^
Бурение — образование при помощи специальных инструментов узкой и глубокой скважины в грунте в целях его исследования при строительных и взрывных работах, для получения воды или полезных ископаемых. Забивное бурение производится щупом для разведки грунтов при устройстве фундаментов, забивке свай.
механические
^
вращательном бурении
^
- ^
При всех механических способах бурения стенки скважин крепят обсадными трубами с внутренним диаметром от 50—200 мм. Колонны обсадных труб составляют из звеньев длиной 1,5—4,5 м, которые опускают при бурении, начиная с большего диаметра. По мере углубления скважин переходят на меньшие диаметры. Звенья труб соединяют муфтами, ниппелями или свинчивают между собой (труба в трубу).
Внутренний диаметр труб должен быть на 5—10 мм больше диаметра бурового инструмента. Вверху обсадных труб устанавливают патрубок, защищающий нарезку труб от ударов буровым оборудованием, а внизу — коронку (фрезер), облегчающую опускание колонн обсадных труб.
Ударное бурение —
^
4 — канат; 5 — блок; 6 — буровой станок.
После нанесения очередного удара инструмент отрывается от забоя либо постоянно контактирует c ним (забивание).
Для спуска бурового снаряда используются канат или штанги (ударно-канатное и ударно-штанговое бурение) и специальные двойные концентричные трубы.
ударно-канатное бурениe
^
Pазрушение достигается сбрасыванием снаряда массой 500-2500 кг c выс. 300-1000 мм c частотой 45-60 уд/мин. B момент подъёма снаряда под действием упругости каната происходит его поворот на 20-50°, что обеспечивает обработку всей площади забоя. Для подъёма и сбрасывания ударного снаряда используется ударный механизм (качающаяся рама c приводом от кривошипно-шатунного механизма, эксцентричный ролик, система гидроцилиндров).
Разработка грунта гидромеханическим методом. Разработка грунта бурением
... гидромеханической разработке грунтов достигаются высокий уровень производительности труда, непрерывность подачи грунта, в том числе и в труднодоступные участки, возможность разработки ... водой грунтах крепят стальными обсадными трубами. Колонны обсадных труб ... Разработка грунта бурением В строительстве бурение используют при исследовании свойств и качества грунтов, ... ударно-вращательное и т. д.); диаметра ...
B сухих скважинах на забой периодически подливают воду. После разрушения участка скважины определённой длины (0,2-0,6 м) продукты разрушения извлекаются c забоя посредством обычной или поршневой Желонки, которая в песках и галечниках применяется также и для бурения (забивания в породу).
Рис 3. Схема установки для ударно-канатного бурения: 1-долото, 2-ударная штанга, 3-блок, 4-подвижный захват, 5-канатный барабан, 6-барабан для веревки, 7-электродвигатель, 8-редуктор, 9-канат, 10-веревка
Ударно-вращательное бурение
При ударно-вращательном бурении разрушение породы происходит путём её скалывания и дробления за счёт нанесения ударов по породоразрушающему инструменту. Образующиеся на
забое выступы частично срезаются лезвиями породоразрушающего инструмента при поворотах между ударами. Энергия единичного удара главным образом 1-2 Дж на 1 мм длины лезвия (пневматические молотки, пневмоударники) и от 0,1 до 0,15 Дж на 1 мм диаметра коронки (гидроударники), расстояние между насечками от ударов по контуру шпура или скважины от 2 до 8 мм (в зависимости от крепости пород), частота ударов от 1000 до 3000 уд / мин, осевая нагрузка 150-400 Н на 1 см диаметра шпура или скважины.
^
Различают ударно-поворотное (в т.ч. виброударное) ударно-вращательное бурение и вращательно-ударное бурение и его разновидности (гидроударное бурение).
Ударно-поворотное бурение характеризуется высокими значениями энергии единичного удара (2-3 Дж на 1 мм длины лезвия) и малым углом поворота между ударами (2-3°), т.к. разрушение породы (скалывание, дробление) происходит только за счёт ударов при отсутствии контакта инструмента с породой между ударами. Породоразрушающий инструмент представляет собой коронки и долота, армированные пластинчатыми твердосплавными вставками с симметричным углом при вершине (90-110°С) или цилиндрическими со сферической рабочей поверхностью. Способ наиболее эффективен при бурении крепких абразивных пород.
Вращательное бурение
Основные разновидности вращательного бурения, используемого для сооружения исследовательских и эксплуатационных скважин, -роторное бурение (вращение передаётся инструменту через бурильную колонну ротором, установленным в буровой вышке),турбинное бурение (вращение инструмента двигателем-турбобуром непосредственно на забое), роторно-турбинное бурение (вращение инструмента турбобуром, установленным в забойном агрегате, вращаемом через колонну ротором); реактивно-турбинное бурение (вращение инструмента турбобуром, агрегат вращается от реактивных моментов), электробурение (вращение инструмента электромотором непосредственно на забое), бурение объёмным двигателем (вращение инструмента винтовым гидравлическим двигателем на забое).
^
шарошечного типа
вращательного бурения, составляет от нескольких десятков кВт до нескольких тысяч кВт. При вращательном бурении породы разрушаются по всему забою или по кольцевому пространству с отбором керна (см.колонковое бурение). В зависимости от горнотехнических условий при вращательном бурении сооружают вертикальные, горизонтальные, наклонные, разветвлённые и кустовые скважины.
Способы и средства бурения шпуров и скважин
... ударно-вращательный и ударный (рис. 1). Рис. 1. Классификация способов механического бурения. При вращательном бурении разрушение породы на забое скважины происходит благодаря движению инструмента, ... их плавление. Ультразвуковой способ бурения основывается на принципе совместного воздействия на горную породу высокочастотных ультразвуковых колебаний, накладываемых на инструмент, и кавитационного ...
Шарошечное бурение
^
Рис 7. I — бурение скважин шарошечным долотом
Горные породы при шарошечном бурении разрушаются стальными или твердосплавными зубками шарошек, вращающимися на опорах бурового долота, которое, в свою очередь, вращается (60-600 об/мин) и прижимается с большим осевым усилием к забою (500-2000 кг на 1 см диаметра).
Зубки вращающихся шарошек перекатываются по забою и за счёт больших напряжений, развивающихся в зоне контакта зубков с породой, разрушают её путём раздавливания и скола. С увеличением крепости пород частота вращения уменьшается, а осевое усилие увеличивается. Разрушенная на забое скважины порода удаляется на поверхность промывкой, продувкой или сочетанием этих способов.
Шарошечное бурение эксплуатационных и исследовательских скважин осуществляется стационарными многоузловыми установками, горнотехнических скважин — самоходными или передвижными буровыми станками.
Шарошечное бурение применяется для проведения геологоразведочных, нефтяных и газовых скважин при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, взрывных скважин при подземной и открытой разработке месторождений, восстающих выработок и шахтных стволов.
Перспективы шарошечного бурения связаны с повышением стойкости долот, увеличением скорости разрушения пород за счёт наложения на долото ударных импульсов или вибрации различных частоты.
Шнековое бурение
Наиболее эффективны шнеки с центральным каналом, через который к забою подаются вода или воздух, что снижает коэффициент трения породы о поверхность шнеков и крутящий момент. По каналу шнеков доставляются съёмные керноприёмники, забивные и обуривающие грунтоносы, пенетрационные зонды, спускаются в скважину фильтры и взрывчатые вещества. Полые шнеки могут использоваться в качестве обсадной колонны. Центральный канал шнеков при бурении сплошным забоем перекрывают съёмным долотом на канате или бурильных трубах.
Шнековое бурение используется для проходки скважин глубиной до 50 (реже до 100-120 м), диаметром от 60 до 600-800 мм в мягких и рыхлых породах, а также в породах средней
твёрдости, при ведении сейсморазведочных, геологоразведочных, взрывных работ, а также инженерно-геологических изысканиях, сооружении гидрогеологических скважин.
Рис.8 Схама 1 (работа бурового снаряда при шнековом бурении скважин: 1 – скважина; 2 – шнек; 3 – коронка; 4 – порода), Схема 2 (Шнековая коронка: 1 – стальной корпус коронки; 2 – спираль; 3 – палец с фиксатором; 4 – пластинки из твердого сплава), Схема 3 (Кинематическая схема станка шнекового бурения марки УШБ: 1 – мотор, 2 – коробка ротора мощности, 3 – карданный вал, 4 – редуктор, 5 – конические шестерни (неподвижный ротор), 6 – штанга, 7 – ротор, 9 – шнек, 10 – коронка, 11, 12 – лебедки)
Преимуществами шнекового бурения являются высокие скорости (100-300 до м / смену) и простота организации работ. Перспективы шнекового бурения связаны с созданием специализированного бурового оборудования повышенной мощности, комбинацией этого способа с другими видами бурения (с промывкой и продувкой), с применением съёмных керноприёмников и непрерывным выносом образцов породы.
Колонковое бурение
Рис.9: Схема буровой установки колонкового бурения и забойного оборудования к нему: I – копер (вышка); II – откос; III – буровой станок; IV – насос; V – электродвигатель; VI – двигатель; VII – направляющая труба. 1 – коронка; 2 – колонковая труба; 3 – переходник с колонковой трубы на колонну штанг; 4 – колонна штанг; 5 – вертлюг-сальник; 6 – подъемный крюк; 7 – талевый блок, 8 – шпиндель станка; 9 – патроны, зажимающие верх колонны штанг; 10 – подъемная лебедка; 11 – регу-лятор подачи станка; 12 – нагнетательный шланг; 13 – керн; 14 – отстойные желоба; 15 – отстойный бак; 16 – приемный бак: 17 – всасывающий рукав; 18 – талевый канат; 1 a – неподвижный конец каната; 19 – индикатор веса; 20 – манометр индикатора веса; 21 – манометр бурового насоса; 22 – верхняя рама с кронблоком; 23 – ноги копра (вышки); 24 – пояса; 25 – раскосы копра; 26 – фундаментные тумбы
Анализ работы горизонтальных скважин на Ромашкинском месторождении
... скважин. 1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1.1 Общие сведения о месторождении Ромашкинское месторождение ... капитальных вложений на бурение скважин при относительном росте ... располагается на востоке Республики Татарстан в пределах большей части Альметьевского района, частично захватывая Лениногорский и Сарм ановский районы. Геологопоисковые работы на территории месторождения ...
Применяется в породах любой твёрдости при бурении на нефть и газ, поисках и разведке месторождений твёрдых полезных ископаемых, геолого-съёмочных и картировочных работах, гидрогеологических, инженерно-геологических и геохимических исследованиях.
При колонковом бурении очистка забоя осуществляется с помощью бурового насоса или компрессора путём нагнетания через колонну бурильных труб воды, глинистого раствора, эмульсии, полимерных жидкостей, пены, аэрированного раствора или сжатого воздуха. Керн из скважины извлекается путём подъёма колонны бурильных труб, съёмными керноприёмниками или путём непрерывной транспортировки керна через двойную или одинарную колонну труб обратным потоком промывочной жидкости в процессе бурения. Диаметры применяемых коронок для геологоразведочного бурения 36-151 мм, для эксплуатации месторождений нефти и газа — до 305 мм. Максимальная глубина колонкового бурения достигнута при бурении Кольской сверхглубокой скважины (свыше 12 км).
В зависимости от твёрдости и абразивных свойств горных пород для бурения используют буровые коронки и буровые долота колонковые. Частота вращения породоразрущающего инструмента при геологоразведочном бурении от 100 до 3000 об / мин, при эксплуатации месторождений на нефть и газ — от 60 при роторном бурении до 800-900 об / мин при турбинном бурении. Колонковым бурением проходят вертикальные, наклонные, восстающие, многозабойные скважины в породах с разнообразными физико-механическими свойствами.
Перспективно колонковое бурение, исключающее подъём бурильной колонны для извлечения керна, получает распространение плавное регулирование частоты вращения инструмента и автоматизация регулирования режимных параметров бурения.
- ^
Основные физические способы бурения — термический и гидравлический. Есть также электрогидравлический, плазменный, ультразвуковой и некоторые другие.
При термическом способе бурения
Ручной термобур представляет собой металлическую штангу-кожух диаметром 30 мм, в котором имеется горелка с системой охлаждения. Керосин и газообразный кислород поступают в горелку под давлением 0,7 МПа, а вода для охлаждения — под давлением 1-1,3 МПа.
Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным и газлифтным способами
... одной из главных задач при эксплуатации скважин этим способом является обеспечение возможности длительного фонтанирования скважины, что связано с рациональным использованием энергии пласта ... весь газ газовых месторождений. В большинстве случаев фонтанный способ эксплуатации позволяет добывать из скважины наибольшее количество нефти при наименьших удельных затратах. Поэтому ...
Ручными термобурами можно бурить шпуры диаметром 60 мм и глубиной 1,5-2 м, передвижными станками термического бурения — шпуры и скважины диаметром до 130 мм и глубиной до 8 м.
По сравнению с механическим термический способ бурения шпуров более эффективен и при бурении пород кристаллической структуры превышает его по производительности в 10-12 раз.
^
Гидравлический способ бурения используется для разработки скважины в легких суглинках и плывунах. При этом способе воду нагнетают в забой скважины через колонну труб и специальную струйную насадку, прикрепленную к нижней части колонны. Вода размывает забой, а трубы погружаются в грунт. Гидромасса, образованная размывом грунта, под давлением воды выжимается вдоль наружных стенок обсадной трубы, извлекаемой из грунта лебедкой.
Этим способом бурения можно проходить скважины глубиной до 8 м со скоростью до 1 м/мин.
Термическое бурение
Рис. 11. Станок термического (огнеструйного) бурения: 1 — каркас; 2 — привод гусеничного хода; 3 — расходный бак для керосина; 4 — лебедка для подъема и опускания мачты; 5 — лебедка для подъема и опуcкания буровой штанги; 6 — расходный бак для охлаждающей воды; 7 — фаркопф для крепления мачты; 8 — трубопроводы (для подачи керосина и газообразного кислорода); 9 — мачта; 10 — кресло машиниста; 11 — рычаг переключения скоростей; 12 — механизм вращения буровой штанги; 13 — рабочий орган (горелка), 14, 16, 17 — блоки восьмикратного полиспаста; 15 — редуктор; 18 — установка Для отсасывания пара; 19 — опора мачты при транспортировании
Огнеструйная горелка, представляющая собой рабочий инструмент станка термического бурения, состоит из форсунки эжекторного типа для подачи жидкого горючего в распылённом виде, камеры сгорания, корпуса, сопел, чехла, днища и башмака. В результате сжигания в камере сгорания высококалорийного топлива, состоящего из смеси жидкого горючего и газообразного
окислителя (керосин — кислород, бензин — сжатый воздух и др.), образуются газообразные продукты, выбрасываемые со сверхзвуковой скоростью из сопел. Различают односопловые реактивные горелки с поступательно-возвратным движением вдоль оси скважины и вращающиеся трёхсопловые. Оптимальная частота вращения 15-30 об/мин, расстояние между срезом сопла горелки и забоем скважины 0,1-0,15 м. Охлаждение горелок осуществляется в основном водой, подаваемой в рубашку камеры сгорания, реже воздухом (горелка ТРВ).
Тепловые потоки, создаваемые горелками, до 42 кДж/м2
— ч, скорость струй 1800-2200 м / с, температура 1800-2000 ° С при окислении сжатым воздухом и до 3500 ° С при окислении кислородом. Расход горючего 80-130 кг / ч, воды 3,5 м3/ч, давление воздуха 600-800 кПа. Разрушение породы в забое скважины под действием огнеструйной горелки происходит в результате сложного взаимодействия сверхзвуковых раскалённых струй и воды с разрушаемой породой. Хорошо подвергаются термическому разрушению породы, имеющие ярко выраженную кристаллическую структуру с плотным цементом, массивной структурой, отсутствием или незначительным количеством низкоплавких минералов, глинистых включений. Продукты разрушения породы удаляются из скважины восходящим газовым потоком, образуемым из смеси продуктов сгорания и паров воды, которая вентилятором выбрасывается в атмосферу. Конструкция станков, используемых для термического бурения, определяется их назначением и видом применяемого окислителя.
Оборудование для бурения нефтяных и газовых месторождений
... диаметра. 1.2 Классификация буровых установок для глубокого бурения Нефтяные и газовые скважины бурят при помощи буровых установок, ... способу бурения. Но основным параметром классификации буровых установок является грузоподъемность, которая определяет конструкции и характеристики бурового и энергетического оборудования, входящего в установку. Грузоподъемность зависит от конструкции скважины, ...
^
Рабочий орган станка имеет медную горелку (рис. 12), защищенную чехлом, буровую штангу с трубопроводами и подводящее устройство с подвеской. Во время бурения буровая штанга непрерывно вращается вместе с горелкой, а рабочий орган опускается с заданной скоростью.
Гидравлическое бурение применяется для разработки скважин в легких суглинках и плывунах. В этом случае на разрабатываемый грунт опускается обсадная труба, внутрь которой под давлением подается вода от насосной установки через специальную трубку.
По мере размыва грунта обсадная труба поворачивается и погружается в грунт.
Гидромасса под давлением воды выжимается вдоль наружных стенок обсадной трубы, извлекаемой из грунта лебедкой. Таким способом можно проходить скважины глубиной до 8 -и со скоростью до 1 м/мин.
Рис 13. Гидравлическая буровая установка, Электрогидравлическое бурение, Рис 14. Бур электрогидравлический ЭБГП-1М, Ультразвуковое бурение
Рис 15. Ультразвуковое оборудование
Принцип работы установки следующий. При включении установки частицы абразива, находящиеся под долотом, с силой ударяются в породу, выбивают из нее маленькие частицы и создают скорость бурения в крепких породах до 10 мм/мин и более. Ультразвуковое бурение в строительстве пока еще не получило большого практического распространения и находится в стадии исследований и практического освоения.
^
Метод бурения зависит от навесного оборудования, колонковое бурение и шнековое бурение
Рисунок 16 SANY Буровая установка Sany SR 150 Сваебойно-буровая установка
Способ бурения шнековое
Рисунок 17 Bauer BG 28 H-2006-2
Способ бурения шнековое
^
Способ бурения шнековое
Рисунок 19 Бурильная шнековая машина МБШ-818
Бурильно-крановая машина (ямобур) БМ-308А осуществляет вращательное бурение в грунтах I-IV категории и могут использоваться для установки и демонтажа опор линий электропередачи, радиотрансляционных и коммуникационных сетей, для выполнения различных работ в промышленном и гражданском строительстве.
^
Способ бурения шнековое
Рисунок 21 Бурильно-сваебойная машина БМ-811
Способ бурения шнековое
