книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

На рис. 232 показан общий вид станка СБО-2. На раме гусенич­ ной тележки 1 установлен кузов 2 с опорным кронштейном 5 для шарнирного крепления мачты 4, подъем и опускание которой про­

Во время работы горелка охлаждающей водой, заполняющей пространство между корпусом горелки и чехлом. Некоторая часть воды выходит из горелки в скважину, где, испаряясь, усиливает

Рис. 234. Реактивная горелка для термиче­ ского бурения.

головка камеры сгорания; 7 — форсунка; 8 — камера сгорания; 9 — сопловая крышка; 10 — башмак.

газовый поток, выносящий из скважины продукты разрушения. При бурении горелка вместе с рабочей трубой может вращаться со скоростью от 0 до 80 об/мин. Перспективны конструкции горелок, у которых вращательное движение имеет только днище, использу­

ющее для этого реактивную силу вытекающих газов.

Недостатком современных конструкций термореактивных горе­

Хорошие результаты дала горелка с ультразвуковыми устрой­ ствами, установленными на выходных участках каналов газового окислителя. Испытание подобной конструкции подтвердило значи­ тельное повышение полноты сгорания и ускорения процесса окис­ ления.

Повышение полноты сгорания также может быть достигнуто за счет ввода в зону реакции окисления катализирующих и стиму­ лирующих веществ.

Перспективной является конструкция термического станка с гиб­ ким рабочим органом (шлангом с тремя каналами). Такой станок может бурить скважины глубиной до 100 м.

Показатели термического бурения таковы:

Кроме станков, работающих на кислороде и керосине, в настоя­ щее время испытываются станки, в которых в качестве основных компонентов горючего и окислителя используются бензин и сжатый воздух.

Термобурение малоэффективно в породах пластичных, трещино­ ватых и нарушенных, невысокой крепости, вызывающих хотя бы частичное расплавление.

§ 2. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ БЕСТРУБНОГО КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ В ЛЕДНИКОВЫХ ПОКРОВАХ

За последние годы значительно усилилось изучение и исследова­ ние ледниковых покровов Антарктиды, Гренландии и других поляр­ ных островов. При этом возникла необходимость получения образ­ цов льда с больших глубин и пересечения всей толщи ледникового покрова, мощность которого в Антарктиде местами достигает несколь­ ких километров.

Колонковое бурение обычными механическими способами в лед­ никовых покровах оказалось малоэффективным.

Для колонкового бурения во льду разработан электротермический способ бурения.

Общий вид электротермобура показан на рис. 235.

компонента (рис. 237). Далее ампула движется к метательному соплу, за время подхода к которому оба компонента смешиваются и обра­ зуют взрывчатое вещество. Разрушенная порода вымывается с забоя потоком промывочной жидкости. В метательном сопле ампула за счет сужения канала для прохода промывочной жидкости набирает необходи­ мую скорость для обеспе­

ампулы и ликвидации взрывчатого вещества путем растворения его

впромывочной жидкости.

Впроцессе выпуска группы ампул буровой инструмент остается

неподвижным и забой с каждым взрывом удаляется от торца мета­ тельного сопла на предельно допустимое по условиям рассеивания ампул расстояние.

После выпуска группы ампул, за счет наличия минутной паузы, бурильщик опускает метательное сопло до момента контакта

последнего с поверхностью забоя и после этого поднимает весь ин­ струмент на минимально допустимую (по условиям безопасности действия гидравлической ударной волны, идущей от заряда ВВ) высоту над поверхностью забоя и ждет сработки всех зарядов в оче­ редной группе. После этого процесс повторяется.

Следует учитывать, что средняя эффективность единичного взрыва в затопленных скважинах убывает примерно по экспоненциальному закону и стоимость 1 м проходки будет расти соответственно увели­ чению глубины. Так, например, если на глубинах до 1000 м эффек­ тивность единичного взрыва составляет 10—15 мм, то на глубине 2000 м она составляет всего лишь 4—5 мм для заряда взрывчатого вещества весом 50 г, формирующего ствол скважины диаметром около 300 мм.

В связи со сказанным значительный интерес представляет взрывобурение с продувкой воздухом там, где возможность его применения будет допускаться геологической обстановкой. Основанием для такого утверждения являются результаты испытаний, проведенных по ВНИИБТ, которые показали, что ствол скважины диаметром 200 мм формируется зарядами твердого ВВ весом в 300 г и при средней проходке за взрыв 40 мм; на 1 м проходки расходуется 25—28 заря­

ствол скважины имеет форму, очень близкую к гладкому цилиндру, гранулометрический состав шлама благоприятен для его транспор­

Установлено, что при давлении гидроструи около 200 кгс/см2 возможно успешное разрушение некоторых групп песчаников, известняков и других пород небольшой крепости.

Исследованиями проф. А. Н. Зеленина была доказана возмож­ ность эффективного разрушения крепких горных пород струей воды при напоре 700—1000 кгс/см2 и сверхзвуковой скорости вылета ее из сопла. Наиболее интенсивное разрушение породы наблюдалось при диаметре струи 0,8—1 мм и расстоянии до породы 40—50 мм. При давлении 2000 кгс/см2 глубина реза была: в граните (/ = 13 -г- -(-16) 30 мм, в мраморе (/ = 8) 74 мм и в известняке (/ = 6) 97 мм. Ёыло отмечено, что глубина реза растет в соответствии с ростом дав­

ления по линейному закону.

Для разрушения горных пород, кроме непрерывной гидроструи, была испытана прерывистая, импульсная струя, выбрасываемая из сопла отдельными порциями. Как было установлено, при давлениях 3000—5000 кгс/см2 и диаметре сопла 2 мм выбрасываемые порции воды обладали кинетической энергией, вполне достаточной для раз­ рушения крепких пород.

В Сибирском отделении АН СССР создана гидравлическая пушкаводомет, выбрасывающая струю воды при давлении более 40 000 кгс/см2. При таких условиях возможно разрушение горных пород самой высокой крепости.

Эрозионное гидромониторное бурение

При эрозионном гидромониторном бурении разрушение породы происходит под действием струй жидкости, содержащей абразив­

при перепаде давления порядка 350 кгс/см2.

Для уменьшения гидравлических потерь должны применяться бурильные трубы большого диаметра с широкими проходными отвер­ стиями соединений.

При эрозионном бурении скорость проходки не зависит от на­ грузки на долото (головку).

Для удержания гидромониторной головки в контакте с забоем удельная нагрузка не должна превышать 50 кг на 25 мм диаметра головки.

Скорость вращения рекомендуется в пределах 30—60 об/мин.

Выходящая из скважины жидкость тщательно очищается от породного шлама с оставлением в ней абразивного материала.

По имеющимся промысловым данным, скорость проходки в креп­ ких породах при эрозионном гидромониторном бурении достигала 18 м/ч, тогда как при роторном бурении она была всего 6 м/ч.

Для получения необходимого давления (до 500 кгс/см2) были применены насосы, используемые для гидравлического разрыва пластов и цементирования глубоких скважин.

Современные достижения в области физики породили серию новых методов разрушения горных пород, основанных на исполь­ зовании явления пробоя изоляторов, магнитострикционного эффекта, гидромониторного действия струи, создания термических напряже­ ний на поверхности забоя и на границах раздела кисталлов и цемен­ тирующей связки внутри массива разрушаемой породы, перевода породы в другое фазовое состояние и др.

Для использования явления пробоя изоляторов была использована установка, состоящая из источника питания постоянного тока и батареи конденсаторов, обеспечивающей получение разряда высо­ кого потенциала между двумя электродами, разделенными разру­ шаемой породой или жидкостью. Если омическое сопротивление жидкости меньше, чем сопротивление породы, разряд идет через жидкость, причем возникающая в канале разряда цилиндрическая ударная волна воздействует на поверхность забоя подобно взрыву.

что возможно при большем сопротивлении жидкости, заполняющей скважину, чем сопротивление породы.

При этом возникающая в канале разряда ударная волна будет заставлять породу работать на отрыв от поверхности забоя. Учитывая, что все породы практически анизотропны и обладают прочностью на разрыв в 13—25 раз меньше, чем на сжатие, удельная затрата энергии для этого случая будет мала и процесс разрушения будет идти при высоком коэффициенте полезного действия.

Получение ударных импульсов на поверхности забоя возможно за счет захлопывания вакуумной полости, создаваемой различными путями искусственно на границе раздела двух сред (промывочная жидкость — порода). Вакуумная полость может быть создана, напри­ мер, при изменении размеров магнитострикционного элемента, уста­ новленного на поверхность забоя, со скоростью, превосходящей критическую скорость истечения жидкости в пустоту. Это можно осуществить при наличии колебательного контура, обеспечивающего получение ультразвуковых частот порядка 15 кГц. При этом коли­ чество выделяющейся энергии будет прямо пропорционально вели­ чине гидростатического давления.

Источником плазмы является плазмотрон, называемый иногда электродуговой плазменной головкой. Создаваемая плазмотроном плазменная струя обладает большим диапазоном различных техно­ логических свойств, зависящих от температуры и скорости истечения плазменной струи, параметров электрического тока, материала электродов, свойств подаваемого газа, а также от физических качеств

обрабатываемого объекта. На рис. 239 показа­ на принципиальная схема плазмотрона. Плазменная

разряда 4 между электродом 1 и электродом 5. Первый электрод выполняется в виде стержня, второй — в виде диска с отверстием (соплом). Электроды друг от друга изолированы. Диаметр отверстия канала должен соответствовать диаметру столба дуги. Через канал вдоль электрической дуги, со стороны первого электрода, проду­ вается газ по направлению к соплу. Проходя через столб разряда электродуги, газ ионизируется, образуя плазменную струю, выхо­ дящую из сопла в виде ярко светящегося факела 6.

Газ, менее ионизированный и с пониженной температурой, обволакивает столб электродуги, изолируя стенки канала и сопла от теплового воздействия плазменной струи.

Мощность плазменной струи и напряжение электродуги регули­ руются за счет подачи электрода 1 в канал.