Русская версия English version ДонНТУ Портал магістрів ДонНТУ
Магістр ДонНТУ Iваненко Iван Iванович

Глущенко Євген Сергійович

Гірничо-геологічний факультет
Кафедра технології і техніки геологорозвідувальних робіт
Спеціальність "Буріння"

Розробка шнекоколонкового пристрою зі з'ємним керноприймачем для відбору проб при інженерно-геологічних дослідженнях

Керівник: к.т.н. доц. Юшков Іван Олександрович

Резюме
Біографія
Реферат

Реферат з теми випускної роботи

Вступ. Обгрунтовання теми і актуальність роботи.

Мета, методи і практичне значення роботи.

Аналітичний огляд.

Огляд досліджень з теми.

Очікувані результати.

Конструкція пристрою.

Література.

               Вступ. Обгрунтування теми і актуальність роботи.

            В процесі спорудження свердловини, в умовах складного розрізу, представленого породами різних класів і категорій, доцільне застосування різних способів буріння в комплексі. Основним завданням при відборі зразків гірських порід, є збереження їх природної структури та вологості. Для забезпечення цього раціонально використовувати шнекове, колонкове буріння, застосовуючи при цьому грунтоноси різних конструкцій.
           Обурювальні грунтоноси найбільшим чином задовольняють всі необхідні умови для збереження природної структури і вологості при відборі порід глинистого комплексу твердої і напівтвердої консистенції, піщаних грунтів щільних і середньої щільності, а також заторфованості грунтів.
            Методика буріння з застосуванням такого типу обладнання має ряд недоліків, таких наприклад, як викривлення стовбура свердловини, що в свою чергу негативно позначається на структурі та властивостях відібраних монолітів, а так само ускладнює визначення глибини залягання, грунту і покрівлі відбираємих порід, і рівнів грунтових вод. Застосування магазинних шнеків дозволяє ліквідувати деякі проблеми грунтоносів, однак вони в свою чергу також мають недоліки.
            В даний час в умовах щільної забудови міст з розвиненою мережею комунікацій істотно збільшується необхідність у застосуванні малогабаритного обладнання. Тому не занижуючи як гідності так в принципі і недоліків обертального способу буріння, особливо в період зростання потреби в ньому, слід звернутися до активного його впровадження з обов'язковими умовами як механізації самого процесу, так і модернізації обладнання, що застосовується  [10].

            Мета, методи і практичне значення роботи.

            Мета досліджень – створити шнекоколонковий буровий снаряд для підвищення продуктивності буріння, та отримання представницьких проб грунту, шляхом застосування знімного керноприймача.
            Об'єкт дослідження – буріння інженерно-геологічних свердловин.
            Методи – використання на емпіричному рівні: аналіз і синтез, а також моделювання.
            Практичне значення роботи лежить у створенні ефективного комплексу технічних засобів, для відбору якісних проб грунту при бурінні інженерно-геологічних свердловин.

             Аналітичний огляд.
           

Основним завданням при відборі зразків гірських порід, є збереження їх природної структури і вологості [12].                   

Основними способами при бурінні інженерно-геологічних свердловин, залежно від наступних основних умов є:

1. Ударно-канатне буріння. Застосовується при розвідці рихлих, зв'язних і напівскельних порід. Руйнування породи відбувається в результаті періодичних ударів спеціального породоруйнівного інструменту, підвішеного на канаті. У якості породоруйнівного інструменту можуть застосовувати буровий стакан (зв'язні породи), різного роду желонки (незв'язкові), або долото (напівскельні).

До складу пристрою додаються обважуючі ударні штанги, або ударні патрони.

2. Колонкове буріння. Застосовується переважно в скельних і напівскельних породах, а також в щільних зв'язних ґрунтах. Основним критерієм для даного способу є необхідність очищення свердловини із застосуванням спеціальних бурових розчинів..

Руйнування породи відбувається в результаті обертання пристрою з буровою коронкою на вибої. Зважаючи на геометричні параметри коронки в центральній частині вибою утворюється стовпчик керна, який у міру поглиблення свердловини, заповнює колонкову трубу. Після заповнення колонкової труби, керн відривається від масиву за допомогою кернорвачу, і видається на поверхню.

Колонкове буріння здійснюється з промиванням ствола свердловини буровим розчином, що забезпечує винесення шламу, і підтримку стійкості стінок свердловини. Замість промивання може застосуються очищення свердловини шляхом циркуляції (замість промивальної рідини) стислого повітря, що подається під тиском. При цьому виключається додатковий розмив вибою і керна.

3. Вібраційний спосіб. Є порівняно продуктивним, проте обмежений глибиною буріння. Застосовується при проходці як зв'язкових, так і рихлих порід. У основу даного способу покладений принцип передачі на буровий інструмент подовжніх коливань, що створюються віброзанурювачем.

4. Шнековий спосіб. Є вельми продуктивним, і застосовується при бурінні на територіях з невивченим розрізом. Руйнування породи на вибої відбувається обертаючими долотами різних конструкцій. Порода, після руйнування, транспортується із вибою на поверхню шнеками, що мають гвинтову поверхню по всій довжині [4].

При такому способі утруднено ведення геологічної документації, оскільки її ведуть по виходу породи на поверхню. Існують багато труднощів, пов'язаних з частковим перемішуванням породи в процесі її транспортування, порушення при цьому її структури, і  інших чинників. При цьому практично неможливо точно визначити кордони різних порід, а також зафіксувати рівень ґрунтових вод.

При необхідності відбору проб у вигляді керна, при шнековому бурінні, застосовують магазинні шнеки. Магазинний шнек, це труба з гвинтовою поверхнею, яка з'єднується з буровою коронкою і шнековою колоною. Усередині цієї труби поміщається магазин для керна, що складається з тонкостінної труби, розрізанної вздовж осі.

            Відбір зразків непорушеного складання здійснюється за допомогою спеціальних пристроїв – ґрунтоносів, які можуть бути трьох типів: обурювальні, забивні і вдавлювальні.

Обурювальні ґрунтоноси найбільшим чином задовольняють всі необхідні умови для збереження природної структури і вологості, при відборі порід глинистого комплексу твердої і напівтвердої консистенції, піщаних ґрунтів щільних і середньої щільності, а також заторфованих ґрунтів [3].

 

           Огляд досліджень з теми.

            У ДонНТУ:

Тема: "Розробка бурового снаряда зі знімними грунтоноса для відбору проб грунтів та виконання технічних досліджень у свердловинах за технологією WIRE LINE".
Видання: Буріння свердловин в ускладнених умовах / / Доповіді наук.-Техн. конф. –Донецьк: ДонДТУ, –1996. –С.26-28.
Автори: Юшков І.А.; Каракозов А.А.; Калініченко О.І.; Юшков О.С.; Русанов В.А.; Рязанов А.Н.
Короткий опис: У Донецькому державному технічному університеті проведено роботи зі створення бурового снаряда зі знімними грунтоносами для буріння свердловин на глибину до 150м. при глибині акваторії до 150м. Буровий снаряд призначений для використання на переобладнання нацчно-дослідних судах проекту 05031 при бурінні свердловин на шельфі о.Сахалін.

             В Україні:

Тема: "Буріння свердловин в складних геолого-технічних умовах".
Видання: Буріння свердловин в ускладнених умовах / / Доповіді наук.-Техн. конф. –Донецьк: ДонДТУ, –1996. –С.69-70.
Автори: Пірхало А.В.; Давиденко О.М.
Короткий опис: В якості технологічного заходи щодо забезпечення відбору керна з непорушеною структурою і високим його лінійним виходом пропонується конструкція колонкового снаряда зі шнекової навивкою і контейнером для відбору вибуреної породис кільцевого забою свердловини. Основними конструктивними складовими снаряда є: колонкова труба з шнекової навивкою; шламосборнік; підшипниковий вузол; породоруйнівний інструмент.

            У світі:

Тема: "Створення колонкового снаряда зі змінною грунтоноскою"
Видання: Техніка і технологія отримання керна. –М: Надра. –1963р. –185с.
Автор: А.А. Гребенюк
Короткий опис: Буровий снаряд складається із зовнішньої колонкової труби з породоруйнівним накінечником. При транспортуванні грунтоноскі всередині колони бурильних труб засувки запірного пристрою знаходяться в прибраному положенні, підгорнуті ковзної гільзою. При досягненні вибою свердловини засувки фіксуючого механізму входять в проточки муфти, закріплюючи грунтоноску в корпусі снаряда. В процесі буріння забезпечується нерухомість керноприймальна труби завдяки наявності підшипника. Підйом грунтоноскі проіводітся за допомогою канатного ловителя.

            Очікувані результати.

- Зменшення витрат часу на буріння, і відповідно збільшення продуктивності;
- Збільшення якості відбираються проби;
- Зниження ймовірності виникнення ускладнень і аварій в процесі буріння. [6]

            Конструкція пристрою.

        Рис.1 – Шнекоколонковый пристрій
            На основі проведеного аналізу, та запропонованої принципової схеми, була розроблена конструкція шнекоколонкового бурового пристрою для відбору непорушених зразків керна обурювальним способом, що включає такі основні вузли:
- Корпус;
- Керноприймач;
- Спеціальна коронка.
            Корпус являє собою трубу діаметром 127мм., що має зовні шнекову навивку по всій довжині. Всередині корпусу є розточування, призначена для з'єднання з фіксаторами вставного керноприймача і уступ для його упору. У верхній частині нарізане різьблення для з'єднання зі шнекової колоною бурильних труб, а в нижній зі спецкоронкою.
            В якості бурильних використовуються труби діаметром 127мм., Також мають зовнішню стрічкову навивку по всій довжині, з зовнішнім діаметром по гвинтовій поверхні 167мм. Кут підйому гвинтової лінії становить 36 град, крок 30см. З'єднання труб зі снарядом а також між собою відбувається за допомогою з'єднувальних муфт.
            Бурова коронка ребристого типу діаметром 171,4 мм. (6 ¾ дюйма), спеціально розроблена для цього пристрою, має чотири поперечних ребра, армованих твердосплавними різцями. Крім цього в ній є промивальні вікна для забезпечення циркуляції очисного агенту з кільцевого зазору між корпусом і керноприймачем безпосередньо на вибій.
            Максимальне наближення зовнішнього діаметра бурильних труб до діаметру свердловини, забезпечує зменшення їх згину від осьового навантаження при бурінні, а також поліпшення умов транспортування шламу, через мінімальний зазор між свердловиною і снарядом.
            Керноприймач представляє собою колонкову трубу діаметром 108мм, з'єднану з вузлом фіксації і вузлом підвіски. Керноприемника витягається і опускається за допомогою каната на овершоті в міру наповнення колонкової труби керном. Овершот – це ловильні пристрій, призначений для спуску, захоплення і підйому керноприемника всередині колони бурильних труб на канаті.
            Керноприймач у свою чергу має три основних вузла: 
- Вузол фіксації;
- Вузол підвіски;
- Колонковий набір.

Рис.2 – Керноприймач
            У вузлі фіксації керноприймача знаходяться корпус, хвостовик, фіксатори, і вал для з'єднання з вузлом підвіски. Хвостовик використовується для захоплення овершотом. Фіксатори переміщуються по конічній розточенні всередині корпусу; в крайньому нижньому положенні вони стиснуті, а в крайньому верхньому, за рахунок пружини розімкнуті. При підйомі керноприймача, після захоплення овершотом, він піднімається вгору, стопори при цьому стискаються, і як наслідок звільняють керноприймач від корпусу. При спуску стопори повертаються в крайнє верхнє положення, і фіксуються в розточенні корпусу, фіксуючи при цьому керноприймач.
            Вузол підвіски складається з двох одинарних шарикопідшипника, що дозволяють не передавати обертання колони бурильних труб на керноприймальна гільзу, і тим самим підвищити якість відбираємого кернового матеріалу. Вузол підвіски збірний. Вал, що є перехідним ланкою на колонковий набір, нерухомий щодо обертового снаряда. На ньому встановлюється манжета, що дозволяє утримувати цей вузол маслонаповнених. Заливка масла здійснюється через спеціальне бічний отвір, закритий гвинтом.
            Колонковий набір складається з перехідника з вузла підвіски, кернорвача і колонкової труби. Колонкова труба діаметром 108мм (внутрішній діаметр 98мм), з'єднується з нерухомою частиною підшипникового вузла різьбовим з'єднанням. Довжина керноприймальна частини колонкової труби Залежить від необхідної довжини рейсу, відповідного якісному відбору проби грунту. Зрив керна відбувається за допомогою пелюсткового кернорвача.
            Представлена ​​технологія передбачає вилучення керноприймача на поверхню, без необхідності проведення спуско-підіймальнихі операцій з колоною бурильних труб. Крім значного скорочення витрат часу на буріння, це дозволяє підбирати необхідну довжину колонкової труби, і тим самим збільшити якість проб [2].
            Конструкція пристрою дозволяє, при необхідності, вбудувати датчик фіксації місцезнаходження вибою.
            Буровий пристрій розрахований на застосування шнеко-пневматичного способу очищення вибою, причому конструкція вузла підвіски виключає попадання робочого потоку повітря всередину керноприймальної труби, також підвищуючи збереження керна. Використання як очисного агента саме стисненого повітря дозволить застосовувати розробляємий пристрій для буріння з самохідних бурових установок, оснащених компресорної станцієюю [1].
            У результаті роботи було розроблено програмне забезпечення, що дозволяє визначити витрати потужності, міцностні характеристики пристрою, конкретизувати режими буріння пропонованим пристроєм та інше.
            У процесі дослідження було визначено раціональне число обертів бурової коронки, і раціональне число обертів шнека, що дозволило встановити верхній і нижній межі частоти обертання для всього снаряда.
            Також були розраховані номінальні значення режиму осьового навантаження, і необхідна подача повітря для повного очищення вибою.
            Використовуючи розраховані значення режиму буріння, були встановлені максимальні витрати потужності при умовно найбільш несприятливому геологічному розрізі для кінцевої глибини свердловини 30 м, що складають 39 кВт.
            Анімація – об'єм - 146 кб.; кількість кадрів - 34; час затримки - 0,05с.; кількість повторів - 7.
           
            Література.

1. Курсове та дипломне проектування бурових робіт: Навчальний посібник О.І.Калініченко, О.С.Юшков, Л.М.Івачов та інші: Під ред. О.І.Калініченко. –Донецьк: ДонДТУ, –1998. –153 с.;
2. Standard handbook of petroleum natural and gas engineering, second edition: William C. Lyons, Gary J. Plisga. –USA: Elsevier, –2005. –1569 c.;
 3. Вялое С. С, Егоров Я. И. Экспериментальное определение сил пучения грунтов. – Труды Института мерзлотоведения. –М.: Из-во АН СССР, –1958.; 4. Гогентоглер Ч. А. Строительные свойства грунтов. Пер. с нем. –Изд-во Главного управл. стр-вом шоссейных дорог, –1940.;
5. Дружинин М. К., Горелик А. М. О глубине заложения фундаментов в пучинистых грунтах – Основания, фундаменты и механика грунтов, –1959, –№4.;
6. Жуков В. Ф. Земляные работы при строительстве фундаментов и оснований в области вечной мерзлоты. –М.: Изд-во АН СССР, –1946.;
7. Лебедев А. Ф. Почвенные и грунтовые воды. –М.: Изд-во АН СССР,;
8. Лыков А. В. Явления переноса в капиллярно-пористых телах. –М.: Гостехиздат, –1954.;
9. Пузаков Н. А. Теоретические основы расчета влагонакопления при промерзании грунта. –М.: Транспорт, –1965.;
10. СНиП II-51—74. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. –М.: Стройиздат, –1975.;
11. Тэбер О. С. Промерзание и оттаивание грунтов как фактор разрушения дорожных одежд. – Труды Дорнии. –М.: Дориздат, –1936.;
12. Цытович Я. А., Сумгин М. И. Основы механики грунтов. –М.: Изд-во АН СССР, –1937.

          
            У даний момент магістерська робота знаходиться в стадії розробки. Повний текст роботи буде готовий у січні 2012р.
Резюме || Біографія || Реферат
Русская версия English version ДонНТУ Портал магістрів ДонНТУ