Магистерская работа: Выбор рациональных технических средств и технологий бурения разведочных скважин в Зирабулакской ГРЭ

Интенсификация и повышение эффективности геологоразведочного бурения предполагают значительное увеличение удельного объема алмазного бурения малыми диаметрами.

Для определения рациональных областей применения и обеспечения эффективного применения различных способов бурения их необходимо классифицировать, установив взаимосвязь с технологическими особенностями и возможностями специализированного бурового оборудования и других технических средств.

Эффективность применения прогрессивных способов и технологии бурения зависит от соответствия геолого-технических условий их специфическим особенностям, связанным с типом породоразрушающего инструмента, способом очистки забоя и подъема керна, возможностью обеспечения рациональных параметров технологического процесса в данных условиях, его энергоемкостью и необходимой мощностью оборудования. Возможность использования прогрессивных способов бурения в различных геолого-технических условиях должна оцениваться с учетом всех указанных факторов.

При определении рациональных областей и обеспечения эффективного применения различных способов бурения, их необходимо классифицировать, установив взаимосвязи с технологическими особенностями специализированного бурового оборудования.

Для повышения эффективности бурения скважин на твердые полезные ископаемые необходимо:

сократить (прекратить) использование низкосортных грубодисперсных каолингидрослюдистых глинопорошков и тем более комовых глин;

не применять каолин-монтмориллонитовые глины (кальциевые бентониты) без предварительной механической и физико-химической модификации;

иметь всю исчерпывающую информацию о составе глинопорошков и способе их заводской модификации (тип и количество вводимых химреагентов), что позволит исключить ошибок при дальнейшей технологической обработке растворов в полевых условиях (введение, например, избыточного количества кальцинированной соды и т.д.).

Интенсивность и повышение эффективности геологоразведочного бурения предполагают значительное увеличение удельного объема алмазного бурения малыми диаметрами. При этом значительно возрастают требования к промывочным жидкостям, так как в условиях малых зазоров системы “колонна-скважина” и высоких частот вращения бурового снаряда традиционные промывочные агенты неэффективны. Например, глинистые растворы, характеризующиеся сравнительно высоким содержанием твердой фазы, не отвечают требованиям технологии алмазного бурения из-за недостаточной стабильности при высоких частотах вращения и несоответствия тиксотропных свойств малым величинам зазоров между буровым снарядом и стенками скважины.

Рецептуры промывочных жидкостей для алмазного бурения с низким содержанием твердой фазы, обычно основаны на водорастворимых полимерах.

При алмазном бурении требуется высокая частота при низком крутящем моменте, а при шарошечном - наоборот, низкая частота вращения при высоком крутящем моменте. В связи с этим для привода буровых станков алмазного бурения применяют более легкие высокоскоростные двигатели.

В зависимости от характера геологических исследований к способам бурения и, в первую очередь, к качеству конечного результата, предъявляются различные требования. Качество бурения поисковой и разведочной скважины должно обеспечивать:

полноту геологической информации (отбор керна по проходке и по проценту его выноса, опробование рудного тела, комплекс геофизических исследований);

проводку скважины в заданном направлении (по заданному профилю) с учетом допускаемых отклонений для конкретных геолого-технических условий;

конфигурацию ствола скважины в пределах допускаемых отклонений (кавернозности, желобообразований, сужений), исключающей возникновение осложнений при бурении и креплении скважин;

буровая проба должна быть линейно непрерывной и выдержанной по сечению;

способ отбора проб должен соответствовать геологическим особенностям месторождения и характеру распределения полезного ископаемого в руде;

требования к полноте выхода керна и диаметру породоразрушающего инструмента при опробовании жильных зон и жильных штокверков определяются, подверженностью рудных тел избирательному истиранию.

Экономический эффект от внедрения новой техники представляет собой суммарную экономию всех производственных ресурсов (живого труда, материалов, капитальных вложений), которую получает производитель работ в результате использования новой техники.

Экономический эффект от использования новой техники при проведении геологоразведочных работ в общем случае зависит от следующих факторов:

себестоимости работ, выполняемых с применением новой техники, и соответствующих капитальных вложений, обусловленных ее разработкой, выпуском и освоением в производстве геологоразведочных работ;

сроков ее проектирования, разработки, выпуска и освоения в производстве;

количества и результатов геологоразведочных работ, выполненных с применением новой техники.

Определения годового экономического эффекта новой техники основано на сопоставлении приведенных затрат по базовой и новой технике. Приведенные затраты представляют собой сумму себестоимости и нормативной прибыли

З=С+ЕнК, (1)

где З - приведенные затраты единицы работы, сум.; С- серебестоимость единицы работы, сум.; Ен - нормативный коэффициент капитальных вложения; К - удельные капитальные вложения в производственные фонды, сум.

Величина Ен принимается равной 0,15.

Экономически эффективны только такие виды новой техники, которые обеспечивают получение годового экономического эффекта в сумме, равной или превосходящей ежегодную долю возмещения общей суммы затрат на их проектирование, разработку и освоение в производстве. Причем затраты на капитальные вложения в этом случае определяются с учетом фактора времени по отношению к расчетному году.

Годовой экономический эффект от применения новых технологических процессов, механизации и автоматизации производства, способов организации производства и труда, обеспечивающих экономию производственных ресурсов при выполнении геологоразведочных работ, рассчитывается по формуле

Э=(З1 - З)А2, (2)

где Э - годовой экономический эффект, сум.; (З1 - З)- приведенные затраты единицы работы (сум.), производимой соответственно с применением базовой и новой техники, определяемые по формуле (5), сум.; А2 - годовой объем работ, выполненный с применением новой техники в расчетном году, натуральные единицы.

Если внедрение в процессе проведения геологоразведочных работ новых технологических процессов (методик) не вызывает изменения удельных капитальных вложений, то годовой экономический эффект определяется по разности себестоимости выполняемых работ, т.е. как годовая экономия по себестоимости:

Э=(С1 -С2)А2 , (3)

где С1 и С2 - себестоимость единицы работ соответственно до и после освоения новой технологии (методики) геологоразведочных работ, сум.

При выполнении расчетов годового экономического эффекта новой техники необходимо учитывать фактор времени, когда капитальные вложения осуществляются в течение ряда лет или когда текущие издержки и результаты производства вследствие изменения режима работы объекта новой техники существенно меняются по годам эксплуатации.

Упомянутые затраты и результаты использования новой техники для учета фактора времени приводятся к единому моменту времени (началу расчетного года) согласно формуле

α1=(1+Е)Т (4)

где α1 - коэффициент приведения; Е - норматив приведения разновременных затрат (коэффициент дисконтирования), равный 0,1; Т- число лет, определяющее затраты и результаты данного года от начала расчетного года (года приведения).

Для оценки и выбора технических и других систем бурения скважин в конкретных геолого-технических условиях нами предложена системная целевая модель (см. табл.3).

Таблица 3 - Системная модель оценки освоения и внедрения систем (техники, технологии, методов, способов, передовых форм организации труда)

3.2 Рекомендуемая современная буровая установка

Copco Explorac R50

Универсальная буровая установка для бурения скважин диаметром до 300 мм и глубиной до 250 м методами, основанными на разрушении пород погружными пневмоударниками и шарошечными долотами.

Рис. 3 - Самоходная установка Explorac R50

Рис. 4 - 1-бурение погружным пневмоударником; 2-бурение методом ODEX (с одновременной обсадкой скважин); 3-бурение шарошечными долотами; 4, 5-бурение методом "обратной циркуляции" (отбор керна в порошкообразном состоянии)

Техническое описание стандартной комплектации буровой установки Explorac R50 (теор. глубина бурения до 250 м)

Мачта

Мачта изготавливается из специальной стали холодной обработки, спроектирована шарнирно закрепленной и устанавливается в транспортное (горизонтальное) и вертикальное (рабочее) положения с помощью гидроцилиндров.

В верхней части мачты установлена крановая балка со шкивом для троса, с помощью которого осуществляются операции с трубами или подъем бурового става над устьем скважины.

общая длина мачты 6200 мм;

ход подачи 4400 мм;

расстояние между резьбовой частью шпинделя и рабочим столом 4200 мм;

рекомендуемая длина буровых труб 3000 мм;

максимальный диаметр проходного отверстия рабочего стола 300 мм.

Панель управления

Управление бурением и контроль основных рабочих параметров осуществляется с панели управления станком, расположенной слева от мачты. Все устройства управления позиционированием рабочей платформы станка располагаются на противоположной его стороне для исключения случайного изменения положения платформы при бурении. Во время работы оператор имеет возможность одновременного обзора устья скважины и панели управления для удобства контроля процесса бурения.

Вращатель

Усиленная конструкция вращателя с "плавающим шпинделем" была специально разработана для использования станка Explorac R50 совместно с погружными пневмоударниками и трехшарошечными долотами диаметром до 250 мм. Вращатель приводится в действие двумя гидромоторами типа ОМТ 250 (в стандартной комплектации) и оборудован понижающим редуктором 3,89:1, а так же устройством, обеспечивающим его отвод в сторону для выполнения вспомогательных операций непосредственно над устьем скважины.

внутренний диаметр выходного шпинделя 50 мм;

потребляемая мощность 38 кВт;

max. момент (при давлении 210 бар) 5750 Нм;

обороты шпинделя 0-97 об/мин.

Рис. 5 - Вращательная установка Explorac R50

Система подачи вращателя

Усилие подачи и подъема вращателя обеспечивается при помощи гидроцилиндра и приводной цепи высокой прочности, расположенных внутри мачты. Для компенсации веса бурового става при бурении глубоких скважин и обеспечения необходимой величины усилия прижатия породоразрушающего инструмента к забою в гидросистему подачи вращателя включен клапан управления величиной противодавления. С целью сокращения времени спускоподъемных операций скорость подачи вращателя может изменяться в соответствии с буровым и ускоренным режимами. Вращение и подача имеют независимое управление.

ход гидроцилиндра подачи 2200 мм;

усилие подачи (теорет.) 48,8 кН;

скорость подачи (буровой/ускоренный режимы) 16,8/48,2 м/мин;

усилие подъема (теорет.) 80,9 кН;

скорость подъема (замедленный/ускоренный режимы)..10,2/29,1 м/мин.

Силовая установка

Для привода станка Explorac R50 используется четырехцилиндровый дизельный двигатель типа Deutz F4L912.

мощность 46 кВт (2300 об/мин);

момент 230 Нм (1600 об/мин);

рабочий объем 3,77 куб. дм;

топливный бак 90 л;

расход топлива 12,7 л/ч (max. момент)

Рис. 6 - Силовая агрегат Deutz F4L912

Монтажная платформа (основание)

Трехсоставная монтажная платформа специально разработана для удобства монтажа установки на любом виде шасси (колесное, гусеничное) или прицепов. Кроме того, Explorac R50 может эксплуатироваться вовсе без монтажа на шасси (немобильное исполнение). Общая масса машины без шасси составляет 5400 кг.

Для облегчения работ по горизонтальному выравниванию платформы перед началом буровых работ в конструкции предусмотрен измеритель уровня и 4 гидравлических аутригера, привод которых осуществляется силовой установкой.

Гидроприводная лебедка

Для удобства выполнения спускоподъемных и вспомогательных операций в конструкцию станка включена гидравлическая лебедка, установленная в задней части монтажной платформы.

тяговое усилие (пустой барабан) 17 кН;

скорость навивки (пустой барабан) 48,8 кН;

диаметр троса / емкость барабана 10 мм / 30 м.

Гидросистема

Надежность работы всех буровых и вспомогательных функций установки обеспечивается посредством гидросистемы открытого типа с тремя приводными насосами и предохранительными клапанами, которыми оборудуется ее каждый отдельный контур.

Гидросистема специально разработана для продолжительной работы установки при окружающей температуре от (-5) до (+50) 0С. 240-литровый бак для гидравлического масла оборудован специальной системой очистки масла до 10 микрон, установленной в возвратной линии, и ручным диафрагменным насосом для закачки масла в бак при обслуживании машины.

Пневмосистема

Для подачи сжатого воздуха к буровому инструменту используется внутренняя пневмосистема Explorac R50 со внутренним диаметром 50 мм и давлением до 25 бар. Для подключения вспомогательных потребителей сжатого воздуха к пневмосистеме используется встроенный регулятор, понижающий давление до 7 бар. Подача масла в рабочую магистраль пневмосистемы для смазки частей бурового инструмента осуществляется при помощи специального дозирующего устройства и маслобака емкостью 20 л.

Электросистема

Буровая установка Explorac R50 имеет встроенный генератор напряжением 28 В и мах. током 27 А для обеспечения ее вспомогательных функций и освещения.

Метод "обратная циркуляция"

Метод "обратной циркуляции" основан на бурении погружным пневмоударником или шарошечными долотами с двухстенными трубами и

одновременным выносом на поверхность керна (буровой мелочи) для проведения последующего анализа.