Комплекс малогабаритного бурового оборудования КМБ 2-10

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северный (Арктический) Федеральный Университет Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

ОТЧЁТ ПО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ПРАКТИКУМЕ

По дисциплине Инженерная геология На тему Комплекс малогабаритного бурового оборудования КМБ 2−10

Петросян Федор Абрамович Руководитель практикума В. С. Кутягин Архангельск 2011

• Введение
• 1. Комплекс бурового оборудования КМБ 2−10
• Технические характеристики КМБ 2−10
• 2. Область применения
• 3. Возможности и состав комплекса
• Двигатель привода буровой установки
• Шнековое бурение скважин
• Производительность шнекового бурения скважин
• Колонковое бурения скважин
• Заключение
• Список использованных источников

Малогабаритные буровые установки созданы специально для того, чтобы бурить скважины глубиной до семидесяти метров. Их основным преимуществом являются небольшие размеры. Следовательно, нет необходимости в том, чтобы на месте бурения скважины было очень много свободного пространства, как это часто бывает в случае с большими установками. Установка легко монтируется и демонтируется, следовательно, есть возможность пользоваться ей даже в местах, где нельзя обеспечить заезд транспорта. Для того чтобы осуществлять работу достаточно двух — трех человек.

Малогабаритных установок на рынке не так много, они недороги, спектр задач, с которыми они могут справиться, достаточно широк — и поэтому установки этого вида особенно ценны и традиционно пользуются популярностью среди изыскателей. КМБ 2−10 предназначен для решения задач в области бурения инженерно-геологических (в том числе в помещениях с ограничением по высоте до 2 м), геологоразведочных, сейсморазведочных, поисково-картировочных и технических скважин, а также при сооружении буронабивных и буроинъекционных свай.

1. Комплекс бурового оборудования КМБ 2−10

Технические характеристики КМБ 2−10

Переносной буровой станок КМБ2−10 предназначен для ручного бурения скважин под углом 90−45* при геологических исследованиях на твердые полезные ископаемые, при инженерно-геологических, экологических и сейсмических исследованиях в труднодоступной местности, а также для бурения отверстий при строительных работах.

Комплекс включает унифицированный малогабаритный станок с бензоприводом в варианте на стойке (с подвижным вращателем) или в ручном варианте, обеспечивающий бурение скважин как шнековым, так и колонковым способом глубиной до 10 — 20 м, а также бурение шпуров.

Таблица 1

Техническая характеристика буровой установки КМБ-2−10

2. Область применения

· геология (бурение поисковых, геологосъёмочных, геохимических скважин);

Геологической съёмкой называется совокупность работ по сбору полевых материалов и по составлению геологической карты того или иного типа. Комплексные геологические съёмки подразделяются на общие или региональные и детальные. Общие (региональные) съёмки делятся по способу выполнения на маршрутные, выполненные при помощи отдельных маршрутов, и площадные, при которых обследуется с большей или меньшей детальностью вся площадь территории.

· инженерная геология (бурение при изысканиях трасс автомобильных и железных дорог, для проектирования фундаментов зданий);

Инженерно-геологические изыскания наряду с геодезическими работами являются основным видом изысканий, выполняемых для строительства автомобильных дорог.

Задачей инженерно-геологических изысканий является:

а) Совместно с экономическими, геодезическими и гидрологическими изысканиями обосновать правильный выбор трассы проектируемой дороги;

б) Собрать исходные данные для проектирования автомобильной дороги и выявить условия ее строительства и эксплуатации в той части, в какой они определяются природными факторами района строительства (климат, геологическое строение, гидрогеологические условия, почвы и грунты, современные физико-геологические процессы).

· горное дело (бурение скважин, в т. ч., в подземных горных выработках);

Подземное бурение — бурение из подземных горных выработок шпуров и скважин, не имеющих выхода на дневную поверхность. Подземное бурение используется для проходки взрывных скважин и шпуров при сооружении подземных горных выработок и подземной разработке месторождений, горнотехнических скважин при эксплуатации месторождений, а также поисково-разведочных скважин при изучении геологического строения месторождений, их разведке и подсчёте запасов полезных ископаемых.

· строительство (сверление отверстий в стенах и перекрытиях зданий для подводки коммуникаций);

На сегодняшний день является самым быстрым, удобным и безопасным методом изготовления (устройства) отверстий (в размер) в железобетоне (ж/б, ж/бетоне, монолите), бетоне, кирпиче, камне, граните и др. материалах под сети коммуникаций: вентиляция — отверстия для провода через стены и перекрытиях коробов и труб; отопление, канализация, водопровод, пожарный водопровод, холодоснабжение, теплоснабжение — отверстия для провода сквозь перекрытия труб стояков, а в стенах и перегородках для разводки сетей по этажам, в наружных стенах и фундаментах для подключение к наружным коммуникациям (магистралям); электроснабжение, интернет, связь, системы пожарной и др. сигнализации, слаботочка — отверстия в стенах и перекрытиях под кабеля, кабель-каналы, трубные блоки; кондиционирование — отверстия в стенах и перекрытиях под трубы хладогена; а так же всевозможные технологические (в том числе и монтажные) отверстия как в стенах, перекрытиях и фундаментах.

· в сельском хозяйстве, лесоводстве, озеленении, бурение скважин для столбов ограждений, мелких скважин на воду и др.

3. Возможности и состав комплекса

Двигатель привода буровой установки

В современных буровых установках в качестве основных энергоприводов используют двигатели внутреннего сгорания. Дизельное топливо — основное и легкодоступное сырье. На некоторых буровых установках применяют двигатели, работающие на природном газе.

Число и габариты главных двигателей зависят от назначения и характеристик буровой установки. В буровых установках для неглубокого бурения (менее 20 м) используют два двигателя мощностью 2−5 кВт. Энергия к различным механизмам буровой установки передается механическим или электрическим путем. При механической передаче энергия от каждого двигателя передается в общий узел, называемый трансмиссией.

Шнековое бурение скважин

При проходке неглубоких скважин в мягких и рыхлых породах широкое распространение получило вращательное бурение с транспортировкой разрушенной породы на поверхность шнековым транспортером, выполняющим одновременно функции бурильной колонны. Этим способом осуществляется бурение скважин глубиной до 50 м (реже до 80 м), диаметром от 60 до 800 мм. Шнековое бурение скважин применяется для бурения взрывных скважин при сейсморазведке, при инженерно — и гидрогеологических исследованиях, геологической съемке, поисках и картировании, разведке некоторых видов полезных ископаемых.

Процесс бурения шнеками включает в себя разрушение породы на забое, которое в зависимости от ее физико-механических свойств представляет собой резание или разрыхление и транспортировку продуктов разрушения, поступающих на шнековый транспортер, к устью скважины.

Инструмент для бурения скважин шнеками.

Инструмент для шнекового бурения состоит из долота и шнековой колонны. Конструкции долот для шнекового бурения довольно разнообразны. Наибольшее применение получили двух — и трехперые долота со ступенчатой режущей кромкой, армированной резцами из твердых сплавов.

Шнековая колонна (шнеки) представляет собой составленную из отдельных 1 — 3-метровых секций стальную трубу диаметром 60−73 мм с навитой спиралью и приваренной стальной лентой толщиной 5−6 мм и шириной, соответствующей рабочему диаметру долота (наружный диаметр шнека на 15 мм меньше диаметра долота). Шаг винтовой полосы составляет 07−0,9 величины диаметра шнека.

Для бурения с отбором керна применяют шнеки с большим проходным отверстием в трубе, позволяющим размещать внутри колонны съемный керноприемник-грунтонос.

Основными параметрами режима шнекового бурения скважин являются осевая нагрузка и частота вращения шнека.

В зависимости от типа долота можно выделить два основных способа разрушения породы на забое при шнековом бурении. Долота, лопасти которых обращены к плоскости забоя под прямым углом, вдавливаются в породу осевым усилием и при вращении производят ее резание или разрыхление. В этом случае порода не сразу поступает на реборду (спиральную ленту) шнека, а дополнительно дробится и перемалывается на забое, что снижает эффективность бурения. При использовании долот с лемехообразными лопастями, обращенными к забою под острым углом 30−60°, производится резание породы, скользящей по лопастям долота непосредственно к шнековому транспортеру. Такие долота эффективны в пластичных глинах и аналогичных им породах. Мощность, расходуемая на разрушение породы при шнековом бурении, изменяется обычно в зависимости от условий в пределах 3−6 кВт.

Разрушенная порода вытесняется вращающимися лопастями долота на ленту шнекового транспортера. Дальнейший ее подъем возможен при условии, что угол винтовой линии спирали меньше угла трения породы о поверхность шнека. Движение породы вверх происходит в результате того, что пластичная породная масса образует со спиралью шнека пару «винт — гайка». Породная масса («гайка»), удерживаемая от вращения неровностями ствола, при вращении винтовой поверхности шнека перемещается вверх. Режим ее перемещения определяется частотой вращения шнековой колонны. Необходимым условием работы шнекового транспортера является замедленное, по сравнению со шнеком, проворачивание породной массы в стволе скважины, что обусловлено различием коэффициентов трения пар «порода — порода» (0,8−1,0) и «порода — сталь» (0,3−0,65).

Производительность шнекового бурения скважин

Производительность шнекового транспортера должна быть не меньше производительности долота с учетом разбуривания ствола (1,0−1,3) и разрыхления породы (1,3−1,6). Обычно минимальная частота вращения при диаметре шнеков 70−100 мм составляет 160−200 мин, а максимальная — 500−700 мин. С увеличением диаметра шнека минимальная и максимальная частоты уменьшаются.

Мощность, расходуемая на трение колонны шнеков о стенки скважины, колеблется в пределах 0,2−0,8 кВт, а на транспортировку породы — 0,16−0,43 кВт.

Затраты мощности при постоянном числе оборотов и прочих равных условиях зависят от скорости подачи и углубления долота в породу за оборот. По мере увеличения скорости подачи снаряда коэффициент заполнения шнеков возрастает и в сыпучих или обильно увлажненных породах может достигать 1. При этом резко возрастают силы трения породы о поверхность шнека, разрушается нормальный вынос ее на поверхность, что резко увеличивает непроизводительные затраты мощности и нагрузку на привод.

Одной из мер снижения мощности, расходуемой на шнековое бурение, является подача на забой при бурении сухих и вязких пород некоторого количества воды (2−5 л/мин или 8−20 л на 1 метр углубки). Вода может заливаться в затрубное пространство или закачиваться через шнеки. При этом скорость бурения увеличивается до 30%, а расходуемая мощность уменьшается до 20%. Шнековое бурение в большинстве случаев может осуществляться без приложения к долоту дополнительной осевой нагрузки.

Внедрение лезвий долота в мягкую породу происходит под действием веса шнека, а также реактивного усилия, возникающего при транспортировке разрушенной породы. Величина его равна усилию проталкивания породной массы по шнековому полотну и составляет 8,0−120 кН на каждый метр длины шнековой колонны. Нередко возникает необходимость разгрузки долота от чрезмерного реактивного усилия шнека во избежание его поломки. Эта операция осуществляется лебедкой бурового станка или механизмом подачи. Дополнительная осевая нагрузка прикладывается к долоту при забуривании скважины, а также при бурении по мерзлым породам, сухим плотным глинам и пескам. В этом случае она может достигать 15−30 кН.

При бурении по гравийно-галечниковым отложениям применяется обычный режим бурения, если размер отдельных галек (кусков щебня) не превышает 80 мм. Крупные твердые включения и валуны отбиваются в сторону или разрушаются ударами при расходке с вращением.

Наиболее существенным недостатком шнекового бурения является трудность определения глубины, с которой поднята породная масса, являющаяся в этом виде бурения пробой минерального вещества. Это происходит из-за того, что при транспортировке породы шнеком она непрерывно перемешивается из-за разных скоростей движения частиц породы, находящихся на различном удалении от оси вращения. Во многих случаях при бурении скважины глубиной 20 м не фиксируются пропластки мощностью до 1 м. Этот недостаток частично может быть устранен следующим технологическим приемом. Через равные промежутки углубки (например, через 1 м) подача инструмента прекращается до полного подъема всей породы по данному интервалу опробования.

Колонковое бурения скважин

При колонковом бурении разрушение породы на забое производится прорезанием кольцевого канала при помощи вращения колонковой трубы с размещенной на ее конце буровой коронкой. При этом в центральной части забоя (внутри колонковой трубы) образуется керн в виде столбика (монолит) ненарушенной структуры. После образования керна достаточной длины его отрывают от массива при помощи кернорвателя, устанавливаемого на колонковой трубе сразу над коронкой и поднимают на поверхность.

Следует отметить, что на инженерных изысканиях колонковое бурение в большинстве случаев производится «всухую», углубка скважин, в этом случае, нередко осуществляется грунтоносами обуривающего типа.

Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором, обеспечивающим вынос шлама и создающим надлежащий вес столба жидкости в скважине для поддержания в ней равновесия при помощи гидростатического давления, что позволяет поддерживать устойчивость стенок скважины.

Для получения качественных образцов проходимых пород, необходимо, чтобы глинистый раствор, помимо вышеуказанных, удовлетворял следующим требованиям:

образовывал тонкую (0,5−1,0 мм) плотную корку на стенках скважины для предотвращения поглощения промывочной жидкости;

обеспечивал минимальное содержание свободной воды в суспензии с целью предотвращения набухания глин в стенках скважины.

Таким требованиям отвечает раствор, приготовленный из бентонитовой глины, обладающей высокой дисперсностью, тиксотропностью. Контроль за качеством глинистого раствора и за его свойствами во время бурения устанавливают лабораторными методами, определяя его следующие параметры:

1) вязкость;

2) водоотдачу;

3) содержание фракций крупнее 0,005 мм;

4) суточный отстой;

5) толщу глинистой корки 6) сопротивление сдвигу;

7) стабильность суспензии;

8) плотность;

9) рН;

10) содержание газов;

11) температуру.

Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:

исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя;

исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов.

Ну и конечно исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам.

Существенная причина, препятствующая широкому использованию данного метода, заключается в геолого-гидрогеологическом ограничении возможности бурения: продувание забоя наиболее целесообразно и эффективно проводить в скважинах, не содержащих воду в жидком состоянии.

Заключение

В ходе работы по рассмотрению комплекса малогабаритной буровой установки КМБ 2−10, выявили что преимуществом данной установки бурения является надежная конструкция уплотнения подачи воды в буровые штанги, что исключает затраты времени на его замену, как при бурении, так и после. Низкая высота установки (из-за отсутствия вертлюга под редуктором) позволяет бурить скважины в невысоких помещениях, подвалах домов (при длине буровых штанг 1500 мм высота установки 2,4 м, а при длине 1000мм — 1,8м).

Буровая установка состоит из отдельных блоков, которые легко и быстро монтируются, что очень удобно для транспортировки и сборки непосредственно на месте бурения скважин, проведения работ в труднодоступных местах и подвальных помещениях.

Для перевозки установки бурения скважин подходит Газель, Соболь или аналог, а так же прицеп легкового автомобиля.

буровой станок инженерный геологический

Список использованных источников

1. Справочник: В 2-х т. Т.2. Буровой инструмент. — М.: «Издательство «Недра», 2003. — 494 с.: ил. ISBN 5−247−3 879−7

2. «Методические указания по инженерно-геологическим изысканиям» В. Завадский: Москва — 1971

3. ГОСТ 26 699–98 «Установки бурильные шахтные. Общие технические требования и методы испытаний»

4. Геология. «Общий курс лекций», 4 изд., т.1−2, СПБ, 1995;12;

5. http://www.buroviki.ru/