ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 290
Скачиваний: 0
При соблюдении неравенства (И) породоразрушающий инстру мент своими лезвиями будет внедряться в породу и при вращении эффективно разрушать забой.
При бурении разрушается не только порода; одновременно происходит износ (затупление) резцов. Поэтому F в процессе буре ния постепенно увеличивается.
Поверхностное разрушение имеет место, когда на контакте лез вий породоразрушающего инструмента с породой возникает напряже
ние меньше прочности породы на вдавливание |
(твердости): |
^ < Р ш . |
(13) |
В этом случае разрушение породы при бурении будет происходить |
|
только вследствие сил трения, возникающих на |
контакте лезвий |
с породой. Этот вид разрушения неэффективен. |
|
Усталостное разрушение породы занимает промежуточное поло |
|
жение между объемным и поверхностным. |
|
Q |
|
При этом первоначально тоже— < р ш. Но в результате много |
|
кратного силового воздействия на породу в ней развивается система микротрещин, поэтому твердость породы забоя постепенно снижается и периодически возникают условия для объемного разрушения.
При бурении с заточенными резцами вначале бывает объемное разрушение, которое вследствие затупления резцов переходит в уста лостное и, наконец, в поверхностное. Надо стремиться производить бурение при объемном разрушении породы и извлекать из скважины породоразрушающий инструмент для его замены на стадии усталост ного разрушения.
Влияние глубины залегания пород. С увеличением глубины залегания физико-механические свойства пород могут изменяться. Это объясняется тем, что породы, залегающие на большой глубине, подвергаются значительному всестороннему сжатию, вызванному геостатическим давлением.
На глубине 10 000 м при уп = 2,5 геостатическое давление дости гает величины
°.= J0000_ 2,5 = 2500 кгс/см2.
Под влиянием всестороннего сжатия происходит уплотнение пород. Наибольшее уплотнение пористых пород (уп от 2,0 до 2,5 гс/см3) происходит до глубины залегания -—1500 м.
Уплотнение породы сопровождается снижением ее буримости. Следует указать, что порода высокой твердости (с р ш )> 300 кгс/мм2) мало изменяет свои механические свойства под влиянием высоких давлений и температур, имеющих место на больших глу
бинах.
Наоборот, осадочные породы невысокой твердости и плотности на больших глубинах под влиянием высоких давлений и температуры
уплотняются и твердость их может увеличиться в 3—4 раза, в соот ветствии с чем изменится и их буримость.
В недрах земли породы, находясь в состоянии всестороннего сжатия, приобретают упруго-пластичные свойства. Проведение буро вых скважин вызывает нарушение этого равновесия. В стенках горных выработок возможно саморазрушение пород в силу действия касательных напряжений, если последние превышают предел проч ности горных пород на скалывание, сдвиг и др.
При бурении с промывкой в скважине имеет место гидростати
ческое давление, величина которого равна |
|
|
|
Рг. с = "JQ" Ѵж> |
(^ ) |
гДе Ѵж — удельный |
вес промывочного агента; |
Н — вертикальная |
глубина скважины, |
м. |
|
Давление, создаваемое столбом промывочной жидкости, с одной стороны поддерживает стенки скважины от обрушения, а с другой — затрудняет разрушение пород при бурении.
Следовательно, давление столба промывочной жидкости оказывает отрицательное влияние на механическую скорость бурения.
Если заменить глинистый раствор водой, скорость бурения уве личивается на 20—30%. Еще большее увеличение (в 2—5 раз) ско рости бурения дает замена промывочной жидкости газом. С увели чением глубины бурения такая замена должна дать особенно ощу тимые результаты.
БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ
СКВАЖИН
§ і. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Скважины глубиной до 50—60 м получили наибольшее распро странение при проведении геолого-поисковых работ, поисках цвет ных и редких металлов, разведке строительных материалов, сейсми ческой разведке, инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях, а также при сооружении эксплуатационных скважин па воду. Диаметры скважин определяются необходимым весом проб, требованиями по сохранности естественной структуры и текстуры извлеченных проб, а также существенно зависят от совершенства применяемой техники отбора образцов породы.
Для колонкового бурения с промывкой (алмазами и твердыми сплавами) при разведке некоторых видов твердых полезных ископае мых ВИТР 1 рекомендует в качестве основного диаметра скважин 59 -¥■ 93 мм.
При разведке некоторых видов химического сырья и стройматериа лов бурятся скважины диаметром 93 -=- 200 мм.
Разведка россыпных месторождений золота и платины прово дится скважинами диаметром 150 -=- 200 мм при условии проверки данных бурения шурфовочными работами.
При инженерно-геологических исследованиях в основном бурятся скважины диаметром 200—90 мм.
При гидрогеологических изысканиях диаметры скважин опре деляются существующими конструкциями приборов и водоподъем ного оборудования и колеблются в пределах 76—214 мм.
Диаметры эксплуатационных скважин на воду определяются требуемой продуктивностью скважины и обычно не менее 200—250 мм.
Основная масса этих скважин бурится в перемежающихся поро дах рыхлых, мягких и средней крепости. Часто бурение производится
1 Всесоюзный институт методики и техники разведки МГ СССР.
|
Рис. |
4. |
Схема ус |
|||
|
тановки |
для |
руч |
|||
|
|
ного |
бурения, |
|||
|
а, |
б — вращательно |
||||
— 16 |
го; |
в, |
г |
— ударного: |
||
1 — копер |
треногий; |
|||||
|
2 — лебедка ручная; |
|||||
|
2 а — лебедка |
при |
||||
|
водная; |
3 — подвес |
||||
|
ной блок; |
4 — фар- |
||||
|
штуль; |
5 — штанги |
||||
|
(бурильные |
трубы); |
||||
|
6 — хомут |
поворот |
||||
|
ный; 7 — хомут труб |
|||||
|
ный; |
8 — обсадные |
||||
|
трубы; |
|
9 — ложка; |
|||
|
10 — долото; |
11 — |
||||
|
балансир; 12 — проб |
|||||
|
ка вертлюжная; 13 — |
|||||
|
полати; |
14 — змее |
||||
|
вик; |
15 — желонка |
||||
|
с плоским клапаном, |
|||||
|
16 — желонка |
с ш а |
||||
|
ровым |
|
|
клапаном; |
||
|
17 — крюк; 18 — ка |
|||||
|
|
|
|
нат. |
|
|
в песчано-глинистых грунтах, содержащих гравий, гальку и валуны. Породы эти склонны к обрушению. Поэтому в процессе углубки скважины необходимо закреплять ее ствол обсадными трубами. Скважина имеет в этом случае одно-, двух- и трехколонную конструк цию, а начальный диаметр бурения значительно превышает необхо димый конечный диаметр скважины.
Еще лет двадцать тому назад неглубокие скважины бурились в основном вручную, главным образом медленно-вращательным способом:
а) в вязких глинистых грунтах — спиральными бурами (змееви ками) (рис. 4, а);
б) в песках и суглинках — ложковыми бурами (рис. 4, а и б). Крепкие прослои и валуны пробуривались ударным способом —
долотом (рис. 4, в).
Чистка скважины от разрушенной долотом породы осуществлялась желонками (рис. 4, г). Последними производилось так же бурение
впесках и плывунах.
Внастоящее время бурение неглубоких скважин механизировано. Породы, залегающие неглубоко от поверхности, отличаются
разнообразием своих механических свойств. Поэтому для бурения неглубоких скважин применяют различные типы буровых станков, отличающихся друг от друга способом разрушения породы и техно
логией бурения.
По способам разрушения породы забоя можно выделить следую щие основные группы буровых установок для неглубокого разведоч ного бурения:
1)легкие установки ударно-канатного бурения с помощью забив ных стаканов и грунтоносов;
2)установки для вращательного беспромывочного бурения с транс портированием разрушенной породы с забоя на поверхность шнеко вой колонной (шнековое бурение);
3)установки вибрационного и виброударного бурения;
4)установки для комбинированного ударно-вращательного бу
рения; 5) установки для бурения в мягких породах методом задавлива-
ния при пенетрационно-каротажном исследовании грунтов.
Кроме того, для бурения неглубоких скважин в крепких породах используется колонковое вращательное бурение с промывкой. Этот способ рассмотрен в главах, посвященных колонковому бурению.
§2. УДАРНО-КАНАТНОЕ БУРЕНИЕ СТАКАНАМИ И ГРУНТОНОСАМИ
При бурении скважин глубиной до 30 м в породах рыхлых и сыпу чих распространение получила одна из разновидностей ударно канатного бурения: бурение с применением специального инстру мента (забивных стаканов, ударных гильз, желонок), обеспечивающего одновременное разрушение породы по кольцу на забое и извлечение на поверхность разрушенной породы и образцов с малонарушенной
структурой. Легкие буровые установки, работающие по данному методу, имеют простую конструкцию. Основной рабочий орган этих установок — планетарная или фрикционная лебедка грузоподъем ностью 500—700 кг при скорости навивки каната на барабан 0,5— 1,2 м/с. Привод лебедки осуществляется от двигателя внутреннего
сгорания мощностью 6—8 л. с. Установки |
комплектуются легкой |
|||||||
ц |
мачтой или треногой высотой |
|||||||
|
3 -г 6 м. Специального удар |
|||||||
|
ного |
механизма |
эти |
уста |
||||
|
новки, |
как |
правило, |
не |
||||
|
имеют. |
|
|
|
установки |
|||
|
Компонуются |
|||||||
|
в виде |
одноосного прицепа |
||||||
|
на пневматических |
шинах |
и |
|||||
|
транспортируются автомаши |
|||||||
|
ной или |
даже |
мотоциклом, |
|||||
|
а в стесненных условиях на |
|||||||
|
короткое расстояние — вруч |
|||||||
|
ную. |
Общий |
вес установок |
|||||
|
колеблется |
в |
пределах |
от |
||||
|
250 до 1200 кг. |
установки |
||||||
|
Все |
буровые |
||||||
|
обслуживаются буровой бри |
|||||||
|
гадой, состоящей из двух че |
|||||||
|
ловек, и только при бурении |
|||||||
|
с одновременным креплением |
|||||||
|
обсадными |
трубами |
состав |
|||||
|
бригады |
увеличивается |
до |
|||||
|
трех |
человек. |
В |
настоящее |
||||
|
время |
в эксплуатации |
нахо |
|||||
|
дится |
около |
десятка |
типов |
||||
|
установок этого класса. Наи |
|||||||
Рис. 5. Установка Д-5-25 для ударно-ка- |
более |
распространен ные |
из |
|||||
натного бурения забивными стаканами и |
них |
это |
установки Д-5-25, |
|||||
грунтоносами. |
БУКС-ЛГТ, |
|
УБП-15М, |
|||||
БУВ-1Б.
Буровая установка Д-5-25 конструкции Днепрогипротранс (рис. 5) предназначена для бурения скважин глубиной до 25 м диаметром
не более 145 мм. Установка оснащена |
лебедкой |
грузоподъемностью |
||
500 кг |
со скоростью навивки каната |
на |
барабан ~ 1 м/с, мачтой |
|
высотой |
4,5 м и бензиновым двигателем |
УД-2 |
мощностью 8 л. с. |
|
Установка скомпонована в виде одноосного прицепа на пневмати ческих колесах от автомашины ГАЗ-69. Общий вес установки 370 кг.
Технология бурения скважин на установках подобного типа сводится к следующему. Буровой снаряд (рис. 5), состоящий из ударного стакана (гильзы) 1 и ударной штанги 2, подвешивается на канате 3. Канат огибает ролик 4 на вершине мачты 5 и закрепляется на барабане лебедки 7, приводимой от двигателя 6. Бурильщик