Обоснование оптимальных параметров процесса бурения скважин большого диаметра в осадочных породах шнеком накопительного типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.14, кандидат технических наук Неплевский, Михаил Олегович

• Неплевский, Михаил Олегович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Неплевский, Михаил Олегович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ПРАКТИКИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО

ДИАМЕТРА.

1.1. Область применения и задачи, решаемые при бурении скважин большого диаметра.

1.2. Обзор горно-геологических условий сооружения скважин большого диаметра.

1.3. Конструкции и специфика сооружения скважин большого диаметра при возведении подземных сооружений и фундаментов зданий.

ГЛАВА П. АНАЛИЗ СПОСОБОВ, ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СООРУЖЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА В МЯГКИХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ.

2.1. Анализ способов сооружения скважин большого диаметра в мягких горных породах при создании фундаментов зданий.

2.2. Существующее буровое оборудование для бурения скважин большого диаметра, применяемое при создании фундаментов зданий.

2.3. Исследование зависимости проходки в рейсе от времени бурения в производственных условиях.

2.4. Задачи дальнейших исследований и методы проведения исследовательских работ.

Ф ГЛАВА Ш. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

В МЯГКИХ ПОРОДАХ.

3.1. Обзор и анализ практики и научных исследований в области бурения скважин большого диаметра в мягких горных породах.

3.2. Исследование величины крутящего момента, затрачиваемого на преодоление сил сопротивления в течение рейса.

3.3. Исследование зависимости величины крутящего момента от продолжительности рейса в производственных условиях.

3.4. Оптимальная величина рейсовой скорости бурения.

3.5. Экономически обоснованная величина проходки за рейс.

ГЛАВА IV. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НЕКОТОРЫХ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование оптимальных параметров процесса бурения скважин большого диаметра в осадочных породах шнеком накопительного типа»

Главным направлением экономической политики правительства Российской Федерации в настоящее время и ближайшем будущем является курс на восстановление прежних темпов роста основных отраслей промышленности и повышение эффективности производства. Необходим переход к принципиально новым технологическим системам, к технике последних поколений, дающим наивысшую эффективность. Необходимо полностью вскрыть резервы экономики, значительно повысить производительность труда, механизировать трудоемкие операции. В решении этих проблем основную роль играют рост производительности труда, снижение материалоемкости и энергоемкости производства, эти направления в будущем позволят сократить отставание в производственной сфере от передовых развитых государств.

Необходимо обратить внимание на трудоемкость работ по возведению подземной части сооружений. Вопросы фундаментостроения занимают важное место, особенно в нашей стране, где приходится вести геологические и инженерно-геологические работы в самых разнообразных грунтовых условиях. В Российской Федерации на долю работ по созданию нулевого цикла приходится 12-15% общих трудовых затрат и до 20-35% общих затрат времени на строительство, стоимость фундаментов составляет от 5 до 25% всей стоимости строительства. Многочисленные исследования и обобщение практического отечественного и зарубежного опытов свидетельствуют о том, что в определенных условиях наиболее эффективным средством, а порой единственно приемлемым, является применение бурового способа для сооружения и необходимой защиты фундаментов строящихся и уже существующих зданий и сооружений.

Изучение области применения скважин большого диаметра позволило сделать вывод о том, что объемы работ по их сооружению в различных отраслях народного хозяйства весьма значительны и продолжают увеличиваться. В полной мере это относится и к производству специальных подземных работ в условиях существующей плотной городской застройки. Анализ особенностей конструкций скважин и бурового оборудования для их сооружения позволяет сделать вывод о том, что при сооружении подземных инженерных объектов в крупных городах наиболее перспективным является применение зарубежных буровых установок марок 'Ъауэр", "Касагранде" и "Либгер". Достаточно большое количество этих установок уже работает на крупнейших строительных объектов Москвы и Санкт-Петербурга. Поэтому исследование основных технико-технологических показателей бурения этих буровых установок представляет большой интерес для организаций, занимающихся в первую очередь созданием новой буровой техники, а также организаций, использующих такую технику в практике.

Буровые установки данных фирм обеспечивают бурение скважин большого диаметра, различным буровым инструментом в широком диапазоне горно-геологических условий. Однако фирмы, сооружающие буровые сваи, применяют различные технологические схемы и буровое оборудование, порой не оптимальные для данных условий строительства. Это повышает себестоимость работ, поскольку отсутствуют единые технико-технологические рекомендации по сооружению буровых свай. Существует ряд проблем, связанных со спецификой работы буровых установок данной конструкции, который до настоящего времени освещен не полностью. В частности, не известны исследования, касающиеся установления оптимального значения некоторых технико-технологических показателей бурения. Эти исследования позволят обосновать рациональные технологические режимы бурения скважин большого диаметра в мягких породах в различных условиях и тем самым повысить технико-экономические показатели бурения скважин большого диаметра, а также установить рациональные области использования существующего бурового оборудования.

Таким образом, целью настоящей работы является обоснование методов повышение эффективности процесса бурения скважин большого диаметра в мягких горных породах для условий фундаментостроения. Обобщение и анализ опыта применения конкретных буровых установок и уточнение основных технико-экономических показателей их использования позволит, по нашему мнению, выработать и сформулировать рекомендации основных технологических параметров установок для бурения скважин большого диаметра.

Заключение диссертации по теме «Технология и техника геологоразведочных работ», Неплевский, Михаил Олегович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования, анализ результатов которых позволяет наметить пути повышения эффективности процесса сооружения скважин большого диаметра в мягких горных породах.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

1. Исследованы условия бурения и типичные конструкции скважин большого диаметра при сооружении инженерных объектов и фундаментов зданий, применяемые в современных условиях.

Определены горно-геологические условия сооружения скважин большого диаметра для целей фундаментостроения.

2. Выявлена закономерность величины проходки в рейсе от продолжительности рейса для шнеков накопительного типа. Установлено, что опытные данные проходки в рейсе удобнее аппроксимировать степенной функцией.

3. Для обоснованного выбора мощности привода буровых установок для бурения скважин большого диаметра, выявлена зависимость величины крутящего момента, затрачиваемого на преодоление возникающих сил сопротивления от продолжительности рейса.

4. Выявлена зависимость, позволяющая определять оптимальное значение проходки за рейс и рейсовой скорости бурения. Установлено, что оптимальное время бурения, при котором функция рейсовой скорости принимает максимальное значение, определяется только затратами времени на проведение спуско-подъемных операций и интенсивностью снижения величины механической скорости.

Данная методика может быть использована и для условий бурения, например в случае снижения механической скорости, за счет затупления породоразрушающего инструмента.

5. Проведена оценка эффективности медленновращательного способа бурения с использованием шнека накопительного типа по критериям: минимальной стоимости бурения скважины; минимальным суммарным затратам времени на сооружение скважины и максимальной прибыли.

Выявлена зависимость технико-экономических показателей процесса сооружения скважины от технологических параметров бурения. Решение оптимизационной задачи по данным критериям позволило определить оптимальную (экономически выгодную) продолжительность рейса. Исследования позволили выработать и предложить методику определения экономически обоснованной продолжительности рейса и производной от нее оптимальной проходки за рейс, ориентированную на производственные условия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Неплевский, Михаил Олегович, 2003 год

1. Арифулин Б.А., Кардыш В.Г. Методика определения мощности на шпинделе вращателя буровых станков. В кн. Методика и техника разведки. - Ленинград: ОНТИ ВИТР, 1979, №30.

2. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивлений резанию грунтов. — М.: Рос. вуз. издат., 1963.

3. Башкатов Д.Н., Олоновский Ю.А. Вращательное шнековое бурение геологоразведочных скважин. -М.: Недра, 1968.

4. Башкатов Д.Н. Планирование эксперимента в разведочном бурении. М.: Недра, 1985.

5. Башкатов Д.Н. Бурение высокодебитных скважин. М.: Недра, 1992.

6. Блинов С.Н., Орьев В.А. Зарубежные установки и инструменты для бурения скважин большого диаметра в рыхлых отложениях.//Техника, технология и организация геологоразведочных работ. М.: ВИЭМС, 1990.

7. Блохин B.C. Композиционная армировка породоразрушающего инструмента. -Хабаровск: ХГТУ, 1997.

8. Бобылев Ф.А. Самметбаев А.А. Затраты мощности на колонковое бурение с применением ЛБТ, СБТ, ССК. В кн.: Совершенствование техники и технологии геологоразведочных работ. Алма-Ата: КазИМС, 1982.

9. Богачев М.Ю. Разработка методов и средств реализации оптимальной технологии бурения. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. — М.: МГТА, 1995.

10. Бондарик Г.К. Методика инженерно-геологических исследований. М.: Недра, 1986.

11. Борзунов В.М. Поиски и разведка месторождений нерудного металлургического сырья. -М.: Недра, 1977.

12. Борисов А.М. Машины для рытья шахтных колодцев и рабочие органы к ним. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. -М.: МГРИ, 1955.

13. Борисович В.Т., Зеленцов Р.В., Чуносов В.В. и др. Бурение скважин большого диаметра. -М.: Недра, 1977.

14. Брылов С.А., Грабчак Л.Г., Добровольский Г.Б. Бурение шурфов и скважин самоходными и передвижными установками. М.: Недра, 1979.

15. Брылов С.А., Грабчак Л.Г. Учебное пособие по лабораторным и практическим занятиям по горноразведочным работам. -М.: МГРИ, 1979.

16. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению. М.: Недра, 1996.

17. Буткин В.Д., Гилеев А.В. Основы техники и технологии бурения горных пород на карьерах. Красноярск: ГАЦМИЗ, 1995.

18. Бухаров АО., Совершенствование технологии бурения шурфов в валунно-галечниковых отложениях. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. — М.: МГРИ, 1984.

19. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. — М.: Недра, 1971.

20. Воздвиженский Б.И., Калинин И.С. Энергозатраты при колонковом бурении скважин малых диаметров. // Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства. -М.: ВИЭМС, 1973.

21. Воздвиженский Б.И., Голубинцев О.Н., Новожилов А. А. Разведочное бурение. -М.: Недра, 1979.

22. Воздвиженский Б.И., Волков С.А. Колонковое бурение. -М.: Недра, 1982.

23. Воронов Ю.Е. Методология проектирования станков вращательного бурения нового технического уровня для разрезов. Дисс. на соиск. уч. степени д.т.н. Кемерово: КузГТУ, 1996.

24. Воронов Ю.В. Теоретические основы оптимального проектирования карьерных станков вращательного бурения. // Тезисы докладов всероссийской научно-практической конференции. Кемерово: 1995.

25. Грабчак Л.Г. Основы теории, исследование процессов и оптимизация технологии бурового способа проведения геологоразведочных шурфов и вентиляционных скважин большого диаметра. Дисс. на соиск. уч. степени д.т.н. -М.: МГРИ, 1974.

26. Грабчак Л.Г., Кабанцев А.И. Зависимость скорости бурения шурфа шнекобуром от осевого давления. // Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства. -М.: ВИЭМС, 1970.

27. Грабчак Л.Г., Бурение шурфов. -М.:Цветметинформация,1973.

28. Дворников Л.Г., Наумкин М.И. О расчете энергоемкости бурения. // Новое в теории и технологии бурения. -М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1991.

29. Добровольский Г.В. Крепление скважин большого диаметра. — М.: Недра, 1988.

30. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. — М.: Машиностроение, 1968.

31. Зиненко В.П. Решение оптимизационной задачи при выборе величины проходки за оборот для алмазного бурения. — М.: Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1993, №5.

32. Инженерные изыскания в строительстве. Под ред. Абрамова С.П. — М.: Стройиздат, 1982.

33. Иоганесян К.В. Спутник буровика . // Справочник. М.: Недра, 1990.

34. Кабанцев А.И. Исследование и совершенствование бурового способа проходки шурфов в мягких породах. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. М.: МГРИ, 1973.

35. Каждан А.В. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1985.

36. Калинин А.Г. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. — М.: Недра, 1997.

37. Калинин И.С. Способы извлечения обсадных труб из скважин. Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства. — М.: ВИЭМС, 1982, №5.

38. Кардыш В.Г., Мурзаков В.В., Окмянский А.С. Техника и технология бурения геологоразведочных скважин за рубежом. М.: Недра, 1989.

39. Кардыш В.Г., Мурзаков В.В., Окмянский А.С. Бурение неглубоких скважин. -М.: Недра, 1971.

40. Кардыш В.Г. Повышение эффективности работы буровых станков. — М.: Недра, 1980.

41. Кардыш В.Г., Мурзаков В.В., Окмянский А.С. Энергоемкость бурения геологоразведочных скважин. -М.: Недра, 1984.

42. Кардыш В.Г., Окмянский А.С. Принципы прогнозирования параметров буровых установок. В кн.: Новые технические средства для бурения геологоразведочных скважин. — Ленинград: Недра, 1989.

43. Катанов Б.А., Пимаков АГ. Новые конструкции бурового инструмента. -Кемерово: Кузбасский политехи, ин-т, 1981.

44. Качан В.Г., Купчинский И.А. Бурение шахтных стволов и скважин. — М.: Недра, 1984.

45. Керимов В.А. Техника бурения скважин большого диаметра. М.: Недра, 1983.

46. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. М.: Недра, 1981.

47. Козловский Е.А, Ребрик Б.М., Сударкин Е.И., Голиков С.И. Система оценки и определения технического уровня новой буровой геологоразведочной техники. -М.: Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1994, №1.

48. Кренделев В.П., Макаров Б.П. Современное состояние и пути усовершенствования техники разведки россыпных месторождений. М.: Труды ЦНИИГРИ, 1967, вып. 69.

49. Кузовлев Б.Н., Олейник В.В. Породоразрушающий буровой инструмент для проходки горных выработок и скважин большого диаметра за рубежом. — М.: ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1984, вып. 10.

50. Курбанова О.А. Надежность горных машин и электрооборудования. // Учебное пособие. Владивосток: ДВГТУ, 1997.

51. Манжосов В.К., Абдраимов С.А., Невенчанная Т.О. Крутильные колебания в трансмиссиях буровых машин. Фрунзе: Илим, 1982.

52. Масленников И.К. Буровой инструмент. // Справочник. М.: Недра, 1989.

53. Медведев И.Ф. Режимы бурения и выбор буровых машин. М.: Недра, 1982.

54. Насонов И.Д., Федюкин В.А., Щуплик М.Н. Технология строительства подземных сооружений. -М.: Недра, 1983.

55. Недорезов И. А. Резание и ударное разрушение грунтов. — М.: Наука, 1965.

56. Некоз С.Ю. Методы оценки и повышения технической эффективности буровой геологоразведочной техники. Дисс. на соиск. уч. степени кт.н. — М.: МГРИ, 1995.

57. Нефтекаталог. М.: НЛП СЛАНТ, 1996, №1.

58. Несмотряев В.И. Исследование и совершенствование основных технологических операций процесса проходки разведочных шурфов бурением в мягких породах. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. -М.: МГРИ, 1968.

59. Николаенко АГ., Седов Б.Я., Терехов Н.Д. и др. Буровые установки для проходки скважин и стволов. -М.: Недра, 1985.

60. Новое в теории, технике и технологии бурения. // Тезисы докладов на научн. конференции ИГД им. А АСкочинского. М.: 1991.

61. Новые конструкции режущих буровых долот со съемными резцами. // Экспресс-информация. Кемерово: Кемеровский ЦНТИ, 1994, вып. 213.

62. Паненков Е.С. Технология устройства набивных свай. М.: Стройиздат, 1987.

63. Попов А.Н. Исследование и совершенствование конструкций буров для проходки шурфов в мягких и рыхлых породах. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. М.: МГРИ, 1974.

64. Проблемы ускорения научно-технического прогресса в строительстве скважин. Сборник научн. трудов Сиб. НИИ нефт. пром-ти. Тюмень: СибНИИНП, 1992.

65. Режуще-шарошечные долота, оснащенные съемными резцами. Экспресс-информация. -Кемерово: КемеровскийЦНТИ, 1994, вып. 213.

66. Ребрик Б.М., Калиничев В.Н., Полежаев А.П. Затраты мощности при вращательном колонковом бурении. // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. Свердловск: 1980, вып.З.

67. Ребрик Б.М., Калиничев В.Н., Полежаев А.П. Методы расчета баланса мощности при вращательном бурении разведочных скважин. // Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства. — М.: ВИЭМС, 1979, №6.

68. Ребрик Б.М., Башкатов Д.Н. и др. О затратах мощности при бурении разведочных скважин. М.: Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1982, №4.

69. Ребрик Б.М. Механика в разведочном бурении. М.: Недра, 1992.

70. Ребрик Б.М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин. — М.: Недра, 1983.

71. Ребрик Б.М., Смирнов Н.В. Принципы оценки способов и технических средств геологоразведочного бурения. -М.: ВИЭМС, 1985.

72. Ребрик Б.М. Бурение инженерно-геологических скважин. // Справочник. М.: Недра, 1990.

73. Ребрик Б.М. Механический критерий технической эффективности разведочного бурения. М.: Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1993, №1.

74. Рекомендации по усовершенствованию инженерно-геологических изысканий промышленного и гражданского строительства. — М.: Строй из дат, 1981.

75. Сафохин М.С., Катанов В.А. Машинист буровой установки на карьерах. — М.: Недра, 1992.

76. Сеськов В.Е., Лях В.Н. Сваи из щебня и гравия в вытрамбованных скважинах для строительства в условиях БССР. — М.: Стройиздат, 1991.

77. Симилнейский Г.М. Исследование и установление рациональных условий удаления мелочи при шнековом бурении скважин на открытых работах. Дисс. на соиск. уч. степени д.т.н. Новочеркасск: Политехнич. ин-т, 1981.

78. Скорняков Н.М. Методика комплексной оценки параметров бурового станка на стадии проектирования. // Новое в теории, технологии и технике бурения. М.: ИГД им. ААСкочинского, 1991.

79. Скорняков Н.М. Теоретические основы проектирования станков вращательного бурения нового технического уровня угольных шахт. Дисс. на соиск. уч. степени д.т.н. Кемерово: КузГТУ, 1992.

80. Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. // Межвузовский научн.-тематич. сборник. Уральская гос. горн. геол. Академия. - Екатеринбург, 1994.

81. Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. // Межвузовский научн. тематич. сборник. Уральская гос. горн. - геол. Академия. - Екатеринбург, 1996.

82. Солодухин М.А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. -М.: Недра, 1985.

83. Справочник по бурению на карьерах. Под ред. Б.А.Симкина. М.: Недра, 1981.

84. Сулакшин С.С. Технология бурения геологоразведочных скважин. — М.: Недра, 1979.

85. Танов Е.И., Площадный В.Я. Шнековый буровой инструмент. // Справочник. -М.: Недра, 1985.

86. Техника, технология и опыт бурения скважин на карьерах. Под ред. д.т.н. В.АПеретолчина. -М.: Недра, 1993.

87. Третьяк А.Я. Сооружения гидрогеологических скважин. — Новочеркаск: НПИ, 1992.

88. Шамшев Ф.А, Тараканов С.Н., Кудряшов Б.Б., Парийский Ю.М., Яковлев A.M. Технология и техника разведочного бурения. — М.: Недра, 1983.

89. Шахирев В.Б. Опыт применения буронабивных свай в БССР. М: Стройиздат, 1986.

90. Шемякин С.А. Теоретическое обоснование оптимального угла резания талого угла. // Сб. научн. трудов Хабаровского гос. техн. ун-та. — Хабаровск: ХГТУ, 1997.

91. Цейтлин М.Г. Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах. Ленинград: Стройиздат, 1987.

92. Ягудин А.М. Буронабивные сваи. -М.: Стройиздат, 1983.