Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние и анализ бурения геологоразведочных скважин с продувкой воздухом 9 стр.
1.1. Работы в этой области, выполненные предыдущими авторами 9 стр.
1.2. Анализ преимуществ и недостатков, область применения бурения с продувкой. Использование вихревых труб 17 стр.
1.3. Постановка задачи на основе анализа всей цепочки:
компрессор – скважина – коронка 28 стр.
ГЛАВА 2. Повышение эффективности работы компрессора за счет использования вторичных энергоресурсов 31 стр.
2.1. Анализ работы и повышение эффективности
компрессорных установок на геологоразведочных работах 31 стр.
2.2. Возможность применения вихревой трубы для обеспечения температурного режима скважины при бурении с продувкой воздухом 34 стр.
2.3. Методика расчета основных геометрических размеров вихревой трубы 36 стр.
2.4. Возможность использования теплоты ДВС привода компрессора и избытков воздуха для теплоснабжения буровых установок 39 стр.
ГЛАВА 3. Температурный режим бурящийся скважины 44 стр.
3.1. Анализ и обоснование возможности применения вихревой трубы для обеспечения температурного режима скважины при бурении с продувкой воздухом 44 стр.
3.2. Методика экспериментальных исследований вихревой трубы 48 стр
3.3. Результаты экспериментальных исследований вихревой трубы 53 стр.
3.4. Моделирование режимов продувки скважин при бурении в многолетнемерзлых породах 63 стр.
3.4.1. Расчет температурного режима, бурящийся скважины 63 стр.
3.4.2. Прогнозирование и регулирование температурного режима при бурении скважин в мерзлых породах с продувкой воздухом 69 стр.
3.4.3. Возможность использования вихревых труб для искусственного замораживания горных пород при бурении скважин в осложненных условиях 79 стр.
3.4.4. Оценка тепловой мощности утилизационной установки 82 стр.
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследование по определению тепловой мощности на забое при работе бурового инструмента 89 стр.
4.1. Метод определения забойной мощности и влияние температуры на работу коронки и на буримость горных пород 89 стр.
4.2. Методика экспериментальных исследований при опытном бурении с продувкой . 91 стр.
4.3. Результаты испытаний при опытном бурении с продувкой 95 стр.
ГЛАВА 5. Оценка экономической и технической эффективности предлагаемых решений. основные выводы и реализации 106 стр.
5.1. Анализ технико-экономической эффективности бурения с продувкой воздухом 106 стр.
5.2. Оценка экономический эффективности при бурении многолетнемерзлых пород с применением вихревой трубы 111 стр.
Заключение 119 стр.
Список литературы
- Анализ преимуществ и недостатков, область применения бурения с продувкой. Использование вихревых труб
- Возможность применения вихревой трубы для обеспечения температурного режима скважины при бурении с продувкой воздухом
- Результаты экспериментальных исследований вихревой трубы
- Методика экспериментальных исследований при опытном бурении с продувкой
Введение к работе
Актуальность работы. В развитии экономики России, как на
современном этапе, так и в расчете на перспективу, важнейшее значение имеют
районы Крайнего Севера и северо-востока Сибири. В этих районах
сосредоточены основные запасы золота, алмазов и других полезных
ископаемых и природных ресурсов. Практически вся эта обширная область
находится в зоне распространения многолетнемерзлых пород, занимающих
более 60% России. Климатические, геолого-гидрогеологические и
горнотехнические условия месторождений, расположенных в
многолетнемерзлых породах, весьма неоднородны и разнообразны, что осложняет организацию геологической разведки и проведение буровых работ. В этих регионах с суровым климатом требуются дополнительные затраты топливно-энергетических ресурсов, как для обеспечения технологического процесса, так и для создания благоприятных условий труда буровых бригад.
Бурение геологоразведочных скважин в многолетнемерзлых породах имеет специфические особенности, в основе которых лежит важнейшая роль температурного фактора. В результате теплового воздействия буровых растворов на лед, цементирующий минеральные частицы породы (в основном песка), связность и прочность последней резко снижается. Это приводит к возникновению осыпей и обвалов стенок скважины, т.е. является причиной осложнений и аварий. Все эти особенности снижают рост производительности и качество колонкового разведочного бурения в сложных природных условиях Крайнего Севера и северо-востока Сибири. Часть проблем решается применением технологии бурения геологоразведочных скважин с продувкой сжатым воздухом. Однако, в этом случае повышается энергоемкость бурения за счет применения компрессорных установок, мощность привода которых значительно больше чем у насосов, применяемых в аналогичных условиях. Кроме того, существенно возрастает влияние высокой температуры на выходе из компрессора, что требует эффективного охлаждения подаваемого в скважину воздуха.
Таким образом, возникает необходимость решения актуальных задач, связанных с регулированием температурного режима циркулирующей промывочной среды, оценкой тепловой мощности, выделяемой на забое скважины, и повышением эффективности работы компрессора при бурении скважин с продувкой.
Объект исследования: технологический процесс бурения
геологоразведочных скважин в условиях многолетнемерзлых пород,
температурные факторы при бурении скважин с продувкой воздухом.
Цель работы: заключается в повышение технико-экономической и геологической эффективности бурения геологоразведочных скважин с продувкой воздухом в многолетнемерзлых породах путем повышения эффективности работы компрессора и нормализации температурного режима скважины.
Задачи исследования:
- анализ особенностей бурения геологоразведочных скважин с продувкой
воздухом и путей повышения эффективности компрессорных установок;
разработка способа повышения эффективности работы компрессора путем использования теплоты двигателя внутреннего сгорания (ДВС), его привода и избытков воздуха;
анализ и обоснование возможности применения вихревой трубы для обеспечения температурного режима при бурении геологоразведочных скважин с продувкой воздухом;
- проведение экспериментальных исследований и разработка
математической модели, позволяющей рассчитать параметры вихревой трубы в
различных режимах;
- теоретические исследования температурных режимов при бурении
скважины с использованием вихревой трубы;
- исследование и разработка методов прогнозирования и регулирования
температурных режимов при бурении скважин в многолетнемерзлых породах с
продувкой воздухом с использованием вихревой трубы;
- проведение экспериментальных и теоретических исследований по
определению тепловой мощности, выделяемой на забое;
- определение экономической эффективности разработанных способов и
параметров бурения геологоразведочных скважин с продувкой воздухом.
Методы исследования: для решения поставленных задач применялся
комплексный метод исследований, включающий стендовые и
экспериментально-производственные исследования, математическое
моделирование, аналитические исследования моделей, анализ и обобщение практического опыта, литературных и научных данных.
Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с
применением методов математической статистики и стандартных
математических и графических программ.
Научная новизна диссертации:
- получена зависимость температуры воздуха на холодном выходе
вихревой трубы, нагнетаемого в бурильные трубы, от давления воздуха;
установлена зависимость температуры горячего потока вихревой трубы от давления воздуха;
предложена математическая модель температурного режима скважины с использованием вихревой трубы, учитывающая изменения начальной температуры от давления воздуха;
- установлена экспериментальная зависимость теплового потока,
выделяющегося на породоразрушающемся инструменте, от режима бурения;
- предложена новая система утилизации теплоты ДВС компрессора и
избыточного воздуха, выходящего с горячего выхода вихревой трубы.
Научные положения, выносимые на защиту:
-Установлена зависимость, позволяющая определить температурный режим бурящейся скважины при различном давлении компрессора и других технологических параметрах, с использованием вихревой трубы.
- Установлена зависимость величины теплового потока, выделяемого на
забое, от скорости объемного разрушения, причем последняя, в свою очередь,
определяется технологическими параметрами бурения.
- Установлена зависимость, позволяющая определить величину
теплового потока при использовании вторичных энергоресурсов дизельного
компрессора с применением вихревой трубы.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются необходимым объемом теоретических и экспериментальных исследований, а также проверкой положений, выводов и рекомендаций в условиях, максимально приближенных к производственным, и достаточной сходимостью опытных данных с результатами ранее проведенных теоретических исследований.
Практическая значимость работы: результаты работы могут быть
использованы при бурения геологоразведочных скважин в многолетнемерзлых
породах, полученные результаты позволяют прогнозировать параметры
температурного режима при бурении геологоразведочных скважин,
разработанная конструкция системы утилизации теплоты ДВС привода
компрессора может обеспечить не только скважину охлажденным воздухом
при бурении в многолетнемерзлых породах, но и отопление помещения
буровой установки утилизированной теплотой, результаты работы
используется при чтении курса «Теплотехника и теплоснабжение
геологоразведочных работ».
Личный вклад автора. Все основные положения, результаты и выводы, выдвигаемые для публичной защиты, получены автором лично.
Апробация и внедрение результатов: Основные положения
диссертации и ее отдельные результаты докладывались на «Международной
научно-практической конференции молодых ученых и студентов»
(Екатеринбург, 2010 г.); XI международной конференции, посвященной 95-
летию МГРИ-РГГРУ «Новые идеи в науках о Земле». (Москва, 2013 г.);
Всероссийской научно-практической конференции с международным участием
посвященной 80-летию основания Старо Оскольского ГРТ имени И.И.
Малышева. (Старый Оскол, 2014 г.); Международной конференции «Молодые
– наукам о Земле». (МГРИ-РГГРУ, 2014 г.); II Всероссийской научной
конференции «Малышевские чтения». (Старый Оскол, 2015 г.);
Международной научно-практической конференции «Новые идеи в науках о Земле». (МГРИ-РГГРУ, 2015 г.)
Публикации по теме диссертации: Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 13 работах, в том числе 4 работы из перечня научных журналов и изданий, рекомендованных ВАКом.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, 4 приложений; содержит 137 стр. машинописного текста, 38 рисунка, 17 таблиц.
Анализ преимуществ и недостатков, область применения бурения с продувкой. Использование вихревых труб
В настоящее время, одним из прогрессивных и высокоэффективных способов бурения в определенных условиях является бурение скважин с продувкой воздухом и другими газообразными агентами.
Сущность этого способа заключается в том, что для очистки забоя от разбуренной породы применяется газообразный агент, в частности сжатый воздух. Из компрессора воздух поступает через нагнетательный шланг в бурильные трубы. При выходе из-под торца режущего инструмента воздух, расширяясь, поднимается по затрубному пространству, увлекая за собой разбуренную породу в выкидную линию и затем в шламосборник, где шлам улавливается специальными приспособлениями, а воздух, свободный от породы, уходит в атмосферу.
Продувка скважины газообразными агентами является эффективным технологическим средством, позволяющим в определенных условиях существенно повысить производительность и снизить стоимость буровых работ.
Исследования очистных агентов скважин, проведенные за последнее десятилетие, благотворно повлияли на ход развития и массовое внедрение новой прогрессивной технологии (газовоздушная продувка) в практику бурового дела.
На западе первые опыты бурения с очисткой забоя воздухом были проведены в 1932 г. в восточной части Техаса, но в дальнейшем были прекращены из-за отрицательных результатов. Затем они возобновились в 1936 г. при бурении разведочных скважин. Полученные результаты, даже при ограниченной подаче воздуха, оказались вполне обнадеживающими. Однако и на этот раз способ не получил распространения. [72]
Лишь спустя 14 лет, в 1950 г., начали планомерно изучать в широких масштабах бурение с продувкой воздухом по трем направлениям, применяя сухой воздух, воздух с небольшим добавлением воды и аэрированный раствор.
Бурение с небольшой добавкой воды в воздушную линию целесообразно проводить при небольших притоках пластовых вод, которые могут вызвать налипание породы на стенки скважины и образование сальниковых пробок [1].
Бурение с аэрированной жидкостью осуществляется путем введения воздуха в нужных соотношениях в поток воды или глинистого раствора.
Важным импульсом к интенсивному развитию новой технологии послужили опыты, проведенные в бассейне Сан-Хуан (США) на северо-западе штата Нью-Мексико, который по праву следует считать родиной описываемого метода. С 1951 г. здесь пробурено 400 скважин с использованием газа и 1000 скважин с частичным применением газа при проходке свиты лиза-верде (мелового возраста) мощностью 240 м. При бурении с промывочной жидкостью продуктивные пласты закупоривались, и единственным способом из числа известных до применения газообразных агентов было ударно-канатное бурение.
За 4 года применения газа в бассейне Сан-Хуан произошло несколько пожаров с тяжелыми последствиями. Ввиду этого здесь впервые в 1953 г. применили для очистки забоя воздух [51, 72]. К концу 1954 г. в указанном бассейне было пробурено 600 скважин глубиной до 2800 м, а к концу 1955 г. — 1200 скважин глубиной от 1000 до 2800 м, со средней механической скоростью, превышающей скорость проходки с промывочной жидкостью на 85%. Достигнутые рекордные скорости и удешевление стоимости работ вызвали большой интерес у нефтяных компаний: новый метод быстро распространился по всей Америке и в другие страны. [51, 82, 73] Американская практика в части применения новой технологии прошла два этапа своего развития.
К первому этапу относится период 1951—1957 гг., когда в широких масштабах велись работы по изучению оптимальных условий применения сжатого воздуха для бурения в различных геологических условиях. Основное внимание уделялось борьбе с водопроявлениями, которые были главным препятствием на пути к эффективному применению газовоздушной очистки забоя. Не решив данный вопрос, нельзя было рассчитывать на широкое внедрение нового метода [51, 72, 73].
Изучение условий бурения с водопроявленнямн проводилось тремя методами незначительных водопроявлениях: с осушением стенок скважины воздухом, перекрытием водоносных горизонтов обсадными трубами, путем цементирования или введения специальных химикатов в водоносные пласты для уменьшения водоотдачи, обработкой вводимого потока воздуха реагентами, служащими для защиты частиц шлама от проникновения воды, — против образования сальников [51].
В настоящее время, кроме США, указанный вид бурения применяется в Канаде, Италии, Франции, Англии, Турции, Венесуэле, Эквадоре, Индии, Китае, в безводных районах Средне-Восточной и Северной Африки и во многих других странах [79].
В России первые опыты с продувкой воздухом начались при разведочном колонковом бурении. Первая скважина пройдена в 1954 г. на Северном Кавказе на месторождении мрамора. На глубине 100 м из-за встретившихся трудностей дальнейшее бурение прекратилось. Однако механическая скорость по пройденному интервалу оказалась значительно выше, чем при бурении с промывочной жидкостью. Полученные результаты положили начало изучению новой технологии. [51]
В 1956—1958 гг. многие геологоразведочные организации проводили опыты по изучению проходки с продувкой воздухом. Но все эти работы были бессистемны, проводились без знания основ технологии бурения с продувкой воздухом, без помощи и руководства со стороны научно-исследовательских институтов. При встрече первых же водопритоков или влажных и вязких глин бурение прекращалось, так как были неизвестны способы преодоления этих трудностей. [72]
Возможность применения вихревой трубы для обеспечения температурного режима скважины при бурении с продувкой воздухом
В настоящее время для бурения разведочных скважин применяют в основном передвижные компрессорные станции с поршневыми компрессорами. Иногда используют стационарные компрессоры рудников, шахт. В настоящее время теплота, выделяющаяся от системы охлаждения ДВС компрессора и выхлопных газов, не используется и теряется, загрязняя воздух. Потери теплоты для компрессорной установки типа ПКСД-5.25 с мощностью привода ДВС 46 кВт примерно соответствует 5,6 кг/ч (5055%) расходу топливо. Экономия может достигаться за счет экономия печного топливо.
Компрессор постоянно работает в номинальном режиме, а употребляется только часть сжатого воздуха, которая подается в скважину, другая часть сбрасывается в атмосферу. Утилизируемое тепло от ДВС компрессора и горячего выхода вихревой трубы (принцип действия вихревой трубы основан на эффекте вихревого температурного разделения газа) возможно использовать на отопление объектов производственного и бытового назначения, на горячее водоснабжение, а также на технологические нужды производства. При этом экономия очевидна, т.к. тепло от ДВС и вихревой трубы не выбрасывается в атмосферу, а непосредственно полезно используется на теплоснабжение объекта при этом сокращаются закупки топлива для этих нужд. Экономический эффект возрастает от применения такой технологии при ее реализации в условиях постоянного повышения цен на топливо с учетом затрат на его транспортировку к месту эксплуатации энергоустановки.
При сгорании топливо в ДВС только часть теплоты преобразуется полезную работу. Эта часть определяется эффективным КПД двигателя, величина которого зависит от ряда факторов и в реальных условиях не превышает 30-35% [3, 48]. Все остальное тепло отводится в атмосферу с выхлопными газами и охлаждающей жидкостью (от охлаждения двигателя, масла).
Величина тепловой мощности, утилизируемой теплоты выхлопных газов и охлаждающей жидкости двигателя соизмеримы с эффективной мощностью ДВС, а утилизация теплоты, отводимый радиатором дизеля, позволяет довести коэффициент полезно используемого теплоты, образуемого от сгорания топлива, до 80 - 85% [48].
Вторичный ТН воспринимает теплоту от выхлопных газов и воды системы охлаждения и передает ее потребителю. В схемах утилизации теплоты крупных ДВС и компрессорных в качестве вторичного ТН принимают воду, т.к. основными источниками теплоты являются котельные с водогрейными котлами. В передвижных установках, при постоянной работе ДВС используют в качестве вторичного ТН воздух, т.к. при переездах, остановках возможно замерзание воды.
Число ступеней утилизации определяется числом теплообменников. Система циркуляции обычно принимается принудительной, т.к. это увеличивает скорость движения воды, что интенсифицирует процесс теплообмена. Естественная циркуляция может быть использована для обогрева небольших потребителей при отсутствии протяженных теплосетей. [54]
Нами предлагается следующая система утилизации теплоты ДВС компрессора и горячего воздуха, выходящего с горячего выхода вихревой трубы. (Рис.2.4). Рис.2.4. Схема использования теплоты ДВС компрессора и вихревой трубы.
Схема работает следующем образом: сжатый воздух из ресивера 3 компрессора 1 подается в вихревые трубы 5 где происходит температурное разделение воздуха на холодный и горячий потоки, после разделения в вихревых трубах 5 холодный поток воздуха подается в скважину, а горячий поток воздуха через сопло 4 с тепловым потоком поступающего из компрессора и ДВС поступает в теплообменник 7. Теплообменник создает сопротивление движению выхлопных газов и за счет этого снижается полезная мощность двигателя, при установки сопла в трубу по которой в теплообменник передается горячей воздух с вихревой трубы и выхлопные газы, в сопле происходит эффект эжеции, принцип которого заключается в следующем: струя горячего потока воздуха с вихревой трубы выходя с большой скоростью из сопла создает разрежение и увлекает за собой выхлопные газы. При этом снижается сопротивление выхлопных газов создаваемая теплообменником, следовательно, в ДВС снижается расход топлива. При остановках процесса бурения на небольшие промежутки времени не происходит очистка забоя, при этом компрессор работает в холостую, что приводит к дополнительным затратам топлива, это отрицательно сказывается на эффективности бурения. Второй вихревой холодильник 5 предназначен для снабжения горячем воздухом теплообменника для снижения потерь при холостой работе компрессора. Для оценки тепловой мощности утилизационной установки необходимо провести экспериментальные исследования вихревой трубы. Необходимо определить расход воздуха и температуру на горячем выходе вихревой трубы.
Результаты экспериментальных исследований вихревой трубы
Во втором случае расчетов применялись теплоизолированные с полиэтиленом бурильные трубы, остальные параметры оставались неизменным аналогично первой случае.
Результаты сделанных расчетов в программе Mathcad представлены на рисунках 3.16, 3.17, 3.18 и 3.19. Результаты расчета с не теплоизолированными стальными бурильными трубами с расходом воздуха 400 кг/ч при глубине скважины 100 м и температурой продувочного воздуха -20 С (рис. 3.16) показывает, что от верхних участков ствола до глубины 25 метров происходит повышение температуры продувочного воздуха и температура становится близкой к температуре породы. При этом до глубины 20 метров в стволе сохраняется постепенно повышающая отрицательная температура. В призабойной зоне на глубине 85 метров наблюдается постепенное интенсивное возрастание температуры воздуха под действием тепла, отбираемого от породоразрушающего инструмента. Температура воздуха на конечной глубине 100 метров достигает в бурильной трубе 15 С и в кольцевом канале скважине 25 С.
При увеличении расхода воздуха до 600 кг/ч (рис. 3.17) на верхних участках скважины температура воздуха постепенно повышается аналогично графику 3.16 и на глубине 25 метров становится близкой к температуре породы. Но на конечной глубине 100 метров температура воздуха в бурильных трубах составляет 10 С, что ниже на 5 С при сравнении с графиком 3.16 и в кольцевом канале составляет 15С также которая ниже на 10 С. Таким образом можно сделать вывод, что с увеличением расхода продувочного воздуха в призабойной зоне скважины снижается зона растепления.
При применении в расчетах теплоизолированных бурильных труб при расходе воздуха 400 кг/ч (рис. 3.18), температура продувочного воздуха в призабойной зоне в бурильных трубах составляет 0 С, а в кольцевом канале 7 С. При увеличении расхода воздуха до 600 кг/ч (рис. 3.19) температура воздуха в бурильных трубах составляет -5С, в кольцевом канале 0 С. Здесь также наблюдается зависимость температуры в призабойной зоне скважины от расхода воздуха.
График распределения температуры в теплоизолированных бурильных трубах (1) и кольцевом канале (2), G=400 кг/ч, Hк=100 м, =2 ч. Рис.3.19. График распределения температуры в теплоизолированных бурильных трубах (1) и кольцевом канале (2), G=600 кг/ч, Hк=100 м, =2 ч.
Исходя из результатов расчета приведенных на графиках (рис. 3.16, 3.17, 3.18, 3.19), можно сделать вывод о том, что применение теплоизолированных бурильных труб в зависимости от расхода воздуха дает возможность снизить прирост температуры продувочного воздуха в призабойной зоне скважине что значительно уменьшает или исключает зону растепления на забое скважине.
При бурении скважин с очисткой забоя воздухом с применением вихревой трубы (рис. 3.20) сжатый воздух с ресивера компрессора подается в вихревую трубу, после температурного разделения холодный поток воздуха через вертлюг подается в бурильные трубы, охлаждая коронку и очищая забой от шлама поднимается по кольцевому зазору и поступает в шламоуловитель. Горячей поток воздуха отводится к утилизатору теплоты. Рис. 3.20. Схема бурения с очисткой забоя воздухом с применением вихревой трубы. 3.4.3. Возможность использования вихревых труб для искусственного замораживания горных пород при бурении скважин в осложненных условиях.
Бурение разведочных скважин в сложных геологических и гидрогеологических условиях, представляет собой трудную задачу, успешное решение которой требует применения специальных технических средств и технологических методов.
Бурение затруднено в обводненных и неустойчивых горных породах, представленных плывунами, песками, гравием, галечниками и в зонах поглощения промывочной жидкости. При бурение многолетнемерзлых пород наиболее часто осложнения встречаются при бурении немерзлых таликовых пород, слагающих надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные зоны геологического разреза [41]. Применение специальных буровых растворов в подобных условиях, не всегда приводит к положительным результатам, особенно при наличии в разрезе мерзлых пород и водоносных горизонтов с высокой минерализацией.
Одним из перспективных направлений преодоления затруднения при бурение геологоразведочных скважин в осложненных условиях является искусственное замораживание слабосвязанных неустойчивых горных пород с целью обеспечения их монолитности и устойчивости.
Сущность искусственного замораживания горных пород заключается в том, что при циркуляции в скважине специального низкотемпературного промывочного агента – хладоносителя непосредственно в процессе бурения скважины происходит замерзание содержащейся в горных породах влаги с образованием прочных и непроницаемых ледопородных корок в стенках скважины и керна, а также впереди движущегося забоя. Образующаяся на стенках скважины и керна ледопородная корка является временным креплением, позволяющим поддерживать устойчивость ствола скважины, предохранять керн от разрушения в процессе бурения и при спуско -подъемных и других операциях. Оценка потребного количество холода, необходимого для замораживания обводненных горных пород, представленных плывунами, рассчитываться в следующем порядке [26]:
Методика экспериментальных исследований при опытном бурении с продувкой
Важным из решающих условий для внедрения метода бурения с продувкой воздухом в практику буровых работ является его экономическая эффективность. Экономическая эффективность при выборе способа очистки забоя в каждом отдельном случае достигается за счет тщательного изучения литологического разреза скважины, геолого-технических и гидрогеологических условий разведываемого месторождения. Для выявления экономической эффективности бурения с продувкой воздухом в крупных геологоразведочных партиях Узбекистана были проведены хронометражные наблюдения по 78 скважинам общей глубиной 10 000 метров. 8000 метров из них пробурено с продувкой воздухом. Для сравнения основных показателей использованы данные о промывке 2000 метров с глинистым раствором. При бурении диаметрами 132 и 112 мм в породах I-VII категорий средние показатели по балансу рабочего времени приведены в табл. 5.1 [51].
Простои и аварий при бурении с воздухом значительно меньше, чем при промывке с раствором, а процент чистого бурения больше. При продувки воздухом время вспомогательных операции несколько больше, что объясняется в следствие нарушения технологии и частично несовершенством конструкции превентора, а также не достаточным опытом бригады. При бурении с очисткой воздухом, аварии составляло 0,21% всего затраченного времени, при бурении в том же районе с глинистым раствором они составляли более 5%.
Скорость проходки наиболее важная из всех технико-экономических показателей. Оно является одним из основных факторов в снижение стоимости работ. В таблице 5.2 представлены данные о средней скорости проходки в зависимости от промывочного агента.
Из таблицы 5.2 видно, что механическая скорость бурения на станко-месяц с продувкой воздухом в 2,3 раза больше, чем с промывкой глинистым раствором, а цикловая в 2,7 раза. Полученные результаты от внедрения бурения с продувкой по данным нормативно-исследовательских партий Красноярского, Иркутского, Якутского геологических управлений и Узбекского главного геологического управления в соответствующих районах приведены в таблице 5.3 [72].
В Якутском геологическом управлении за 1957-1960 гг. проводились хронометражные наблюдения, для выявления технико-экономической эффективности бурения с очисткой забоя сжатым воздухом в многолетнемерзлых породах. Из всего пробуренного 5446 м, с очисткой забоя воздухом бурились 3646 м и с промывкой жидкостью 1800 м. Сравнительный анализ технико-экономических показателей приводится в таблице 5.5 [28].
Пробурено, мЧистое бурение, %Вспомогательные операции, %Монтаж и демонтаж, %Простои, %Ликвидация аварий, %Выход керна, %Проходка на станка-смену, мМеханическая скорость бурения, м/чСметная стоимость 1 станка-смены, руб.Фактическая стоимость 1 станка-смены, руб.Фактическая стоимость 1 м бурения, руб. 40046369,50,58812,24 0,61 81,97 77,00 35,81 50040516,30,72924,71,5081,9781,0016,60
Из табл. 5.5 видно, что при бурении с продувкой воздухом снижаются простои и аварии, улучшается выход керна и стоимость бурения на 1 м снижается в 2 раза.
Из анализа технико-экономических показателей геологоразведочного бурения видно, что производительность бурения с очисткой забоя воздухом в среднем выше на 76%, а снижение стоимости 1 м проходки в определенных условиях достигает в среднем до 50%.