Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

ОНИЩИН В.П.

Эксплуаниция и ремонт геологоразведочного оборудования

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2013

УДК 622.243.2 (075.8)

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с обслуживанием, монтажом и ремонтом бурового оборудования. Приведены общие сведения о надежности бурового оборудования. Рассмотрены эксплуатационно-технологические требования, предъявляемые к буровому оборудованию.

Пособие предназначено для студентов специальности, 130102 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых», а также может быть использовано студентами других специальностей горных вузов и слушателей ФПК.

Онищин В.П.

Эксплуатация и ремонт геологоразведочного оборудования. Учеб. пособие / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2013. 114 с.

ISBN 978-5-94211-581-4

УДК 622.243.2 (075.8)

ББК 33.131

I SBN 978-5-94211-581-4

 Национальный минерально-сырьевой     университет «Горный», 2013

1 Основные сведения о буровых установках.

В современных условиях проведения буровых работ принято различать понятия: «буровой станок», «буровой агрегат» и «буровая установка». Под буровым станком понимают собственно машину, предназначенную для бурения скважин, осуществляющую вращение породоразрушающего инструмента, спуск и подъем снаряда в скважину и другие функции [1,5,6,10].

Буровой агрегат – это комплекс основных машин и механизмов, необходимых для бурения скважины. Сюда относятся: собственно буровой станок, приводной двигатель с пусковым устройством, трансмиссия, промывочный насос с приводом, электрогенератор.

Под буровой установкой понимают комплекс наземных сооружений, бурового и энергетического оборудования, необходимый для бурения скважины. В состав комплекса входят: буровой агрегат, вышка (мачта), буровое здание (укрытие), передвижная электростанция и пр.

1. Классификация буровых установок

Буровые установки должны соответствовать климатическим, геологическим и дорожным условиям, а также конструкциям скважины и целям бурения (на твердые полезные ископаемые, на нефть и газ, на воду, выполнение геофизических исследований и др.).

В связи с этими многообразными условиями бурения было разработано три параметрических (размерных) ряда[1,9]:

1. Установки и станки бурения на твердые полезные ископаемые (ГОСТ 29233 – 91) (типа УКБ и СКБ).

2. Установки для бурения гидрогеологических скважин (ГОСТ 28802-90) (типа УГБ).

3. Установки для бурения геофизических и структурно-поисковых скважин (ГОСТ 16151-82) (типа УРБ)

В настоящее время, в условиях рыночной экономики и организаций с малым количеством буровой техники, такое деление во многом потеряло смысл. Установки УРБ и УКБ успешно используются для бурения гидрогеологических скважин на твердые полезные ископаемые.

Целесообразно в качестве основного критерия классификации буровых установок (агрегатов, станков) принять тип вращателя. Для каждого типа вращателя существуют свои характерные типы механизмов подачи и способы передачи мощности исполнительным органам, что и определяет их конструктивные отличия. В таблице 1 представлена классификация по указанному критерию.

Кроме того, буровые установки с подвижным вращателем могут быть разделены на следующие виды:

а) Высокооборотные низкомоментные с частотой вращения до 1500 – 3000 об/мин.

б) Низкооборотные высокомоментные буровые установки с подвижным вращателем с частотой вращения менее 600 об/мин.

в) Среднеоборотные высокомоментные с частотой вращения 600 – 1200 об/мин и крутящим моментом более 200 – 300 даН·м.

Таблица 1.1 Классификация буровых установок (станков, агрегатов).

Тип вращателя	Способ бурения	Тип породоразру-шающего интрумента	Способ очистки забоя от шлама	Транспорта –бельность
Шпиндель – ный	Вращательный Ударно – вращательный Пневмо -ударный	Коронки, шарошечные и лопастные долота	Прямая и обратная промывка, ГЖС, бурение «в сухую»	Стационарные самоходные Передвижные Разборные
Подвижный	Вращательный Ударно-вращательный Пневмо-ударный	Коронки, шарошечные и лопастные долота, спиральные и ложковые буры	Прямая и обратная промывка, ГЖС, шнеки, грунтосом	Самоходные Передвижные Разборные
Роторный	Вращатель–ный Ударно-вращательный Пневмоу –дарный	Коронки, долота	Прямая и обратная промывки. Продувка ГСЖ

Буровые установки каждого типа имеют характерную схему и параметры технических характеристик, определяющие их технологические возможности и области применения.

К началу 2000 г наиболее распространены установки шпиндельного типа, удельный вес которых в буровом парке МПР РФ достигает 40 % и роторные – 33 %. Установки с подвижным вращателем составляют 27 %, хотя следует отметить, что в разработке и на стадии подготовки к производству находится большое количество установок этого типа.

Увеличение количества буровых установок с подвижным вращателем (21 %) объясняется технологическим и эксплуатационными преимуществами этих установок.

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 лебедкой.

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 увеличивают выход керна; незначительные затраты рабочего времени на перекрепление патронов и наращивание снаряда увеличивают скорость бурения.

Основной недостаток шпиндельного вращателя – небольшая длина хода подачи (0,5-0,6 м). Необходимость частных 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, и 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. Буровые установки с подвижным 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 т.д.);

- 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.