ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на территории Республики Беларусь проводятся комплексные работы по бурению геологоразведочных скважин небольшой глубины. Широкое распространение получили станки шнекового бурения.
Шнековое бурение позволяет совместить операции непосредственно по бурению с удалением породы из забоя без применения промывки или продувки. Шнековый способ бурения имеет специфические особенности, заключающиеся в том, что удаление разрушенной породы производится не промывочной жидкостью, а шнеками, являющимися вертикальным винтовым транспортёром. Подача разрушенной породы на лопасть шнека производится долотом при наличии подпора нижних слоёв породы при её разрыхлении.
Таким образом, при шнековом бурении долото выполняет две функции – разрушает породу и подаёт разрушенную породу на спираль шнека. Работа долота складывается из трёх операций:
1. внедрение рабочей части долота в породу под действием осевой нагрузки;
2. срез породы при вращении долота;
3. подача разрушенной породы на спираль шнека.
Если при использовании способов бурения с очисткой забоя скважины глинистым раствором или воздухом содержание разрушенной породы в стволе скважины едва достигает 2 – 4 %, то при шнековом бурении оно составляет 10 – 20 %. Это обеспечивает высокие механические скорости бурения в мягких и рыхлых породах.
В связи с отсутствием необходимости применять при шнековом бурении промывку этот способ так же с успехом используется для проходки мелких скважин в безводных районах, в многолетнемёрзлых породах и в зимнее время при отрицательных температурах.
Шнековое бурение ведётся как сплошным забоем, так и кольцевым. В последнем случае удаётся получить образцы пород, характеризующие геологическое строение данного участка.
К недостаткам шнекового бурения следует отнести относительно небольшую глубину бурения (30 – 50 м), невозможность бурения скважин в породах 7 категории по буримости и выше в породах с наличием твёрдых прослоев и валунов, трудности бурения в грунтах ниже уровня подземных вод, требующих применение других способов для проходки и закрепления этих грунтов, трудности бурения шнеками в вязких и липких глинистых грунтах, относительно большую энергоёмкость шнекового бурения.
Таким образом, буровые станки шнекового бурения находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, а наибольшее распространение они получили при бурении геологоразведочных и взрывных скважин на открытых горных работах.
Учитывая устойчивую на длительный период времени перспективу применения буровых агрегатов в геологоразведке, а так же при бурении: сейсморазведочных, структурно-картировочных и водозаборных скважин, инженерно-геологических изысканий и обустройства скважин при строительстве различных сооружений работы в данном направлении весьма актуальны.
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЯ
1.1. Требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию
В природных условия нашей страны, где наблюдается большое количество лесов и болот, что приводит порой к затруднениям при ведении горно-геологических работ, к проектируемым мобильным бурильным установкам должны предъявляться следующие основные требования :
1. высокая мобильность и проходимость;
2. автономный привод;
3. возможность проходки пород различных категорий;
4. возможность отбора проб пород и воды.
Здесь так же следует отметить, что большое значение при шнековом бурении имеет буровой инструмент, состоящий из бурового наконечника и комплекта шнеков. Существуют многочисленные типы буровых шнеков и долот.
Разнообразие конструкций бурового инструмента определяется геолого-техническими условиями его применения и назначения.
1.2.Исследование и выбор оптимальных режимных параметров бурения
При вращательном бурении порода разрушается под действием осевого усилия подачи Pос и крутящего момента, передаваемого станком резцовому долоту. При этом осевое усилие должно преодолеть сопротивление породы внедрению торцовых площадок режущих лезвий долота даже при их затуплении, а крутящий момент должен превысит сопротивление сколу участков породы, прилегающим к передним режущим граням резца.
Техническое обоснование бурильного агрегата заключается именно в расчёте и выборе наиболее оптимальных режимных параметров бурения (толщины стружки h, скорости бурения и частоты вращения шнека ) с последующим анализом производительности агрегата и затрат мощности на бурение.
Толщина стружки h (м) находится по формуле (1.1):
, (1.1)
где Pос – осевое усилие, кН
кз – коэффициент, учитывающий затупление инструмента; к=1;
D – диаметр долота; D=0,180 м. ;
–
приведенный
предел прочности породы; =20
МПа.
Зависимость толщины стружки от осевого усилия при заданных остальных параметрах представлена на рис.1.1.
Рисунок 1.1. Зависимость толщины стружки от осевого усилия
На практике для режущих долот устанавливаются нагрузки в пределах 8 – 16 кН. Приняв Pос=10 кН, расчетное значение толщины стружки h=0,011 м.
Прежде чем проводить дальнейшее исследование зададимся параметрами рабочего органа. При этом необходимо руководствоваться мощностью двигателя агрегата. Зависимость мощности, необходимой для привода вращателя, от диаметра скважины представлена на рис. 1.2.
Рисунок 1.2. Зависимость мощности привода вращателя от диаметра скважины
В качестве рабочего органа при шнековом бурении вместо бурильных труб
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
