Лекция № 6 Вспомогательные работы при бурении

Процесс бурения связан с рядом вспомогательных работ: подготовка рабочих мест буровых станков (площадок уступов), а также самих станков и вспомогательного оборудования к бурению скважин; бесперебойное обеспечение станков электроэнергией, материалами, буровым инструментом; учет и обеспечение сохранности пробуренных скважин; перегоны станков; их ремонт; наращивание и перестройка линий электропередач; перемещение силового кабеля.

Подготовка площадок уступов к бурению заключается в освобождении их от оборудования (перенос трансформаторных коммуникаций, линий электропередач, трансформаторных подстанций и др.), планирование и очистка от снега, выравнивание навалов породы, засыпка углублений, ликвидация возвышенностей, расширение площадок, устройство дорог для перемещения станков. Эти работы выполняют с помощью бульдозеров и вспомогательного оборудования (бурильных молотков, пневмоударных станков).

Далее производят маркшейдерскую съемку подготовленных площадок, вынос проектных отметок расположения скважин на местность, подвод энергии (сжатого воздуха, воды), перемещение станков на обуриваемый блок уступа, подключение их к трансформаторным подстанциям и подготовку к работе (подъем мачт, подключение воздушных магистралей, замена бурового инструмента и т.д.).

Буровой инструмент, материалы и запасные части доставляют на железнодорожных платформах или автомашинах, оборудованных кранами.

При концентрации на небольшой площади нескольких буровых станков целесообразно оборудовать в карьере простейшие передвижные мастерские, служащие также для хранения инструмента, смазочных материалов и мелких запчастей, обогрева и отдыха рабочих. При вынесении проекта оборудования блока на местность у точек расположения скважин проставляются их номера и проектная глубина. Фактическую глубину скважин определяет машинист бурстанка и выборочно – горный мастер. Дополнительный контроль выполняют взрывники перед зарядкой скважин. Допустимые отклонения параметров сетки и глубины скважин составляют 0.3 м.

Длительность сохранения скважин ограничена. Со временем уменьшается фактическая их глубина из-за обрушения стенок скважин, снежных заносов, наездов автомашин и бульдозеров, сотрясания и т.д. Время повторного разбуривания скважин достигает 5-6% календарного времени работы буровых станков. Особенно интенсивное разрушение наблюдается у стенок наклонных скважин. В среднетрещиноватых породах оно происходит в первые 5-10 дней, а в легковыветривающихся сильнотрещиноватых породах нарастает со временем. Особенно опасно оплывание скважин в вечномерзлых глинистых породах в летний период. Для его предотвращения необходимо максимально сокращать переходящий остаток невзорванных скважин.

В зимний период в устьях скважин могут возникать ледяные и снежные пробки глубиной до 2-3 м; при снежных заносах затрудняется отыскание скважин, особенно при нарушениях сетки бурения. В связи с этим необходимо плотно закрывать устья скважин.

2. Технологические основы автоматизации бурения

Целью автоматического управления процессом бурения является облегчение труда буровой бригады и достижения высокой производительности станка при снижении затрат и выполнения планового объема бурения в заданный срок. Полностью эта цель может быть достигнута после разработки методов и технических средств автоматического управления на основе оптимизации производственных процессов на карьере.

В настоящее время разрабатываются методы и технические средства автоматического управления буровыми станками независимо от других процессов. Оптимальные критерии устанавливаются для конкретных видов бурения и породоразрушающего инструмента. В качестве таких критериев применяют минимум времени на бурение скважин или наилучшие технические технико-экономические показатели буровых работ, например, минимум затрат на бурение одного метра скважины.

Технико-экономические критерии используются в системе автоматического регулирования косвенно, так как непосредственная аппроксимация их в виде электрических сигналов, необходимых для управления, невозможна.

При ручном управлении машинист вынужден постоянно регулировать либо усилие подачи, либо частоту вращения, выдерживая их постоянными при определенной глубине скважины. Автоматизация процесса шарошечного бурения сводится пока к регулированию частоты вращения и усилия подачи на основе анализа в процессе бурения механических и электрических характеристик станка. Частоту вращения бурового инструмента можно регулировать в зависимости от усилия его подачи на забой, а последнее – в зависимости от величины нагрузки (крутящего момента) двигателя станка. Подача должна быть плавной и непрерывной. Причем усилие подачи долота на забой должно превышать сопротивляемость горных пород разрушению (буримость) и обеспечивать наиболее эффективную скорость разрушения.

В разрабатываемых системах автоматизации в породах различной трудности бурения автоматически регулируются и частота вращения бурового инструмента (на основе регистрации скорости бурения), и усилия подачи, которые принимают прямо противоположным буримости пород. Одна из систем была предназначена только для автоматического поддержания установленного оптимального режима бурения: сам же оптимальный режим бурения для горных пород конкретного месторождения определяется при ручном управлении процессом бурения. Последующая система базировалась на статической модели оптимальных режимов бурения в широком диапазоне изменения буримости пород.

Известны также системы автоматического регулирования усилия подачи (подержания оптимальной его величины) по заранее заданной технической скорости бурения при постоянной частоте вращения бурового става.

Более прогрессивным является регулирование режима бурения по допустимому уровню вибрации станка. Усилие подачи на долото задается максимальным, а частота вращения регулируется по уровню вибрации, при превышении установленного предела которого датчик вибрации дает команду о снижении частоты вращения става. При таком способе автоматического регулирования технические возможности буровых станков используются максимально.

Последующие стадии автоматизации процесса бурения связана с переходом к программному управлению буровыми станками в соответствии предусмотренной последовательностью работ исполнительных механизмов станка как в процессе бурения, так и при выполнении вспомогательных операций.

Диспетчерский дистанционный контроль и управления процессом бурения основаны на круглосуточной автоматической передаче и регистрации на пункте диспетчера информации о бурении скважин (обычно одного параметра – усилия подачи бурового инструмента на забой). Эта информация может передаваться по проводным каналам связи или радио. По диаграмме записи усилия подачи бурового инструмента диспетчер или руководитель получают полное представление о состоянии буровых работ: числе и глубине скважин, скорости бурения на любой глубине, спуско-подъемных операциях, наращивании бурового става, простоях, буримости пород и т.д. Это дает возможность квалифицировано руководить работами и выбирать рациональный режимы бурения. Созданы телевизионные устройства, позволяющие производить непосредственные наблюдения в скважинах для изучения строения буримости горных пород.

3. Организация буровых работ