Виды установок

Буровая установка (на базе шасси грузового автомобиля является наиболее распространенной в бурении скважин. Хороший вариант – УРБ 2А2. Помимо бурения водозаборных скважин может использоваться для бурения геофизических и структурно-поисковых скважин на нефть и газ, разведки месторождений твердых полезных ископаемых, инженерно-геологических изысканий, а также бурения взрывных скважин. Установка универсальна. Бурение производится вращательным способом с промывкой или продувкой скважины. Цена – 1300 тысяч рублей.

Малогабаритная буровая установка с электроприводом (усиленная). Бурение скважин до 100 метров. Цена – 90 тысяч рублей. Например, установка «Крот» с гарантией 1 год и сроком службы до 15 лет.

Малогабаритная буровая установка на базе прицепа (гидравлика). Предназначена для бурения вертикальных и наклонных скважин глубиной до 200 метров и диаметром до 400 мм в грунтах любой категории твёрдости. Цена – 280 тысяч рублей.

Универсальный навес на технику (гидравлика). Подходит для бурения любых скважин до 300 метров. Максимальная производительность и универсальное применение. Цена – 380 тысяч рублей.

В комплектацию малогабаритных установок входят:

1. Каркас разборный
2. Мотор с редуктором – 2,2 кВт (возможна установка бензинового двигателя 9 л. с.)
3. Вертлюг
4. Сальники,
5. Ручная лебедка + фиксатор
6. Буровая вилка (применяется при замене штанг)
7. Пульт управления + разъемы (для комплектации с электродвигателем)

Буровые штанги и буры, обычно, поставляются отдельно и в комплект буровой установки не входят.

В целом, выбор в пользу того или иного оборудования зависит, как уже упоминалось выше, от поставленных задач. Использование мощных установок целесообразно, конечно, в сложных условиях. Для небольших скважин с относительно мягким грунтом подойдут малогабаритные машины. Оптимальный вариант, когда предприятие, занимающееся бурением, имеет оборудование на все случаи жизни.

Общие вопросы проектирования бурового оборудования.

Эксплуатационно-технологические требования к буровому оборудованию.
Большие объемы бурения скважин в различных отраслях производства предполагают постоянное совершенствование техники и технологии бурения, создание новых технических средств. Уровень развития буровой техники существенно влияет на технико-экономические и эксплуатационно-технические показатели, в том числе долговечность, монтажные качества, транспортабельность бурового оборудования и т.д.
Буровые работы, выполняемые в различных регионах, характеризуются, наряду с назначением, глубиной и конструкцией скважин, большим разнообразием геологических, географических, климатических, дорожно-транспортных, энергетических и других условий. Поэтому для удовлетворения потребностей геологоразведочной службы необходимо располагать буровыми установками разных типоразмеров, соответствующих требованиям бурения скважин в различных условиях. При этом диапазон условий постоянно расширяется, что приводит к необходимости разработки новых буровых установок.
Конструирование (создание) новых машин или механизмов, предназначенных для бурения скважин, представляет собой сложный творческий процесс, вследствие специфических условий работы.
Известно, что любое вновь создаваемое изделие (конструкция) должно выполнять определенный рабочий процесс. Однако конструкция, машина или комплекс, предназначенный для разрушения горной породы на забое, имеет свои специфические условия работы:

· буровая установка представляет собой сложный комплекс различных по назначению машин и механизмов;

· буровая установка является предприятием сугубо временным, часто перевозится с точки на точку;

· наличие длинной гибкой бурильной колонны изменяет параметры, задаваемые на поверхности, при передаче их до забоя скважины;

· процесс бурения резко меняется вследствие изменения состава и структуры горных пород;

· место рабочего процесса удалено от оператора (бурильщика) на большие расстояния, исчисляемые сотнями метров и даже километров. При этом нет возможности непосредственного наблюдения за процессом разрушения пород;

· правильное протекание процесса определяется многими факторами: физико-механическими свойствами горных пород, типом и состоянием в каждое мгновение породоразрушающего инструмента. Многие параметры при этом самопроизвольно, независимо от воли оператора изменяются по специальным, часто неизвестным законам;

· неисправность любого из механизмов бурового агрегата вызывает остановку агрегата (например, в случае выхода насоса из строя необходимо поднять буровой инструмент). Поэтому для достижения надежности системы необходимо предъявлять самые высокие требования к надежности всех ее элементов;

· при конструировании и разработке буровых установок необходимо исходить из того, что надежность элементов, входящих в установку, должна быть на несколько порядков выше, чем ожидаемая надежность установки.

Перечисленные особенности усложняют по сравнению с общим машиностроением выбор исходных расчетных величин, необходимых для выяснения напряженного состояния узлов и деталей бурового оборудования.
Поэтому процесс конструирования современных машин и оборудования – комплексная задача, при решении которой конструктор обязан учитывать экономические, социальные, технические, эксплуатационные, технологические и специальные требования, предъявляемые к создаваемой технике.
Экономические требования включают как процесс эксплуатации буровых машин и систем оборудования, так и процесс их производства. Непременным условием выполнения экономических требований является обеспечение минимальных расходов, связанных с процессом создания новой буровой техники и изготовлением ее в заводских условиях.
Следовательно, производительность машины, обеспечиваемая ею производительность труда обслуживающего персонала и себестоимость получаемой продукции являются важнейшими экономическими показателями создаваемой новой техники.
Одним из важнейших экономических требований при изготовлении машин является снижение (в разумных пределах) возможной массы машин, так как это связано с общегосударственной задачей экономии металла и снижает стоимость изготовления машин.
Социальные требования заключаются в обеспечении максимальной безопасности, легкости управления и создании нормальных условий труда для обслуживающего персонала.
Безопасность обслуживания достигается установкой защитных ограждений вращающихся деталей, исключением возможности поражения рабочих электрическим током, устройством всевозможных средств сигнализации при производстве работ.
Социальные требования при проектировании буровых машин и механизмов должны рассматриваться как обязательные, так как условия труда рабочих относятся к одним из самых тяжелых и опасных, особенно при бурении скважин в подземных условиях.
Технические требования. Основываются на последних достижениях и тенденциях развития отечественного и зарубежного машиностроения. Основные параметры должны быть не ниже стандартов мирового уровня.
Буровые машины должны иметь высокие прочность, надежность, энерговооруженность, коэффициент полезного действия и минимальные энергозатраты. При создании машин должны быть заложены предпосылки увеличения степени их использования во времени за счет повышения надежности, предусмотрены резервы их дальнейшего конструктивного совершенствования.

Эксплуатационным требованиям нужно уделять первостепенное внимание при разработке конструкции машины, на стадии ее испытаний, при выполнении доводочных работ. Исходя из того, что работоспособность машины в процессе эксплуатации будет поддерживаться проведением технического обслуживания и ремонтов, поэтому необходимо предусмотреть возможности: доступа к узлам машины для технического обслуживания и ремонта; контроля технического состояния узлов машины; быстро заменять узлы и детали, подвергающиеся наиболее интенсивному изнашиванию или разрушению.
Технологические требования определяют затраты труда и средств при изготовлении буровых машин и механизмов. К ним относятся: максимальное применение в конструкции стандартных деталей, рациональный выбор материала и способа получения заготовок с целью экономии металла при наибольшем коэффициенте использования; максимальное уменьшение числа деталей и упрощение кинематической схемы (простота конструкции машин); правильный выбор посадок и допусков, что обеспечит точное взаимодействие деталей при эксплуатации.
Специальные требования определяются специфическими условиями работы буровых машин и механизмов. Машины и механизмы буровых установок должны состоять из транспортабельных, легко монтируемых и демонтируемых узлов с учетом доставки их к месту бурения.
Корпуса машин и все их узлы и детали должны иметь высокую механическую прочность и антикоррозионное покрытие (лакирование, горячее цинкование, хромирование, оксидирование).
При бурении скважин в шахтах электрооборудование буровых машин должно иметь взрывобезопасное исполнение. В конструкциях машин нельзя применять легковоспламеняющиеся материалы.
При разработке конструкции машин специалисты руководствуются многими принципами, которые являются специфичными (индивидуальными) для процесса проектирования конкретной машины, и сравнительно небольшим числом общих принципов проектирования, характерных для процесса создания всех машин.
Принципы конструирования постоянно изменяются и зависят от социальных условий жизни, прогресса, науки и техники. Главенствующее значение тех или иных факторов в различные периоды также может меняться.
Создание новых буровых установок на уровне требований современной науки и техники обязательно должно учитывать тенденцию развития собственно процесса бурения и бурового оборудования. Однако поскольку буровая машина – это, прежде всего машина, выполняющая, как и все машины другого назначения, определенный рабочий процесс, то ее создание подчиняется общим законам машиностроения и к ней предъявляются общие требования как к машине вообще.
Поскольку разработка новой конструкции, изготовление опытных образцов, а затем и серийное производство требуют продолжительных сроков, конструктор должен изыскивать методы ускорения создания новых инструментов. При этом первостепенное значение имеет экономическая эффективность. Она должна учитывать весь комплекс факторов.
Эффективность новой конструкции, по сравнению с существующей, определяется рядом показателей:

· обобщенный показатель (R_о):

R_o=K₁C₁+K₂C₂+…+K_nC_n, (1)
где K₁, K₂…K_n – свойства конструкции, влияющие на оценку эффективности;

С₁, С₂…С_n – коэффициенты весомости, характеризующие относительную важность каждого свойства (выбираются на основе экспертных оценок);

· интегральный показатель (R_Σ):

где Q – полезная отдача (например, стоимость пробуренного числа метров или скважин новой конструкции, породоразрушающего инструмента);

P_Σ – сумма расходов на амортизацию, подготовительные расходы, монтаж, демонтаж, материалы.

Этот показатель должен быть больше единицы, иначе новая конструкция будет убыточной по сравнению с ранее применявшейся;

· суммарный экономический эффект:

=

Главные направления современного бурового машиностроения
Современное буровое машиностроение характеризуется следующими главнейшими направлениями: высокая производительность, механизация и автоматизация, надежность, стандартизация, специализация и унификация, агрегатность, увеличение агрегатной мощности, минимальный вес машин, техническая эстетика и техника безопасности, непрерывное совершенствование машин при эксплуатации.

Тема 6 – Материалы и их технология производства, применяемые для изготовления горных инструментов

Долговечность шарошечных долот определяет эффективность процесса углубления скважин, при этом их прочность и износостойкость во многом определяются правильным выбором и качеством сталей и других конструкционных и упрочняющих металлов и сплавов, резин и смазок.

В связи с тем, что буровые долота эксплуатируются в исключительно тяжелых условиях, подбор сталей и других материалов должен быть строго дифференцирован для каждого отдельного элемента долота — от тел качения и подшипников скольжения до корпусов лап, шарошек и армирующих твердосплавных наплавок.

Опора лапы долота — цапфа, на которой вращается шарошка, подвергается воздействию значительных статических и динамических нагрузок. Особенности условий работы цапфы характеризуются контактно-усталостным изнашиванием в случае негерметизированной опоры. Поэтому сталь, используемая для изготовления лапы долота, должна обеспечивать высокую прочность и вязкость в сочетании с высокой контактной выносливостью и хорошей износостойкостью. Кроме того, конструктивные особенности буровых долот обусловливают необходимость хорошей свариваемости материала лап.