Введение к работе
Актуальность проблемы. Потребность в сооружении скважин большого диаметра характерна для различных отраслей народного хозяйства страны. В настоящее время большие объемы буровых работ выполняются при возведении подземных инженерных сооружений различного назначения, создании свайных фундаментов, ограждающих крепей и подпорных стен. Особенно это характерно для Москвы с ее плотной застройкой и крайне стесненными условиями строительства. Большинством подрядных строительных организаций применяются буровые установки западногерманской фирмы "Bauer", обеспечивающие бурение скважин в широком диапазоне горно-геологических условий. Однако, ряд проблем, связанных со спецификой работы этих установок в строительстве, требует дополнительного изучения.
Ежегодно в Москве и Подмосковье методом секущихся свай возводятся подпорные и ограждающие стены площадью 15 - 20 тыс.кв.м. и в ближайшей перспективе следует ожидать существенного увеличения объемов этих работ. Анализ технологии сооружения подпорных стен методом секущихся свай показывает, что в общем балансе затрат времени 79,73% приходится иа бурение скважин. В этой связи поиск резервов, повышающих эффективность применения буровых установок при сооружении инженерных объектов является весьма актуальным. Это определило тему диссертационной работы и позволило сформулировать ее цель. Цель работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности использования установок типа BG-9 фирмы "Bauer" путем разработки теоретических и технических положений, позволяющих рекомендовать режимы бурения, которые обеспечивали бы наиболее полную загрузку мощности привода установки и снижение энерго- и трудозатрат при бурении скважин большого диаметра. Основные задачи исследовании. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
провести детальное исследование конструктивных и технологических особенностей установок серии "BG" и выпускаемого фирмой "Bauer" бурового
инструмента с учетом их применения в рассматриваемых условиях, определить затраты мощности в трансмиссии бурового станка;
аналитически и экспериментально исследовать влияние осевого усилия и диаметра скважины на суммарные затраты мощности при бурении установкой "BG-9";
аналитически оценить влияние размеров твердых включений на энергоемкость процесса бурения скважин этой установкой шнековим породораз-рушающим инструментом;
разработать практические рекомендации по совершенствованию технологии бурения скважин большого диаметра установоками серии 'ЪС фирмы "Bauer".
Методика исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований, включающий в себя обобщение и анализ фондовых и литературных источников, описывающих механизм разрушения некрепких пород при вращательном бурении скважин большого диаметра, теоретические расчеты затрат мощности, а также проведение аналитических и экспериментальных исследований. Правильность основных теоретических положений, возможность практической реализации предложенных решений проверялась постановкой экспериментальных наблюдений при работе в производственных условиях. При исследованиях применялась современная контрольно-измерительная аппаратура. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена известными методами математической статистики с применением компьютерной техники.
Научные положения, защищаемые в диссертационной работе, сводятся к следующему.
-
Анализом горно-геологических условий бурения, распределения объемов буровых работ по диаметрам и глубинам скважин и технико-эхономических параметров существующего отечественного и зарубежного оборудования установлено, что при сооружении инженерных объектов в Москве и Подмосковье наиболее эффективным является применение буровых станков серии "BG " фирмы "Bauer" и отечественного породоразрушающего инструмента.
-
Существующая методика определения суммарных затрат мощности (SN) по величинам усилий на резание породы, её проталкивания в межвитковое пространство
шиска и трения о стенки при бурении скважин диаметром 0,5 - 1,5м не учитывает наличия в породе твёрдых включений, дает заниженные результаты и требует корректировки.
-
При встрече бурового инструмента с валунно-галечниковыми включениями SN увеличивается. В рассматриваемых условиях наличие включений размером d, < ОД м. определяет увеличение силы резания в 1,5-3 раза, а общих затрат мощности - на 30-35% по сравнению с затратами мощности при бурении скважин в однородных породах.
-
Критерий технической эффективности является характеристикой, обеспечивающий качественную оценку параметров режима медленновращательного бурения скважин большого диаметра. При использовании установок серии " BG " наибольшая эффективность бурения достигается при максимально возможных осевых усилиях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что автором впервые:
исследованы условия бурения скважин большого диаметра при сооружении инженерных объектов в Москве и Подмосковье, определены характеристики пород, пересекаемых скважинами, размеры и количество встречающихся в них валунно-галечниковых включений;
для обоснованного выбора режимов медленновращательного бурения предложена упрощенная методика расчета суммарных затрат мощности, учитывающая наличие в породе валунно-галечниковых включений;
предложена методика, позволяющая, зная размеры d,, установить максимальный диаметр скважины, при бурении которой затраты мощности не превысят возможностей привода установки, выбрать осевое усилие, при котором наиболее полно будет использоваться мощность привода, и уже на стадии проектирования буровых работ оценить энергоемкость процесса и рейсовую скорость бурения скважин различного диаметра.
Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждается сходимостью расчетных данных и экспериментальных исследований. Относительная погрешность при вычислении по предлагаемым формулам в сравнении с результатами натурных замеров составляет 3,17%, варьи-
руя для различных условий от +8,05% до -7,45%, что вполне приемлемо для инженерных расчетов.
Практическая ценность. На основании теоретических и экспериментальных исследований подтверждено, что в рассматриваемых условиях наиболее эффективно использование установок серия "BG" фирмы "Bauer". В натурных условиях определены фактическая производительность этих установок и трудозатраты на бурение 1м. скважины, предложены формулы расчета затрат мощности для выбора параметров режима бурения. Анализ конструктивных особенностей бурового инструмента, предлагаемого фирмой "Bauer", показывает, что по своим эксплуатационным параметрам он практически не.отличается от имеющегося отечественного, поэтому из экономических соображений при импорте буровых установок целесообразно отказаться от комплектующего их породоразрушающего инструмента. Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научной конференции профессорско-преподавательского и аспирантского состава Московской Государственной геологоразведочной Академии в' 1995 г. и на международных конференциях "Новые достижения в науках о Земле" в 1996 и 1997 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 117 страниц машинописного текста, 18 рисунков, 14 таблиц, список использованной литературы из 83 наименований.
Диссертация выполнена на кафедре Разведочного бурения Московской Государственной геологоразведочной Академии.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору, академику РАЕН Д.Н.Башкатову за постояніюе научное и методическое руководство в процессе выполнения работы. Автор глубоко признателен всем сотрудникам кафедры Разведочного бурения МІГ А за постоянную помощ ь и ценные замечания. В процессе исследований автор пользовался советами и консультациями докторов технических наук Калинина А.Г., Ребрика Б.М, кандидатов технических наук Булгакова Е.С., ЗиненкоВ.П., Назарова А.П., Павлова А.Б., Яшина В.П., за что автор им искренне благодарен.
Автор приносит глубокую благодарность руководству и инженерно-техническим работникам АО "ВИЗБАС" за помощь при проведении исследований в производственных условиях.
