкции станка исключается ряд механических узлов, которые часто выходят из строя, что обеспечивает больший срок службы станка.

В то же время установки с подвижным вращателем имеют и недостатки:

- потери мощности между приводным двигателем и вращателем в шпиндельных станках составляют около 10%, а в установках с подвижным вращателем - не менее 30%, что объясняется существенной потерей давления в гидравлической системе (гидромоторах, шлангах и др.); - требуется, чтобы на станках работал более квалифицированный буровой персонал, и имелась в наличии качественная ремонтная база.

В различных справочных и законодательных материалах выбор бурового оборудования и построение параметрических рядов регламентируется главным параметром, в качестве которого используется грузоподъемность на крюке, глубина бурения при конечном диаметре породоразрушающего инструмента или глубина бурения при использовании бурильных труб (стальных или легкосплавных) данного диаметра.

Буровая установка ЛБУ-50Предназначена для бурения: 1) артезианских и гидрогеологических скважин (индекс установки ЛБУ - 50А); 2) гидрогеологических скважин и шурфов (индекс установки ЛБУ - 50Г); 3) шурфов (индекс установки ЛБУ - 50Ш). Основные способы бурения скважин: шнековый и ударно - канатный. Бурение шурфов осуществляется рейсами специальным цилиндрическим буром. Разгрузка бура, уборка породы от устья шурфа и крепление стенок шурфа железобетонными или деревометаллическими кольцами механизированы. Установка может осуществлять бурение в песках, глинах, мергелях неплотных известняках и доломитах (до IV категории по буримости включительно).

Буровая установка ЛБУ - 50 смонтирована на шасси автомобиля ЗИЛ-131. Привод осуществляется от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности, установленную, на корпусе раздаточной коробки.

Все узлы бурового станка установлены и закреплены на общей раме, которая прикреплена к лонжеронам автомобиля через деревянные прокладки с помощью стремянок. К раме шарнирно прикреплена телескопическая мачта, которая при транспортировании станка укладывается в горизонтальное положение.

Передачу вращения на буровой инструмент от раздаточной коробки автомобиля осуществляет трансмиссия бурового станка. На раме и мачте также смонтированы гидравлическое и электрическое оборудование и узлы управления станком.

В таблицах приведены комплекты инструмента для бурения гидрогеологических скважин и шурфов установками ЛБУ-50А и ЛБУ-50Ш.

Помимо указанного инструмента, установке ЛБУ-50 придается комплект запасных частей к инструменту, а также индивидуальный комплект запасных частей и принадлежностей и эксплуатационный инструмент согласно ведомостям завода-поставщика.

Установка для гидрогеологического бурения УГБ -50М.

Буровая установка УГБ-50М предназначена для бурения гидрогеологических и инженерно-геологических скважин, а также для выполнения пробных откачек воды из скважины. Установка может использоваться также для проходки шурфов-дудок.

Установка может осуществлять бурение скважин шнековым и ударно-канатным способами. Ее используют также для бурения медленновращательным способом. При наличии насоса установкой бурят скважины колонковым способом с промывкой.

Установка смонтирована на шасси автомобиля высокой проходимости ГАЗ-66-02. Установка транспортирует с собой специально оборудованный автоприцеп с комплектом рабочего инструмента.

Привод станка осуществляется от дизельного двигателя, расположенного вместе с основными узлами установки на сварной раме, которая крепится в раме автомобиля. На одной оси с двигателем установлены коробка передач, лебедка и тормоз. Мачта соединяется с рамой через заднюю стойку и откидывающиеся кронштейны. По направляющим мачты перемещается вращатель, получающий вращение от коробки передач через вертикальный вал. Перемещение вращателя производится двумя гидроцилиндрами подачи. В средней части рамы расположен ударный механизм с оттяжным роликом. Пульт управления располагается на левой стороне (по ходу автомобиля). На нем сосредоточены все органы управления установкой.

От приводного двигателя вращение передается через муфту сцепления на коробку передач. В коробке передач через пару косозубых шестерен вращение передается на вал с блоком из трех шестерен. Перемещение этого блока дает возможность получить три частоты вращения вала, откуда движение передается на привод вращателя через две конические шестерни и привод лебедки через пять шестерен. Шестерня привода вращателя, соединенная с коническими шестернями реверсивного редуктора, обеспечивает изменение направления вращения бурового инструмента. От реверсивного редуктора через зубчатую муфту и приводной вертикальный вал вращение передается на три шестерни вращателя. Шпиндель вращателя имеет три скорости. Перемещение вращателя вверх и вниз осуществляется гидроцилиндрами. Шестерня привода лебедки вращает солнечную шестерню, которая находится во вращении с сателлитами. Сателлиты соединены с шестерней внутреннего зацепления, которая является одновременно и тормозным шкивом ленточного тормоза включения привода планетарного механизма. От водила сателлитов вращение может быть передано через зубчатую муфту на барабан лебедки или на кривошип привода ударного механизма. Лебедка также имеет три скорости навивки каната. Работа ударным механизмом производится только на первой скорости.

Буровая установка УРБ-2А2 предназначена для вращательного бурения долотами и твердосплавными коронками.

Все механизмы, входящие в установку (рис.8), в том числе раздаточная коробка, передающая вращение от ходового двигателя автомобиля, буровой насос НБ-32 или компрессор КТ-7, мачта с кронблоком, подвижным вращателем и одноцилиндровым гидроподъемником двустороннего действия, пульт управления механизмами установки, масляные баки для обеспечения маслом гидросистемы буровой установки смонтированы на раме, закрепленной на шасси автомобиля ЗИЛ-131.

Рис. 8. Буровая установка УРБ-2А2.

А - вид сбоку; б - вид сверху; 1- коробка отбора мощности; 2 - цилиндр подъема мачты; 3 - вращатель; 4 - пульт управления; 5 - элеватор для труб и патрон для шнеков; б-автомобиль; 7-мачта; 5 - талевая система; 9 - рама; 10 - установки бурового насоса и компрессора; 11 - гидродомкрат подачи; 12 - раздаточная коробка; 13 - обвязка гидросистемы; 14 - каретка; 15 - опорный домкрат.

Буровой установке придается двуосный прицеп для перевозки труб, шнеков и инструмента. На нем установлен консольно-поворотный кран для погрузочно-разгрузочных работ.

Установка имеет подвижный вращатель, который используется в процессе бурения, наращивания инструмента без отрыва его от забоя и выполняет совместно с гидроподъемником работу по спуско-подъему инструмента и принудительную подачу его на забой. Кинематика и мощность вращателя обеспечивают также свинчивание и развинчивание бурильных труб, благодаря чему отпадает необходимость в специальных механизмах для этой цели.

Вращение от ходового двигателя автомобиля при n = 1800 об/мин через коробку передач, раздаточную коробку автомобиля с помощью карданных валов передается на раздаточную коробку буровой установки.

На установке имеется аварийный ручной маслонасос, позволяющий перемещать вращатель и укладывать мачту. С помощью манометров на нагнетательной линии можно судить о крутящем моменте и осевой нагрузке на забой.

Вращатель представляет собой трехскоростную коробку с цилиндрической прямозубой передачей в стальном литом корпусе. С пульта управления можно изменять и реверсировать на каждой передаче частоту вращения шпинделя от нуля домаксимума за счет дросселирования жидкости, подводимой к гидродвигателю вращателя.

Для бурения с промывкой и продувкой шпиндель выполнен полым. На верхний конец его насажен сальник-вертлюг и прикреплен к крыше корпуса вращателя. На нижний конец шпинделя на шлицевой посадке насажен шарнирный элеватор или патрон (при бурении шнеками), которые крепятся к крышке корпуса полухомутами.

Мачта установки - сварная из труб-швеллеров. Она опирается на опоры, установленные на раме, и шарнирно на них закреплена. Подъем и опускание мачты осуществляются гидроцилиндром.

С помощью установки УРБ-2А2 можно бурить с очисткой забоя промывочной жидкостью или продувкой забоя, для чего на установке монтируется буровой насос или компрессор, а в благоприятных условиях можно бурить шнековым способом.

Общие сведения о буровой установке УГБ-ВСГ.

Установка УГБ-1ВСГ предназначена для бурения гидрогеологических и инженерно-геологических скважин, а также для бурения шурфов шнековым, медленновращательным и колонковым (всухую) способами. Установка разработана СКВ ПО "Геомаш" для замены установки УГБ-50М.

Техническая характеристика установки УГБ-1ВСГ

Номинальная глубина бурения, м:

Шнековым способом .................................50

Медленновращательным способом (шурфы).............................12

Колонковым способом "всухую" ..................................50

Начальный диаметр скважины: шнековый ....................................... 180

медленновращательный шурфов......... 650

колонковый всухую..........................151

Частота вращения инструмента: ...............40; 80; 100; 140; 200 об/мин

Скорость перемещения вращателя: вверх...................... 0 - 0,4 м/сек

вниз .............................. 0 - 0,9 м/сек

Способ подъема (опускания) мачты: с помощью гидроцилиндров

Тип лебедки: фрикционная

Тип привода станка: дизель Д65Н

Шасси: автомобиль ГАЗ 66-02

Масса буровой установки........................................ 6190 кг

Максимальная скорость .................................... 50 км/час асфальт

25 км/час грунт (бездорожье) Длина установки в транспортном положении:....................... 6950 мм

Ширина.................................................................. 2345 мм

Высота .................................................................. 2640 мм

Установка УГБ-1ВСГ выпущена в виде опытных образцов. Она комплектуется прицепом, буровым инструментом, индивидуальным комплектом запасных частей и принадлежностей.

Установка разведочного бурения УРБ - 2М.

Установка разведочного бурения предназначена для бурения геологоразведочных и структурно-поисковых скважин глубиной до 300 метров комбинированным способом с использованием шнеков, шарошечных долот и пневмоударников. Бурение может производиться с продувкой, с промывкой и возможностью погружения в скважину обсадных труб. Эксплуатация машины допускается в районах с умеренным климатом в интервале температур окружающего воздуха - 40°, до + 40°С.

Основные технические характеристики машины.

Наименование показателей Значение

Базовая машинаШасси автомобиля Урал 4320

Глубина бурения, м, не менее:

- шнеками 20 - долотом с продувкой 30 - долотом с промывкой 100 - пневмоударником 300

Угол бурения, град 45..105

Тип привода:

Компрессораавтономный дизель

Насоса промывочногомеханический

Остальных узлов установкигидравлический

Частота вращения бурового инструмента, с-1 (об/мин)0-2,2;(0-130)

Крутящий момент на буровом инструменте, Н-м,(кгс-м)не менее3920 (400)

Усилие на буровом инструменте, кН, (кг), не менее

- при заглублении49 (5000)

- при выглублении68,6 (7000)

Диаметр буровых труб, мм, не более 93

Длина буровых труб, м, не более 6,0

Диаметр бурения, мм, не более:

Шнеками 300

- долотом с промывкой 118 - долотом с продувкой 118 - пневмоударником 93

Техническая производительность при бурении, м/час, не менее:

- шнеком ш 300 мм 20 - пневмоударником 15 - шарошечным долотом 10

Наличие "плавающего режима" бурения (подача от веса составных частей каретки) имеется

Скорость подъема бурового инструмента, м/с, не менее 1,25

Ход каретки с вращателем, м, не менее 4,8

Высота подъема грузового крюка, м, не менее 7,5

Габаритные размеры машины в транспортном положении, мм, не более

Длина 10000

Ширина 2500

Высота 3950

Масса полная, кг, не более 20000

Преодолеваемый уклон в транспортном положении, град, не более

- поперечный 10 - продольный 20

Максимальная допускаемая скорость передвижения (транспортная), м/с (км/час) 13,9 (50)

Обслуживающий персонал, чел. 2

Удельный расход топлива в режиме бурения, дм3/ч, не более 17

Основные показатели надежности машины приведены в табл. 5

Таблица 5

Наименование показателей	Значение
Ресурс до первого капитального ремонта, ч, не менее	6800
Наработка на отказ, ч, не менее	160
Коэффициент технического использования	0,85

Периодичность технического обслуживания машины приведены в табл. 6.

Таблица 6

Вид технического обслуживания

Периодичность выполнения, ч

Техническое обслуживание №1 (ТО - 1) 60

Техническое обслуживание №2 (ТО - 2) 240

Сезонное обслуживание (СО)

Проводится при переходе к осеннее-зимней и весеннее-летней экспл.

60 240

Проводится при переходе к осенне-зимней и весенне-летней эксплуатации

Обобщенная схема выбора оборудования при бурении скважины - Буровые установки

Похожие статьи