в сельском хозяйстве, лесоводстве, озеленении, бурение скважин для столбов ограждений, мелких скважин на воду и др.
3. Возможности и состав комплекса
Двигатель привода буровой установки
В современных буровых установках в качестве основных энергоприводов используют двигатели внутреннего сгорания. Дизельное топливо - основное и легкодоступное сырье. На некоторых буровых установках применяют двигатели, работающие на природном газе.
Число и габариты главных двигателей зависят от назначения и характеристик буровой установки. В буровых установках для неглубокого бурения (менее 20 м) используют два двигателя мощностью 2-5 кВт. Энергия к различным механизмам буровой установки передается механическим или электрическим путем. При механической передаче энергия от каждого двигателя передается в общий узел, называемый трансмиссией.
Шнековое бурение скважин
При проходке неглубоких скважин в мягких и рыхлых породах широкое распространение получило вращательное бурение с транспортировкой разрушенной породы на поверхность шнековым транспортером, выполняющим одновременно функции бурильной колонны. Этим способом осуществляется бурение скважин глубиной до 50 м (реже до 80 м), диаметром от 60 до 800 мм. Шнековое бурение скважин применяется для бурения взрывных скважин при сейсморазведке, при инженерно - и гидрогеологических исследованиях, геологической съемке, поисках и картировании, разведке некоторых видов полезных ископаемых.
Процесс бурения шнеками включает в себя разрушение породы на забое, которое в зависимости от ее физико-механических свойств представляет собой резание или разрыхление и транспортировку продуктов разрушения, поступающих на шнековый транспортер, к устью скважины.
Инструмент для бурения скважин шнеками.
Инструмент для шнекового бурения состоит из долота и шнековой колонны. Конструкции долот для шнекового бурения довольно разнообразны. Наибольшее применение получили двух - и трехперые долота со ступенчатой режущей кромкой, армированной резцами из твердых сплавов.
Шнековая колонна (шнеки) представляет собой составленную из отдельных 1 - 3-метровых секций стальную трубу диаметром 60-73 мм с навитой спиралью и приваренной стальной лентой толщиной 5-6 мм и шириной, соответствующей рабочему диаметру долота (наружный диаметр шнека на 15 мм меньше диаметра долота). Шаг винтовой полосы составляет 07-0,9 величины диаметра шнека.
Для бурения с отбором керна применяют шнеки с большим проходным отверстием в трубе, позволяющим размещать внутри колонны съемный керноприемник-грунтонос.
Основными параметрами режима шнекового бурения скважин являются осевая нагрузка и частота вращения шнека.
В зависимости от типа долота можно выделить два основных способа разрушения породы на забое при шнековом бурении. Долота, лопасти которых обращены к плоскости забоя под прямым углом, вдавливаются в породу осевым усилием и при вращении производят ее резание или разрыхление. В этом случае порода не сразу поступает на реборду (спиральную ленту) шнека, а дополнительно дробится и перемалывается на забое, что снижает эффективность бурения. При использовании долот с лемехообразными лопастями, обращенными к забою под острым углом 30-60°, производится резание породы, скользящей по лопастям долота непосредственно к шнековому транспортеру. Такие долота эффективны в пластичных глинах и аналогичных им породах. Мощность, расходуемая на разрушение породы при шнековом бурении, изменяется обычно в зависимости от условий в пределах 3-6 кВт.
Разрушенная порода вытесняется вращающимися лопастями долота на ленту шнекового транспортера. Дальнейший ее подъем возможен при условии, что угол винтовой линии спирали меньше угла трения породы о поверхность шнека. Движение породы вверх происходит в результате того, что пластичная породная масса образует со спиралью шнека пару "винт - гайка". Породная масса ("гайка"), удерживаемая от вращения неровностями ствола, при вращении винтовой поверхности шнека перемещается вверх. Режим ее перемещения определяется частотой вращения шнековой колонны. Необходимым условием работы шнекового транспортера является замедленное, по сравнению со шнеком, проворачивание породной массы в стволе скважины, что обусловлено различием коэффициентов трения пар "порода - порода" (0,8-1,0) и "порода - сталь" (0,3-0,65).
Производительность шнекового бурения скважин
Производительность шнекового транспортера должна быть не меньше производительности долота с учетом разбуривания ствола (1,0-1,3) и разрыхления породы (1,3-1,6). Обычно минимальная частота вращения при диаметре шнеков 70-100 мм составляет 160-200 мин, а максимальная - 500-700 мин. С увеличением диаметра шнека минимальная и максимальная частоты уменьшаются.
Мощность, расходуемая на трение колонны шнеков о стенки скважины, колеблется в пределах 0,2-0,8 кВт, а на транспортировку породы - 0,16-0,43 кВт.
Затраты мощности при постоянном числе оборотов и прочих равных условиях зависят от скорости подачи и углубления долота в породу за оборот. По мере увеличения скорости подачи снаряда коэффициент заполнения шнеков возрастает и в сыпучих или обильно увлажненных породах может достигать 1. При этом резко возрастают силы трения породы о поверхность шнека, разрушается нормальный вынос ее на поверхность, что резко увеличивает непроизводительные затраты мощности и нагрузку на привод.
Одной из мер снижения мощности, расходуемой на шнековое бурение, является подача на забой при бурении сухих и вязких пород некоторого количества воды (2-5 л/мин или 8-20 л на 1 метр углубки). Вода может заливаться в затрубное пространство или закачиваться через шнеки. При этом скорость бурения увеличивается до 30%, а расходуемая мощность уменьшается до 20%. Шнековое бурение в большинстве случаев может осуществляться без приложения к долоту дополнительной осевой нагрузки.
Внедрение лезвий долота в мягкую породу происходит под действием веса шнека, а также реактивного усилия, возникающего при транспортировке разрушенной породы. Величина его равна усилию проталкивания породной массы по шнековому полотну и составляет 8,0-120 кН на каждый метр длины шнековой колонны. Нередко возникает необходимость разгрузки долота от чрезмерного реактивного усилия шнека во избежание его поломки. Эта операция осуществляется лебедкой бурового станка или механизмом подачи. Дополнительная осевая нагрузка прикладывается к долоту при забуривании скважины, а также при бурении по мерзлым породам, сухим плотным глинам и пескам. В этом случае она может достигать 15-30 кН.
При бурении по гравийно-галечниковым отложениям применяется обычный режим бурения, если размер отдельных галек (кусков щебня) не превышает 80 мм. Крупные твердые включения и валуны отбиваются в сторону или разрушаются ударами при расходке с вращением.
Наиболее существенным недостатком шнекового бурения является трудность определения глубины, с которой поднята породная масса, являющаяся в этом виде бурения пробой минерального вещества. Это происходит из-за того, что при транспортировке породы шнеком она непрерывно перемешивается из-за разных скоростей движения частиц породы, находящихся на различном удалении от оси вращения. Во многих случаях при бурении скважины глубиной 20 м не фиксируются пропластки мощностью до 1 м. Этот недостаток частично может быть устранен следующим технологическим приемом. Через равные промежутки углубки (например, через 1 м) подача инструмента прекращается до полного подъема всей породы по данному интервалу опробования.
Колонковое бурения скважин
Следует отметить, что на инженерных изысканиях колонковое бурение в большинстве случаев производится "всухую", углубка скважин, в этом случае, нередко осуществляется грунтоносами обуривающего типа.
Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором, обеспечивающим вынос шлама и создающим надлежащий вес столба жидкости в скважине для поддержания в ней равновесия при помощи гидростатического давления, что позволяет поддерживать устойчивость стенок скважины.
Для получения качественных образцов проходимых пород, необходимо, чтобы глинистый раствор, помимо вышеуказанных, удовлетворял следующим требованиям:
образовывал тонкую (0,5-1,0 мм) плотную корку на стенках скважины для предотвращения поглощения промывочной жидкости;
обеспечивал минимальное содержание свободной воды в суспензии с целью предотвращения набухания глин в стенках скважины.
Таким требованиям отвечает раствор, приготовленный из бентонитовой глины, обладающей высокой дисперсностью, тиксотропностью. Контроль за качеством глинистого раствора и за его свойствами во время бурения устанавливают лабораторными методами, определяя его следующие параметры:
) вязкость;
) водоотдачу;
) содержание фракций крупнее 0,005 мм;
) суточный отстой;
) толщу глинистой корки 6) сопротивление сдвигу;
) стабильность суспензии;
) плотность;
) рН;
) содержание газов;
) температуру.
Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:
исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя;
исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов.
Ну и конечно исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам.
Существенная причина, препятствующая широкому использованию данного метода, заключается в геолого-гидрогеологическом ограничении возможности бурения: продувание забоя наиболее целесообразно и эффективно проводить в скважинах, не содержащих воду в жидком состоянии.
Заключение
В ходе работы по рассмотрению комплекса малогабаритной буровой установки КМБ 2-10, выявили что преимуществом данной установки бурения является надежная конструкция уплотнения подачи воды в буровые штанги, что исключает затраты времени на его замену, как при бурении, так и после. Низкая высота установки (из-за отсутствия вертлюга под редуктором) позволяет бурить скважины в невысоких помещениях, подвалах домов (при длине буровых штанг 1500мм высота установки 2,4м, а при длине 1000мм - 1,8м).
Буровая установка состоит из отдельных блоков, которые легко и быстро монтируются, что очень удобно для транспортировки и сборки непосредственно на месте бурения скважин, проведения работ в труднодоступных местах и подвальных помещениях.
Для перевозки установки бурения скважин подходит Газель, Соболь или аналог, а так же прицеп легкового автомобиля.
буровой станок инженерный геологический
Список использованных источников
1. Справочник: В 2-х т. Т.2. Буровой инструмент. - М.: "Издательство "Недра", 2003. - 494 с.: ил. ISBN 5-247-03879-7
. "Методические указания по инженерно-геологическим изысканиям" В. Завадский: Москва - 1971
. ГОСТ 26699-98 "Установки бурильные шахтные. Общие технические требования и методы испытаний"
. Геология. "Общий курс лекций", 4 изд., т.1-2, СПБ, 1995-12;
. http://www.buroviki.ru/