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

При работе электроды и корпус плазмотрона охлаждаются водяным или газовым потоком, омывающим их. Одновременно происходит охлаждение наружных областей электродуги, что, сни­ жая ионизацию газа и токопроводимость, вызывает кумуляцию энергии дугового разряда в тонкой центральной части дуги. Обжатие происходит также за счет действия собственного электромагнитного поля, создаваемого током заряженных частиц в плазме.

Термическое и магнитное обжатие плазменной струи вызывает

до 16 650 СС, могут проходиться любые породы. Плазма образуется при прохождении электрического тока через поток гелия или аргона, пропускаемого между электродами со скоростью 183—7330 м/с. Для получения плазмы достаточно напряжение 10—500 В и сила тока 100—1000 А. Только 60—80% подводимой энергии поступает в дугу. Остальная выносится с водой, охлаждающей электроды, температура плавления которых 3000—3600 °С. Породе передается около 50% энергии плазмы, в связи с чем общий к. и. д. плазменного бура 30—40%.

В проекте бура (рис. 240) напряжение на электродах 300 В, сила тока 50 А, выходная мощность 105 кВт. Электрический к. и. д.

температуры плазменной струи вначале вызывает резкое увеличение интенсивности разрушения пород и достигает максимума при 4300— 4800 °К. Дальнейшее увеличение температуры приводит к расплав­ лению. Энергоемкость плазменного разрушения горных пород ниже,

Термомеханический способ разрушения горных пород является комплексным. Порода подвергается целенаправленному нагреву для обеспечения разрушения ее механическим способом. При нагреве прочностные показатели почти всех материалов, в том числе и гор- #ных пород, можно значительно понизить.

Нагрев забоя скважины должен производиться с помощью источ­ ника, нагревающего породу до заданной температуры в самые корот­ кие отрезки времени. Наиболее подходящими для этого являются источники с прямым нагревом: горелки на жидком и газообразном горючем с активными окислителями, электронагреватели, а также аппараты, создающие нагрев породы забоя за счет трения.

Разрушение подогретых пород забоя скважины можно произво­ дить любым из механических способов бурения — ударным, ударно­ вращательным и вращательным.

При ударном и ударно-вращательном термомеханическом бурении можно применить различные гидравлические или пневматические погружные ударники.

При вращательном термомеханическом бурении инструментом, наиболее соответствующим условиям работы, являются шарошечные долота, армированные зубками сплава ВК-15.

При проведении экспериментальных работ по термомеханическому

были применены погружные перфораторы с бензовоздушной горелкой. Скорости бурения, полученные при испытаниях, в несколько раз превышали скорость бурения каж­

дого механизма в отдельности. Разработанный институтом Гип-

рорудмаш опытный станок термоша­ рошечного бурения при испытаниях подтвердил эффективность термоме­ ханических способов бурения. Шаро­ шечное долото при бурении с подо­ гревом забоя скважины обеспечило увеличение скорости бурения более чем в 3 раза.

чение 4—4,5 месяца снаряд может достигнуть глубины 30 км. Снаряд (рис. 241) состоит из трех основных частей: цилиндрического корпуса 1, внутри которого размещен ядерный реактор, балласта 2 с устрой­ ством 3 для его освобождения от корпуса и поплавковой части 4, обе­ спечивающей всплытие снаряда в расплавленной магме после освобо­ ждения его от балласта. Корпус снаряда покрыт теплоизоляционной оболочкой внутри которой располагаются датчики давления, темпера­ туры, вязкости, а также устройство для опробования проходимых

пород. Кроме того, в корпусе размещается мощный низкочастотный радиопередатчик, обеспечивающий передачу необходимой инфор­ мации на земную поверхность.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Снаряд опускается в предварительно пройденную скважину, после чего включается в работу ядерный реактор. Благодаря термоизолирующей оболочке корпуса снаряда тепловая энергия, выделяющаяся при ядерной реакции, направляется на забой скважины. Расплавляя нижележащие пласты горных пород, снаряд погружается в недра. При этом расплавленная порода над снарядом постепенно отверде­ вает. В процессе погружения снаряда производится опробование пород. При достижении заданной глубины автоматически срабаты­ вает устройство, освобождающее балласт, и снаряд всплывает в расп­ лавленной породе до тех пор, пока его верхняя часть не достигнет отвердевших слоев ранее пройденных пород. В результате продол­ жающейся работы ядерного реактора и эффекта всплытия снаряд в дальнейшем расплавляет отвердевшие слои ранее прой­ денных пород и постепенно поднимается на поверхность.

Ядерный реактор обеспечивает получение температуры 1100 °С, что соответствует температуре плавления большинства горных пород.

По предварительным расчетам, глубина ~30 км может быть достигнута менее чем за полгода.

Каждая буровая установка обслуживается (в смене) бурильщиком (сменным мастером), помощником бурильщика и, при глубоком бурении, верховым буровым рабочим. При бурении скважины боль­ шого диаметра (150 мм и более) и в сложных геологических условиях в сменную буровую бригаду может быть введен дополнительно рабочий для заготовки специального глинистого раствора и других подсобных работ. Работа при колонковом бурении, как правило, ведется в три смены. Старший буровой мастер обычно руководит бурением двух скважин, при глубоком бурении — одной. Руковод­ ство пятью—шестью единовременно работающими вышками возла­ гается на производителя буровых работ (прораба). Каждую группу скважин (3—5) обслуживают посменно четыре коллектора, возглав­ ляемых старшим коллектором, на которых возложена обязанность документировать керн и шлам.

При беспрерывной работе каждый станок обслуживают четыре сменные бригады, обычно они работают по 8 ч в смену (табл. 41).

При таких графиках буровые бригады работают по 8 ч в 1 смену, но заняты 42 часа в неделю (вместо 41 часа). Во время переноса вышек, когда работа идет в 1—2 смены, они получают отгул.

Большое значение для нормального ведения буровых работ имеет автотракторный транспорт, необходимый для доставки к месту работы людей, оборудования, материалов, воды, глинистого раствора и топлива.

Для ускорения и облегчения монтажно-демонтажных работ при перестановке буровых вышек должны применяться автокраны. При комплектовании буровой партии и экспедиции необходимо по возможности подбирать однотипное оборудование для облегчения его ремонта и обслуживания.

Современные разведочные партии и экспедиции насыщены раз­ личным оборудованием и механическим транспортом. Без хорошо организованной ремонтной службы нельзя обеспечить нормальную экслуатацию и обслуживание всех технических средств. Поэтому еще до начала буровых работ следует позаботиться о создании необ­ ходимого запаса быстроизнашивающихся деталей к буровому обо­

планово-предупредительного ремонта. В ремонтных мастерских дол­ жен быть комплект металлообрабатывающих станков для нарезки труб, для токарных, фрезерных, сверлильных работ и для расточки цилиндров. Также необходимо иметь оборудование для сварочных работ и станки для высадки концов бурильных труб.

График планово-предупредительных ремонтов составляется так, чтобы текущий и средний ремонты бурового оборудования и меха­ низмов производились преимущественно в периоды переноса буро­ вых установок с одного места на другое или во время простоев после цементирования скважины.

Для того чтобы обеспечить постоянную работоспособность обо­ рудования, обслуживающий персонал обязан производить профи­ лактические осмотры, смазку, чистку и своевременно устранять даже незначительные дефекты, выявленные при осмотре. Периодич­ ность смазки, осмотров и ремонтов устанавливается в зависимости от вида оборудования и условий его эксплуатации.

До начала проходки скважины буровой бригаде выдается геолого­ технический наряд, в котором указывается геологический разрез, конструкция скважины или группы скважин, рекомендуются для определенных пород породоразрушающие инструменты, наиболее подходящие режимы бурения, количество и качество промывочной жидкости. Кроме того, в геолого-техническом наряде дается проект­ ный график строительства скважины, начиная от планировки пло­ щадки и кончая ликвидацией скважины.

Проектный график разрабатывается в соответствии с существу­ ющими нормами и намеченными мероприятиями по повышению про­ изводительности.

§ 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ПРИ КОЛОНКОВОМ БУРЕНИИ

Производительность буровой установки зависит от механической скорости бурения, глубины скважины и величины проходки за рейс.

Полное время, потребное для углубления скважины на 1 м,

Гі==1Г + 1 + y-4-П, (127)

где а — буримость породы, т. е. проходка за час чистого бурения, в м/ч (см. табл. 3); L — глубина скважины в м; I — проходка за один рейс в м; h — длина свечи в м; t x — время на спуск одной свечи в мин; 12 — время на подъем одной свечи в мин; t 3 — время на вспо­ могательные операции, сопутствующие каждому рейсу, в мин;

— время на операции, сопровождающие каждый метр углубления скважины, в мин.

К t 3относятся следующие операции: постановка коронки на забой с промывкой и вращением, промывка скважины перед подъемом, заклинивание керна, отвод шпинделя в начале подъема, подвод его к скважине в конце спуска, проверка тормозных устройств, каната, блоков, крюков.

K t4 относятся: а) перехват шпинделя из нижнего положения

вверхнее и б) наращивание бурильной трубы. Проходка за смену будет

где Гсм — число минут в смене (для семичасовой смены равно 420 мин); t à — время, необходимое для профилактического осмотра и смазки механизмов буровой установки, во время которого согласно правилам по технике безопасности буровая установка должна останавливаться.

Время t %увеличивается потому, что длинные, тяжелые колонны поднимаются с меньшими скоростями, t 3 увеличивается с глубиной скважины потому, что и при большой глубине скважины следует удлинять время промывки перед постановкой коронки на забой и перед началом подъема; также увеличивается время на заклини­ вание керна.

Время t4, которое затрачивается на подъем шпинделя и наращива­ ние штанг, особенно сказывается при проходке по породам I—IV категорий, которые бурятся с большой механической скоростью.

Для сокращения времени* Д рекомендуется переходить на бурение с подачей с барабана лебедки рабочей штанги, превосходящей по

величины при соответствующем усилении промывки скважины;

геологических условиях).

Длительность рейса I может быть увеличена путем перехода на бескерновое бурение в породах, не содержащих полезных ископа­ емых и не особенно твердых, или применения длинных колонковых снарядов и медленно затупляющихся коронок. В Донбассе при бурении алмазными коронками длина рейса достигла 8—10 м при полном выходе керна. Однако увеличивать проходку на рейс можно

только до определенного предела, потому что скорость бурения в течение рейса постепенно уменьшается вследствие затупления резцов коронки.

§ 3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Важным эксплуатационным показателем буровой установки яв­ ляется производительность, измеряемая скоростью бурения.

Производительность при бурении характеризуется механической, рейсовой, технической, коммерческой и цикловой скоростями буре­ ния.

где Ір — проходка скважины за рейс в м. Величина Ір тем больше, чем больше стойкость рабочих элементов породоразрушающего инструмента, выполняющих непосредственно работу разрушения горной породы на забое, и чем ближе режим бурения к своему опти­

‘ р ~ г г в с п

Вспомогательное время tBcn в часах окладывается из затрат времени на спуско-подъемные и подготовительно-заключительные операции, связанные с бурением. Значение івсп тем меньше, чем больше механизированы и автоматизированы все операции при бурении и чем больше скорости выполнения этих операций; с уве­ личением глубины скважины tECn растет. Степень использования буровой машины определяется коэффициентом ее использования К„

Исследования Е. Ф. Эпштейна, показали, что бурение затупля­ ющимися коронками в относительно однородных породах следует прерывать и начинать подъем инструмента, когда рейсовая скорость ѵр будет равна механической скорости (т. е. скорости бурения перед самым подъемом — ѵк):

рейсу.

Последняя формула справедлива только при бурении в однород­ ных по физико-механическим свойствам породах.