1.2.4. Стандартизация, специализация и унификация

Бурение скважин осуществляется для решения самых разнообразных задач в различных геолого-технических условиях. Все это обуславливает применение различных способов и технологических режимов. Разработка и выпуск оборудования узкого и целевого назначения в таких условиях, несомненно, приводят к его многотипности, а это значительно затрудняет организацию его серийного производства, эксплуатацию, обслуживание и ремонт. В связи с этим вопросы стандартизации и унификации бурового оборудования приобретают важное значение.

Стандартв широком смысле слова – образец, эталон, модель, принимаемые за исходные для сопоставления с ними других подобных объектов.

Стандартизация – деятельность, заключающаяся в нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники и экономики, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области.

Применение стандарта способствует улучшению качества готовой продукции, повышению производительности труда, уровня унификации, развитию автоматизации производственных процессов, росту эффективности эксплуатации и ремонта изделий.

Стандартизация буровых станков (буровых установок), прежде всего, требует определения их номенклатуры по целевому назначению – станки для геологической съемки, поисков и картирования, для бурения скважин на твердые полезные ископаемые, для инженерно-геологических изысканий и гидрогеологических исследований, бурения разведочных и эксплуатационных скважин на воду, нефть и газ, геофизических исследований, технических (взрывных, кабельных и др.) скважин.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к буровому оборудованию, является хорошая транспортабельность. Особенно это важно при разведке в труднодоступных местах (горная местность, болота и др.). По этому признаку могут быть выделены буровые станки, разборные на отдельные узлы, приспособленные для транспортирования вручную, гужевым и водным транспортом, а также вертолетами. Возможно создание самоходных буровых установок на транспортных базах высокой проходимости.

Способ бурения, определяемый условиями бурения и требованиями к опробованию, требует соответствующих параметров оборудования и, несомненно, влияет на его конструктивный облик. А это в свою очередь требует подразделения бурового оборудования в зависимости от способов бурения.

Однако совпадение или близость параметров позволяет сочетать в одном оборудовании возможность применения нескольких способов бурения. Следовательно, могут быть выделены группы оборудования, предназначенные для одного или нескольких технологических способов (вращательный, ударно-вращательный и др.), т.е. разработан определенный ряд буровых установок для применения в данных горнотехнических условиях. Таким образом, при составлении стандартов бурового оборудования учитывают следующие исходные данные: условия эксплуатации; конструкции буровых скважин; телескоп бурового инструмента; промышленные способы бурения скважин; перспективы развития геологоразведочных работ; достижения отечественного и зарубежного опыта бурового машиностроения.

В целях повышения экономической эффективности бурения скважин от 0 до 3000 метров предусмотрено создание параметрического рядабурового оборудования, отличающихся друг от друга числовыми значениями основных параметров (глубиной бурения, грузоподъемностью, мощностью привода, массой и др.). Стандарты предусматривают использование вращательного и ударно-вращательного способов с применением алмазных, твердосплавных коронок и шарошечных долот.

Параметрический ряд подразделяет все буровые установки на 8 классов и характеризует каждый класс 15-ю значениями параметров.

В качестве главного параметра принята номинальная глубина бурения вертикальных скважин алмазными и твердосплавными коронками. Числовые значения главного параметра для каждого класса установок при построении ряда разбивали на ряды предпочтительных чисел, образующихся по закону геометрической прогрессии.

Основным буровым снарядом для установок 3 - 8-го классов принята стальная бурильная колонна диаметром 50 мм с алмазным породоразрушающим инструментом диаметром 59 мм. Масса 1м такого снаряда (с учетом массы соединительных элементов) для свечей длиной 18,6 – 9,5 м составляет 6,5 – 6,9 кг.

Номинальные геолого-технические условия – бурение скважин в вертикальном направлении при отсутствии интенсивного искривления и сужения ствола, обвалов стенок скважины, поглощений промывочной жидкости.

Мощность станков обеспечивает бурение скважин до проектной глубины частотой вращения до 600 мин^-1. Однако применение легкосплавных бурильных труб позволит увеличить возможную глубину бурения с такой частотой вращения. Стандарт предусматривает применение электрического привода, двигателей внутреннего сгорания, а также гидравлических и пневматических двигателей. В технической характеристике дана мощность только для электродвигателя.

Стандарт предусматривает такие модификации станков типа УКБ: стационарные, самоходные, смонтированные на различных транспортных базах, и передвижные на санях или прицепах. Стационарные подразделяются на блочные, перевозимые отдельными блоками, и разборные (на узлы) для транспортирования в подземных условиях на поверхности.

Стандарт предусматривает наименьшую(для алмазного бурения скважин малого диаметра) инаибольшую(при бурении скважин малого диаметра)подачипромывочной жидкости, промежуточные значения которых могут быть получены путем изменения числа ходов вытеснителя (поршня, плунжера) с помощью коробки передач и применения сменных рабочих элементов (вытеснителей) различных диаметров.

Номинальная гидравлическая мощностьсоответствует сочетанию средних значений подач и давлений нагнетания, по ее величине подбирается двигатель для насоса основной комплектации.Максимальная гидравлическая мощность рассчитана на получение максимального давления при максимальной подаче.

Главным параметром при разработке ряда буровых установок на нефть и газ принята грузоподъемность на крюке.

Основные параметры буровых установок для бурения на твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые приведены в учебной справочной литературе.

Специализация предусматривает выпуск бурового оборудования по отдельным типам, пригодным для конкретных условий бурения. Она ограничивает область применения машины, упрощает ее конструкцию, сокращает массу, снижает стоимость изготовления, повышает производительность труда.

Специализированные установки получают экономически оправданное распространение при массовом производстве. Например, установки шнекового и вибрационного бурения широко применяются при бурении сейсмических, гидрогеологических и инженерно-геологических скважин, т.к. объем бурения достигает значительной величины (десятки миллионов метров). Вполне оправданно создание специализированных установок для разведки россыпных месторождений в прибрежных зонах морей и океанов в связи с широким развитием работ в этом направлении, для бурения геофизических скважин и т.д.

Однако специализация увеличивает разнотипность буровых станков, т.к. они выпускаются небольшими сериями, что вызывает значительные трудности при их эксплуатации – затрудняется освоение бурового оборудования обслуживающим персоналом, ухудшается снабжение запасными частями, нет возможности применять на заводах более сложную технологическую оснастку, что влияет на качество и стоимость изготовления бурового оборудования. Все это отражается на производительности бурения и стоимости проходки скважины.

Конструирование буровых машин и механизмов следует вести таким образом, чтобы их параметры максимально соответствовали технологии того или иного способа бурения и условиям ведения работ. это возможно только при создании унифицированных комплексов.

Подробный анализ стандартов говорит о том, что в пределах каждого типоразмера возможно создание множества разновидностей буровых станков по способам бурения, типу привода, транспортабельности и, как следствие этого, по конструктивному исполнению. Следовательно, стандарты должны рассматриваться как основа для создания унифицированного оборудования.

Унификация – это приведение машин к единой форме или системе. Она получила широкое распространение в машиностроении, так как способствует удешевлению изготовления оборудования, сокращает номенклатуру изделий, упрощает эксплуатацию оборудования и облегчает его освоение и ремонт.

Унифицированная буровая системасостоит из базовой модели и ряда ее отдельных модификаций. Базовая модель – основа комплекса; она предназначена для бурения в самых распространенных условиях с использованием широко применяемых способов бурения.

Для работы в специфических условиях разрабатываются различные модификации базовой установки. Следовательно, несколько типов специализированных станков могут быть заменены одним унифицированным комплексом.

Различают внутритипоразмерную, межтипоразмерную и отраслевую унификацию.

При внутритипоразмернойунификации оборудование в пределах каждого типоразмера по мощности и грузоподъемности разрабатывается в виде агрегатированных комплексов унифицированных узлов и элементов, различные сочетания которых позволяют получить модификации станков с требуемыми параметрами.

Основой такого комплекса является группа узлов привода и трансмиссии, обязательная для всех модификаций, а сменными узлами – пары шестерен или элементы цепных или клиноременных передач, вращатели с различными диапазонами частот вращения и крутящими моментами, проходными отверстиями под бурильные или обсадные трубы, механизмы подачи, лебедки.

Возможно различное исполнение оборудования по транспортабельности – разборный станок может монтироваться на санях в составе передвижной установки или на самоходной транспортной базе.

Создание агрегатированных комплексов унифицированных узлов дает возможность сочетать в одной модификации несколько способов бурения (станки вращательного бурения могут комплектоваться съемными ударными механизмами, а станки ударно-канатного бурения – съемными вращателями).

Межтипоразмернаяунификация заключается в применении одних и тех же деталей и узлов (лебедки, вращатели и др.) в станках смежных типоразмеров. Важным фактором ее применения, как и внутритипоразмерной унификации, является наличие индивидуального гидропривода рабочих органов буровых станков, что позволяет ограничивать приводную мощность с помощью рассчитанных на определенное давление масла предохранительных клапанов гидросистемы.

Межотраслеваяунификация заключается в применении унифицированных узлов и деталей не только в буровом машиностроении, но и в других отраслях промышленности (автомобилестроение, станкостроение, и др.).

Примером межотраслевой унификации могут быть коробки скоростей, муфты сцепления и маслонасосы, сконструированные для автомобилей, но применяемые также в буровых станках (коробки скоростей, главного фрикциона и маслонасоса для привода гидросистемы).

Целесообразность использования в буровых станках автомобильных коробок скоростей очевидна, так как они меньше по габаритам, легче по массе и дешевле специализированных коробок скоростей буровых станков.

Автомобильные коробки скоростей изготавливаются в одном блоке с муфтами сцепления. Это сухие нормально замкнутые фрикционные муфты. По конструктивной схеме они близки к схемам главных фрикционов буровых станков, но легче, качественнее, надежнее в работе и дешевле. Поэтому, применяя автомобильную коробку скоростей, целесообразно использовать в качестве главного фрикциона бурового станка муфту сцепления от того же автомобиля.