Строительство и архитектура

к.т.н., доцент Магавин С.Ш.

Казахский Агротехнический университет им.С.Сейфуллина, Казахстан

Комбинированный способ бурения скважин большого диаметра

Основу технологического процесса образования скважин различного назначения в строительном производстве составляет механическое разрушение мерзлых и немерзлых грунтов. В связи с этим, конструкции бурового оборудования разработаны с использованием рабочих органов вращательного действия, оснащенных бурильным инструментом режущего типа. Расширение области применения и повышение производительности бурения скважин большого диаметра в мерзлых грунтах возможно через подвод к забою скважины дополнительной энергии в частности динамических нагрузок для разрушения грунта[1].

Для реализации предлагаемого способа бурения скважин большого диаметра предложен следующий способ динамического разрушения при бурениии скважин. Разрушение забоя предполагает комбинирование воздействие на забой крутящего момента, усилия осевой подачи и ударных нагрузок. Со стороны забоя на инструмент при этом действуют силы сопротивления грунта вдавливанию, резанию, динамическому разрушению и силы сопротивления разрушенной массы волочению и транспортированию. Механизм разрушения грунта в этом случае представляется следующим образом.

В начальный период бурения под действием крутящего момента, усилия осевой подачи и усилия статического поджатия инструмент производит стастическое резание грунта. При этом со стороны забоя продвижению инструмента препятствует сила сопротивления грунта резанию, значение которой растет с увеличением срезаемой стружки. С увеличением сопротивления со стороны забоя инструмент вдвигается в направляющую буксу и воздействует на автомат запуска ударного устройства, происходит включение последного в работу. Толщина стружки, срезаемой до включения ударного устройства в работу, является толщиной стружки стастического резания. В период динамического разрушения под действием ударного импульса просходит скол с поверхности забоя некоторого объема грунта, в результате динамического разрушения толщина стружки возрастает до максимальной величины.При дальнейшим вращении рабочего органа происходит статическое резание грунта с одновременным вдвижением инструмента в направляющую буксу и нанесением следующих ударов.

За время одного оборота рабочего органа с поверхности забоя отделяется стружка грунта, величина которой превышает толщину стружки стастического резания, вследствие ослабления забоя динамическим воздействием. Средняя траектория движения инструмента при этом представляет собой винтовую линию с определенным углом наклона к горизонту. Инструменты располагаются на различных радиусах и при вращении разрушают забой по концентрическим окружностям.

В процессе бурения скважины рабочий орган должен выполнять следующие операции: разрушать забой под действием крутящего момента,усилия подачи и ударных нагрузок; перемещать разрушенную породу по забою и по поверхности транспортирующего или накапливающего органа. В соответствии с данной технологией бурения скважины и анализа технически реализуемых вариантов исполнения разработана конструктивная схема рабочего органа, которая включает в себя следующие элементы: корпус с ударными устройствами; породоразрушающую коронку с подвижно установленными на ней инструментами, лемехами и окнами для забора разрушенного грунта; накопитель или транспортер грунта; устройства для подвода энергоносителя к ударным устройствам[2].

Диаметр скважины ограничивает возможность наклонного размещения мощных ударных устройств на породоразрушающей коронке. Наименьший диаметр скважины, при котором можно устанавливать мощные ударные устройства под оптимальным углом наклона к забою, составляет около 3,0 м.

Разработано ударное устройство с механизмом изменения направления ударного импульса, использование которого в значительной мере облегчает компоновку бурильного рабочего органа и позволяет реализовать способ послойного динамического разрушения грунта для бурения скважин большого диаметра. Механизм изменения направления ударного импульса представляет собой изогнутую полость с жидкостью, поршнем-приемником и поршнем-ударником.

Ударный импульс от ударного устройства воспринимается поршнем-приемником и через жидкость, поршень-ударник передается на инструмент, что позволяет наиболее полно удовлетворить требования конструктивной компоновки и выбора рациональной схемы размещения инструментов в забое[3].

Литература

1. Магавин С.Ш., Ошанов Е.З., Утебаев Н.С. Расширение области применения и определения режимных параметров бурильных установок с винтовыми рабочими органами. Сборник научных трудов. Моделирование профессиональной деятельности в условиях информационной инфраструктуры. Караганда, 2005. С.122-125.

2. Харченко В.В., Терехин Е.П., Магавин С.Ш., Кох. В.А. Испытания буровых рабочих органов для проходки скважин большого диаметра в прочных и мерзлых грунтах. Сборник трудов. Совершенствование свайных фундаментов в сложных условиях. Красноярск, 1981. С.42-45.

3. Авторское свидетельство 590439(СССР) Устройство ударного действия А.И. Федулов, В.В. Харченко, М.С. Овчаров, С.Ш. Магавин и др. – Б.Н. 1977. №20.