Menu

Экспериментальный буровой комплекс

Экспериментальный буровой комплекс, разработанный МГРИ, включает трубчатую моноопору, установленную на ее верхнем конце платформу с исполнительными буровыми механизмами и плавоснование с расположенным на нем энергосиловым, грузоподъемным и технологическим буровым оборудованием. На платформе моноопоры смонтирован буровой вращатель и механизм гидроподачи бурового инструмента. На пла- восновании установлены буровая вышка, лебедка, силовые приводные агрегаты, буровой насос, механизм для погружения моноопоры в породы морского дна, бурильные и обсадные трубы и пр. Управляет работой всех исполнительных, силовых и грузоподъемных буровых механизмов буровой персонал, находящийся на плавосновании, т.е. управление процессом бурения осуществляется дистанционно.

Экспериментальный буровой комплекс предназначался для бурения скважин на акваториях Балтийского моря с глубинами

до 10 м с целью отработки: а) рациональной конструкции комплекса и технологии бурения им разведочных и инженерно- геологических скважин; б) технологии определения отметок кровли и подошвы янтаросодержащего пласта и последующей его разработки геотехнологическими методами из этой же скважины.

Для выполнения первой задачи применялась моноопора из обсадных труб диаметром 0,168 м, соединяемых муфтами с левой резьбой. Левая резьба предотвращала развинчивание труб моноопоры под действием реактивного момента, возникающего в процессе вращательного бурения.

Для выполнения второй задачи применялась моноопора из обсадных труб диаметром 0,324 м тоже муфтового соединения, но с правой резьбой. Здесь момент затяжки резьбы при монтаже моноопоры превышал значение реактивного момента от вращения бурового снаряда и резьбовые соединения ее труб не развинчивались. Увеличение диаметра моноопоры для выполнения второй задачи было обусловлено необходимостью спуска в скважину геотехнологического оборудования требуемых размеров.

На акваториях Балтийского моря в районе отработки технологий бурения разведочных скважин геологический разрез до глубины 3,8 м был представлен разнозернистыми песками, глубже - отложениями с включениями галечников и валунов из крепких кристаллических пород (гранитов, кварцевых диоритов и гнейсов) с поперечными размерами больше диаметра труб моноопоры. Поэтому колонну обсадных труб диаметром 0,168 м погружали в породы морского дна до глубины 3,6-3,8 м, которая была достаточной для использования этой колонны в качестве надежного моноопорного основания.

В районе янтароносного месторождения мощность рыхлых отложений составляла в среднем 20 м и примерно на глубине 7-8 м от дна моря находилась кровля янтаросодержащего пласта ("голубая земля"). Здесь моноопору диаметром 0,324 м погружали в породы морского дна на глубину 4,5-5,0 м. Затем на ее верхнем торце монтировали вращатель и бурили до коренных пород вращательным способом с отбором керна колонковым снарядом диаметром 0,108 м с твердосплавной коронкой диаметром 0,112 м.

Сборку моноопоры диаметром 0,168 м, ее стабилизацию в грунте морского дна, отработку рациональной конструкции бурового комплекса и технологии бурения им разведочных скважин осуществляли с экспериментального катамарана с П-об- разным проемом в его носовой части. Сборку и стабилизацию в грунте морского дна моноопоры диаметром 0,324 м и бурение геотехнологических скважин осуществляли с борта научно- исследовательского судна "Шельф-1".

Для частичного уменьшения трудностей и ограничений работы с борта судна буровая вышка была выполнена с возможностью наклона в сторону моря и между ногами вышки была смонтирована откидывающаяся с борта площадка с П-образным проемом. В рабочем положении кронблок вышки находился за пределами борта судна и свисающий трос лебедки находился в центре П-образного проема откинутой площадки.

Для сборки и стабилизации моноопоры в морском дне, последующего монтажа на ней вращателя с механизмом подачи и бурения скважин каждое плавоснование было оснащено лебедкой бурового станка ЗИФ-300 с грузоподъемной силой 20 кН, буровой вышкой высотой 10 м с грузоподъемной силой 300 кН, буровым промывочным насосом (11ГР - на судне, НБ-3 - на катамаране), механизмом для погружения моноопоры в грунт дна, необходимым количеством обсадных и бурильных труб. При этом плавоснование располагало запасом энергетической мощности, достаточной для работы буровых механизмов.

Для удержания судна на точке бурения использовались только два носовых якоря массой 600 кг каждый. Катамаран удерживался на точке бурения четырьмя якорями (два кормовых массой по 300 кг и два носовых - по 450 кг каждый).

Для решения поставленных задач по бурению скважин с моноопорного основания специалистами б. МГРИ был разработан и изготовлен с использованием труборазворота РТ-1200 вращатель морской буровой ВМБ-1. При бурении ВМБ-1 на акваториях Балтийского моря отмечались колебания бурового снаряда и моноопоры из обсадных труб диаметром 0,324 м с толщиной стенки 0,012 м. Эти колебания ускоряли износ буровых коронок, ухудшали качество выбуриваемого керна и затрудняли процесс бурения.

Выявлено, что причина колебаний моноопоры и бурового снаряда в одностороннем (эксцентричном) расположении электропривода вращателя относительно оси моноопоры. При таком расположении привода на моноопору при вращении снаряда действует пара сил, создающая реактивный момент, и сила, изгибающая моноопору. Последняя отклоняет верхний не защемленный конец моноопоры от вертикали на величину, пропорциональную значению этой силы. Силы упругости моноопоры постоянны. Поэтому верхний конец моноопоры отклоняется от вертикали то на большую, то на меньшую величину, т.е. приходит в колебание, которое усиливается силой тяжес-

ти буровых механизмов, установленных на площадке моноопоры.

Для исключения указанных колебаний был изготовлен действующий макет специального вращателя ВМБ-2 для бурения с моноопоры (рис. 2.6). Вращатель ВМБ-2 отличается от известных конструкций расположением симметрично оси моноопоры двух электродвигателей переменного тока (свидетельство № 10416 на полезную модель "Устройство для бурения разведочных скважин", 1999 г.).

Техническая характеристика ВМБ-2

Номинальная глубина скважины, м 150

Диаметр скважины, 10-3 м:

начальный 132

конечный 59

Диаметр бурильных труб, 10-3 м 42; 50

Частота вращения, об/мин 78

Система подачи инструмента Гидравлическая

Ход подачи, м 0,4

Число цилиндров гидроподачи 2

Максимальная скорость подачи, м/мин:

вниз 1,72

холостого подъема 7,05

рабочего подъема 1,41

Максимальное усилие гидроподачи, кН:

вверх 50

вниз 40

Мощность привода, кВт 3,0x2

Габариты, м:

длина 0,97

ширина 0,48

высота 1,25*

Масса, кг 450

[image]

Рис. 2.6. Действующий макет вращателя морского бурового (ВМБ-2) на моноопоре диаметром 0,168 м при бурении на море с катамарана:

1 - моноопора; 2 - корпус вращателя; 3 - электродвигатель; 4 - ведущая бурильная труба; 5 - зажимной патрон; 6 - гидроцилиндр

 

После спуска снаряда до забоя скважины на плиту площадки устанавливают направляющие, на них и на штоки гидроцилиндров надевают траверсу со шпинделем и патроном так, чтобы шпиндель вошел в отверстие вкладыша, и траверсу закрепляют на штоках гидроцилиндров гайками. От бурового насоса по снаряду подают в скважину промывочную жидкость, включают вращение и осуществляют процесс бурения. Подъем снаряда из скважины производят в обратной последовательности.

[image]

Рис. 2.7. Принципиальная схема ВМБ-2:

1 - корпус; 2 - электродвигатель; 3 - редуктор; 4 - полый вал; 5 - водило; 6 - вкладыш; 7 - шпиндель; 8 - траверса; 9 - гидропатрон; 10 - прилив; 11 - плита; 12 - патрубок; 13 - гидроцилиндр; 14 - направляющая; 15 - промывочные окна; 16 - сухарь; 17 - прорезь; 18 - муфта; 19 - стопорное кольцо; 20 - выступ; 21 - моноопора; 22 - буровой снаряд

Работоспособность и эффективность ВМБ-2 подтверждена при бурении производственных скважин с промывкой морской водой при помощи насоса НБ-3 по схеме с открытой циркуляцией промывочной жидкости. Для уменьшения загрязнения вод акватории поступающим из скважины шламом, на верх моноопоры устанавливали "юбку" с отводным патрубком и соединенным с ним шлангом. Шланг сбрасывали в море и его свободный конец в зависимости от глубины воды и длины шланга либо достигал дна, либо находился на расстоянии от поверхности моря, равном длине сброшенного в воду шланга. При бурении насыщенный шламом пород восходящий поток морской воды изливался у дна моря и не загрязнял его поверхностные воды.

Бурение осуществляли снарядом, включающим твердосплавную коронку диаметром 0,112 м, колонковую трубу диаметром 0,108 м, бурильные трубы диаметром 0,042 м и ведущую трубу диаметром 0,05 м. В галечно-щебнистых породах бурили с осевой нагрузкой 3-4 кН и расходом промывочной жидкости 20 л/мин при средней механической скорости 1,5 м/ч; в кварцитовых валунах - с осевой нагрузкой 5-9 кН и расходом жидкости 90 л/мин при средней механической скорости 0,20,3 м/ч.

Выход керна при бурении по валунам с прямой промывкой составлял 50-70 %, с обратной, создаваемой при помощи эжек- торного колонкового снаряда, - 70-90 %. Обратная призабой- ная циркуляция создавала в керноприемной трубе восходящий поток, препятствующий самозаклиниванию и размыву керна. Незначительные потери керна обусловлены повторным пере- буриванием валунов, выпадающих из колонковой трубы в процессе ее расхаживания.

Целесообразность симметричной постановки на вращатель двух двигателей подтверждена практикой. Это исключило биение ведущей штанги и в 2 раза, по сравнению с ВМБ-1, повысило мощность привода вращателя. Теоретические расчеты показывают, что ВМБ-2 обеспечивает с запасом по мощности в 1,16 кВт нормальное бурение скважин диаметром 0,112 м и глубиной до 150 м с частотой вращения бурового снаряда 78 об/мин при осевой нагрузке 10 кН.

Вращатель ВМБ-2 не подвержен качке, так как установлен на погруженной в грунт моноопоре, которую из-за ее малого миделевого сечения волна не раскачивает. Гибкая связь вращателя с плавоснованием (электрокабель и водяной шланг) позволяет плавоснованию без заметного влияния на процесс бурения дрейфовать и качаться в пределах, допустимых по условиям выполнения на нем работ. Поэтому ВМБ-2 позволяет бурить при волнении моря до 3 баллов без применения специальных дорогостоящих и громоздких компенсаторов качки.

Независимо от качки плавоснования гидроцилиндры ВМБ-2 позволяют регулировать и поддерживать необходимую нагрузку на забой скважины и тем самым бурить породоразрушаю- щим инструментом любого известного типа, использовать прогрессивные технологии бурения, отработанные и применяемые в условиях суши, и добиваться высоких скоростей бурения.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2729 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:5528 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2728 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Особливості деформування порід ударником

ОСОБЛИВОСТІ ДЕФОРМУВАННЯ ПОРІД УДАРНИКОМ ЩО ВІЛЬНО ПАДАЄ Величина кінетичної енергії удару для ударника, що вільно падає, дорівнює його потенціальній енергії в крайньому верхньому положенні   , (110) де U – потенціальна енергія ударника; m – маса...

25-09-2011 Просмотров:3120 Механіка гірських порід

Модель объемных сил

Процесс консолидации грунта представляет собой взаимодействие перемещающихся фаз грунта. Можно считать, что защемленные пузырьки газа перемещаются вместе со скелетом грунта, а жидкая фаза (вода) — относительно подвижного скелета грунта. Все...

25-08-2013 Просмотров:1601 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Нивелирование.

9.1. Методы нивелирования Нивелированием называется измерение превышений с целью определения высот точек. Путем нивелирования значения высот передают от исходных точек с известными высотами на точки, высоты которых надо определить. В зависимости от...

13-08-2010 Просмотров:15932 Инженерная геодезия. Часть 1.