книги / Справочник механика по геологоразведочному бурению

В в е д е н и е

Важнейшими средствами повышения производительности буровых работ являются оснащение геологоразведочных организаций новой высокоэффектив­ ной техникой и обеспечение условий для ее нормальной эксплуатации.

Правильный выбор оборудования, своевременный его ремонт, изготовле­ ние запасных частей, доставка к месту работ необходимого инструмента, труб,

от которых в значительной степени зависит успешное выполнение буровых работ геологоразведочными организациями.

В настоящее время буровые работы проводят редко без создания собственной: производственной базы, в особенности при значительном удалении места работ от населенных пунктов. Для организации такой базы и правильной комплектации ее оборудованием необходимо иметь характеристики технических средств,, выпускаемых в настоящее время. Большая роль в подборе оборудования, пра­ вильной его эксплуатации, своевременном ремонте принадлежит механикам геологоразведочной службы и, в частности, механикам геологоразведочных пар­ тий и экспедиций. Разнообразие техипческих средств делает эту задачу очень, трудной.

В геологоразведочных организациях широко применяют различные типы буровых станков и установок, насосов, компрессоров, двигателей внутреннегосгорания и электродвигателей, передвижных и стационарных электростанций, генераторов, металлообрабатывающего оборудования, транспортных средств

пдр. При эксплуатации п ремонте этой техники перед механиками возникает много вопросов, подчас ставящих их в затруднительное положение, ввиду отда­ ленности большинства геологоразведочных партий и экспедиций от населенных пунктов, где можно было бы получить техническую литературу или необходи­ мую консультацию.

Целью настоящего справочника является обеспечение механика-практика геологоразведочной службы пособием, которое помогло бы ему правильно выби­ рать и наиболее эффективно использовать оборудование, приборы, аппаратуру

пматериалы, организовывать строительство ремонтных баз, линий электропе­ редач, ремонт применяемых механизмов, изготовление быстроизнашивающихся деталей и выполнение других работ.

Справочник содержит XIII разделов, каждый из которых состоит из несколь­ ких глав.

Раздел I посвящеи буровым станкам и установкам. Учитывая, что одна п то же буровое оборудование можно применять для выполнения различных геологических задач, в основу его классификации в справочнике положены глу­ бины бурения, на которые рассчитаны буровые станки и установки и их кон­ структивные признаки.

В перечень оборудования, приведенного в этом разделе, вошли буровые станки и установки как выпускаемые в настоящее время, так и снятые с произ­ водства, но еще находящиеся в эксплуатации. Кроме технических характери­ стик кратко даны назначение оборудования, его комплектация и кинематические

схемы с указанием в большинстве случаев расположения и номеров подшипников качения.

Внедряемая в последние годы буровая техника отличается повышенными скоростями вращения, значительной степенью механизации и частичной авто­ матизации трудоемких операций, широким применением гидравлических при­ водов и контрольно-измерительной аппаратуры.

Гидравлические системы современных буровых станков содержат большое количество различных элементов: насосов, гидродвигателей, аппаратуры управ­ ления (золотники, распределители, приборы гидроуправления и др.), регулиро­ вания (предохранительные и обратные клапаны, дроссели и др.) и контроля (манометры, указатели нагрузки), а также маслобаков, фильтров и трубопрово­ дов, взаимодействие которых определяется технологическим циклом буровых станков и установок. Устройство этих систем часто бывает довольно сложным. Чтобы правильно и эффективно использовать гидроприводы, а также быстро находить причину их неисправностей, необходимо хорошо разбираться в гид­ равлических схемах буровых станков, знать назначение каждого элемента

и уметь определять последовательность их срабатывания, а также положение,

вкотором они должны находиться в тот или иной момент. Эти вопросы изложены

вразделе II справочника, где дано конструктивное описание всех основных элементов гидравлических приводов бурового оборудования с указанием их

назначения, а также приведены принципиальные гидравлические схемы основ­ ных типов гидрофицированных буровых станков.

В разделе III приведены технические характеристики п конструктивное описание контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры, приме­ няемой на буровых станках.

В связи с необходимостью проведения непосредственно в геологоразведоч­ ных организациях текущих, средних и капитальных ремонтов оборудования, изготовления отдельных видов бурового инструмента и запасных частей, а также нарезки труб в разделе IV справочника приведены основные данные по буриль­ ным, обсадным, колонковым и шламовым трубам, принадлежностям к ним и не­ которым видам породоразрушающего инструмента, изготовляемого в механи­ ческих мастерских.

Раздел V содержит основные данные по насосам, компрессорам, вентилято­ рам, а раздел VI — по двигателям внутреннего сгорания, электродвигателям и гсператорам, применяемым в геологоразведочных работах. Из электродвига­ телей переменного тока включены асинхронные двигатели новой освоенной производством единой серии А2 и А02, а также взрывозащищенные двигатели серии ВАО, из двигателей постоянного тока — электродвигатели типа П взамен ранее выпускаемых ПН.

Для правильного выбора типа вышек и мачт, а также для возможности использования отдельных, наиболее удачных конструктивных элементов в ранее разрабатывавшихся конструкциях вышек и мачт при изготовлении вышечномачтовых сооружений на местах в разделе VII приведен ряд конструкций вышек п мачт с соответствующими техническими характеристиками.

Учитывая важнейшую роль транспорта в успешном выполнении геологораз­ ведочных работ, большое внимание в справочнике уделено автотранспортным средствам. В разделе VIII приведены подробные технические характеристики автомобилей и тракторов, как находящихся в эксплуатации, так и недавно освоенных промышленностью, что позволит не только правильно выбирать транспортные средства, наиболее эффективные в определенных дорожных усло­ виях, но и использовать ряд данных для проверки и регулирования отдельных важнейших механизмов автомобилей и тракторов, заправки их необходимыми видами топлива и смазочных материалов и др.

В разделах IX и X затронуты вопросы строительства воздушных линий электропередач, прокладки кабельных линий и электропроводок.

Раздел XI посвящен ремонтным работам.

Основные данные по горюче-смазочным материалам и их применению при­ ведены в разделе XII, а по материалам, используемым при ремонте оборудова­ ния и изготовлении запасных частей,— в разделе XIII.

Р а з д е л I

БУРОВЫЕ СТАНКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ

Глава 1

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН И БУРОВОМ ОБОРУДОВАНИИ

Бурение скваж ин

Бурение скважин состоит из трех основных процессов:

1)разрушение горной породы на эабое скважины;

2)удаление разрушенной породы (шлама) с забоя скважины на поверх­

ность;

3)закрепление неустойчивых (обрушающихся) стенок скважины. Диаметры геологоразведочных скважин

бою ударов специальным инструментом, состоящим из ударной штанги и долота. После каждого удара буровой инструмент в скважине поворачивается на неко­ торый угол, который тем меньше, чем выше крепость пород.

щемуся породоразрушающему инструменту (10—250 об/мин) специальным ме­ ханизмом (гидроударник, пневмоударник и др.) наносят удары (1000—5000 ударов в 1 мин), передаваемые породе.

При вращательном бурении очистка забоя скважины от разрушенной по­ роды и вынос ее на поверхность осуществляется в основном промывкой скважины водой, глинистым раствором или продувкой сжатым воздухом. Для подачи промывочной жидкости в скважину используют буровые насосы преимуще­ ственно поршневого или плунжерного типов, а для подачи сжатого воздуха — компрессоры.

Одним из видов вращательного бурения является шнековое, при котором порода выносится с забоя специальным шнековым инструментом, без применения промывочной жидкости и сжатого воздуха. Шнековая колонна состоит из труб, к которым приварена навитая спиралью стальная лента. Эта колонна образует единый вертикальный винтовой транспортер. При вращении шнека попавшая на его винтовую поверхность разрушенная порода, удерживаемая от вращения трением о стенки скважины, выносится на поверхность.

При медленном вращении порода выносится преимущественно ложками, змеевиками, желонками и керноприемниками, а при ударно-канатном буре­ нии — желонками.

Колонковое бурение получило широкое распространение при разведке твердых полезных ископаемых. Бескерновое бурение применяется при проходке скважин на нефть, газ и воду, а также на другие полезные ископаемые в изучен­ ных геологических разрезах.

По целевому назначению скважины подразделяются на поисково-разве­ дочные, эксплуатационные, технические, взрывные и др. Поисково-разведочные скважины бурят при поисково-съемочных и разведочных работах, а также при гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях. Эксплуа­ тационные скважины предназначены для вскрытия и разработки месторождений жидких и газообразных полезных ископаемых, а также минеральных солей. Технические скважины сооружают для различных инженерных целей (венти­ ляция, водопонижение, прокладка кабеля, замораживание и др.). Взрывные скважины бурят при разработке карьеров и при сейсморазведочных работах.

В зависимости от назначения скважины могут быть вертикальными и нак­ лонными. В технических характеристиках буровых установок указывается, под каким углом к горизонту может быть начато бурение скважины данной ус тановкой.

Конструктивны е особенности буровых станков и установок

Большинство буровых установок состоит из комплекса следующих основ­ ных механизмов:

—бурового станка, при помощи которого бурят скважины, а также спу­ скают и поднимают буровой инструмент и обсадные трубы;

—буровых насосов (для станков вращательного бурения), подающих

вскважину промывочную жидкость;

—двигателей для привода станков и насосов;

—буровых вышек или мачт для закрепления талевой системы> с помощью

и механизм, обеспечивающий выполнение спуско-подъемных операций (лебедка или специальный подъемник). В зависимости от технологических требований буровые станки дополнительно оснащаются коробками передач, фрикционными муфтами, контрольно-измерительной аппаратурой и другими механизмами.

Все буровые станки и установки классифицируются в зависимости от спо­ соба и глубины бурения, наклона скважин, скорости вращения или числа ударов бурового инструмента, системы подачи и подъема бурового инструмента, транс-

Вращательные буровые станки в свою очередь делятся на шпиндельные и; роторные. В шпиндельных станках ведущую трубу можно закреплять в шпин­ деле станка и ее вращение и подача могут осуществляться непосредственно шпинделем. В роторных станках ведущая труба и отверстие в столе ротора имеют специальный профиль (квадрат, шестигранник и др.), благодаря чему обеспечивается вращение ведущей трубы и ее перемещение в осевом направле­ нии с помощью лебедки. Шпиндельные станки применяют преимущественно при бурении скважин на твердые полезные ископаемые, а роторные при бурении на нефть, газ и воду.

В зависимости от системы механизма перемещения шпинделя шпиндельные буровые станки делятся на станки: с рычажной подачей, когда шпиндель пере­ мещается с помощью рычага и зубчатой кремальеры; с дифференциальной по­ дачей, когда шпиндель перемещается специальным дифференциальным меха­ низмом; с гидравлической подачей, при которой движение шпинделю сооб­ щается гидравлическими цилиндрами. Существуют также комбинированные системы механизмов подачи шпинделя: рычажно-дифференциальная, диффе­

Ударные буровые станки делятся на ударно-канатные, ударно-пгганговые и виброударные. В ударно-канатных станках ударная штанга с долотом подве­ шены на канате, а в ударно-штанговых — долото соединено с колонной буриль­ ных труб. Виброударные станки обеспечивают создание большого числа ударов по забою скважины. В то время как максимальное число ударов в ударно-ка­ натных станках достигает 50—60 в 1 мин, число ударов виброударных станков доходит до 1500 и более в 1 мин. Удары по буровому инструменту при виброударном бурении наносятся вибратором или вибромолотом.

Комбинированные буровые установки позволяют бурить как вращательным, так и ударным способами.

По транспортабельности буровые установки делятся на стационарные, когда буровой агрегат монтируется на неподвижном фундаменте, самоходные — смонтированные на автомобиле, тракторе или самоходной тележке, имеющие возможность самостоятельного перемещения, и передвижные — монтируемые

сгорания. Последние применяют в районах, не имеющих электроэнергии.

Глава 2

БУРОВЫЕ СТАНКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН ГЛУБИНОЙ ДО 50 М

М отобур М-1

Мотобур М-1 предназначен для бурения скважин в породах I—IV категорий бурпмости с отбором проб через полые шнеки при геологосъемочных и поиско­ вых работах, а также для бурения шпуров в породах до V категории буримостп, включая мерзлые грунты. Мотобур обеспечивает проведение комплексных геологических исследований (гамма-каротаж, отбор проб пород и воды, а при наличии специального оборудования также и воздуха). Он полностью заменяет пробоотборник МП-1, мотобур Д-Ю и мотосверло М(М и может успешно при­ меняться с инструментом, предназначенным для этих станков.

Мотобур транспортируется в заплечном рюкзаке.

Т а б л и ц а 1.1

Спецификация подшипников качения мотобура М-1

Номенклатура поставляемого бурового инструмента определяется потре­ бителем при оформлении заказа. Изготовитель: Оренбургский геолого-ремонт­ ный эавод, г. Оренбург.

Мотобур Д-10М

1 двигателя через соединительную муфту 2 приводится во вращение шестерня 6, которая находится в постоянном зацеплении с сателлитом 3, сидящем на валу 4 и вращающемся в шарикоподшипниках, размещенных в водиле 8. Сателлит 3 находится также в постоянном зацеплении с шестерней 9 с внутренними вубьямн, закрепленной неподвижно в корпусе мотобура. На валу 4 закреплен также второй сателлит 5, входящий в зацепление с шестерней 7, имеющей эубья и за­ крепленной на шпинделе мотобура. При вращении шестерни 6 вращается сател­ лит Зу который, обкатываясь по шестерне 0, приводит в движение водило 8