Приложение к курсу «технология бурения на ТПИ»
Основные термины, определения и индексы.
Основным документом, определяющим правильность применения терминов применительно к разведочному бурению, является ГОСТ 16276 -70 действующий с 1971 года. К сожалению, этот документ серьезно устарел и в нем имеется масса ошибок и противоречий. Более грамотным источником терминов в области геологоразведочного бурения можно считать «Терминологический словарь по геологоразведочному бурению» 1970 года. Однако и в этом документе имеются некоторые логические неточности. Серьезные недостатки имеются и в последнем терминологическом словаре по бурению скважин, изданном в 2005 году В данном приложении предлагаются основные термины и их определения, в основном согласно терминологическому словарю с небольшими уточнениями, а также грамотное употребление индексов, используемых в буровых рассчетах.
1. Буровая скважина – «цилиндрическая горная выработка в земной коре, характеризуемая относительно малым диаметром по сравнению с длиной».
Замечания:
1. - скважины могут буриться не только в земной коре, но и в искусственных сооружениях, иногда глубиной до 100 и более метров, а во льдах до 3000 метров, и, хотя ипервые метры, но в космических телах (Луна, Марс, комета)
2. – скважины могут иметь сравнительно большой диаметр (до 900 мм.). И тогда они будут отличаться от шурфа (горная выработка) тем, что в скважине не предусмотрено присутствие человека, а в горно-разведочном шурфе тех же размеров, на забое может быть человек (если присутствие человека не предусмотрено, то это «шурфоскважина»).
2. Элементы скважины:
Устье скважины – «Место пересечения скважиной земной поверхности (или поверхности горной выработки при бурении в подземных условиях).
Замечание – определение слишком запутанное – проще « место начала скважины».
Забой скважины – «поверхность донной части скважины, образующаяся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на горную породу».
Замечание – короче «поверхность дна скважины».
Ось скважины –Геометрическое место точек забоя, перемещающегося при углубке скважины»
Замечание – Место точек забоя не понятно. Лучше «геометрическое место точек центров поперечных сечений скважины» или «линия соединяющая центры поперечных сечений скважины от устья до забоя».
Стенки скважины –«боковая поверхность скважины».
Ствол скважины - «внутренняя часть скважины, ограниченная ее стенками».
Длина скважины - «расстояние между устьем и забоем скважины по ее оси».
Глубина скважины – «расстояние между устьем и забоем скважины по вертикали».
Диаметр скважины – «номинальный диаметр скважины, равный диаметру породоразрушающего инструмента»
Замечание - Фактический диаметр скважины на разных участках может быть больше за счет разбурки и разработки ствола скважины, или меньше за счет разбухания пород.
3. Сооружение скважины - (строительство скважины), Выполнение всего комплекса работ, начиная с подготовки площадки и монтажа буровой и кончая рекультивацией территории после бурения, в результате которых скважина пробурена, результаты получены, и скважина ликвидирована или закрыта.
4. Бурение скважины - выполнение комплекса работ, начиная от забуривания до окончания углубки по достижении конечной глубины и завершении всех работ в скважине.
5. Углубка скважины - процесс бурения, при котором происходит разрушение породы на забое скважины и поступательное перемещение забоя.
6. Технология бурения - « ряд последовательных выборов и решений, обеспечивающихэффективное выполнение процессов бурения, включающих и выбор технических средств и способов выполнения процесса». В более узком смысле к технологии относят выбор методов и параметров управления процессом бурения. Этому узкому смыслу близко соответствует понятие режим бурения.
7. Режим бурения - выбор и поддержание рационального сочетания количественных значений параметров процесса бурения, определяющих его протекание. Режим бурения - рабочее ядро технологии, но не охватывает всех её задач и является более узким понятием.
Выделяется три варианта режимов бурения:
-Оптимальный режим – лучшее, с точки зрения выполнения процесса, сочетание параметров, обеспечивающее наилучшие технико-экономические показатели. В определенном смысле термин оптимальный совпадает с понятием - идеальный. К его осуществлению нужно стремиться, но не всегда возможно осуществить.
- Рациональный режим - обеспечивающий наилучшие результаты с учетом реальных возможностей и ограничений.
- Специальный режим – обеспечивающий, в первую очередь, качественное выполнение частной задачи, например, получение кондиционного керна, проведение скважины по заданной траектории и т.п., даже если это достигается в ущерб производительности и себестоимости.
8. Параметры режима бурения:
Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент (ПРИ) - усилие (сила) передаваемое на долото или коронку механизмом подачи бурового станка с учетом веса бурового снаряда, (не путать с давлением на забой, которое создается столбом очистного агента – гидростатическое давление!).
Частота вращения бурового снаряда - скорость вращения бурового снаряда, включая ПРИ, измеряемая вс-1 (система СИ), или в об/мин. (При использовании забойных двигателей– частота вращения ПРИ).
Расход очистного агента - объемный расход очистного агента (жидкость, воздух, пена), подаваемый на забой скважины в единицу времени для жидкости в системе СИ – м-с , обычно в л/мин, для газа и пены – м3 /мин, (измеряется на поверхности, но при использовании изношенных бурильных труб, надо учитывать возможность утечки жидкости до 10 – 20%).
Углубка за оборот - продвижение забоя скважины за один оборот породоразрушающего инструмента. Практически измеряется как углубка забоя скважины в единицу времени деленная на число оборотов ПРИ за то же время
И при изучении технологических зависимостей, и при выполнении технологических и технических расчетов, связанных с бурением разведочных скважин, приходится использовать десятки буквенных индексов, обозначающих технические и технологические параметры. Большинство индексов обозначающих физические величины естественно взяты из физики. Однако, и там число явлений, параметров и связей, которые обозначаются буквенными индексами, оказывается значительно больше, чем общее число букв в латинском и греческом алфавитах. Отсюда отдельные буквы используются для обозначения двух, трех и даже больше самых разных понятий. Поскольку такие наложения неизбежны, необходимо чтобы в одной области и, тем более в одних расчетах, одинаковые индексы для разных понятий не употреблялись. Наиболее, на наш взгляд, сложное положение с индексацией в области геологоразведочного бурения, получилась с буквенным обозначением величины осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. В свое время один из основоположников геологоразведочного бурения Б.И. Воздвиженский в своих лекциях и книгах употреблял индекс - Сос.. Но впоследствии большинство авторов стали использовать для этой величины индекс - Р, и только иногда добавляли Рос. В физике (гидравлике) буква Р однозначно обозначает давление, а осевая нагрузка этосила. Давление и сила вещи разные! и имеют разную размерность, а вот перепутать их, особенно студентам, очень просто. Часто эти два понятия бывают рядом, а то и в одном расчете и даже в одной формуле. Если все же термин Сос. нежелателен, то логичнее применять индекс Fос.,Поскольку в физике именно буква F обозначает силу, а Р всегда - давление.
Второй случай нелогичного упорного использования буквенного индекса относится к букве Q. В одних расчетах, на одной странице, мы можем увидеть букву Q обозначающую и расход очистного агента (что верно!) и вес бурового снаряда! В одном из расчетов индекс Q использовали для обозначении массы вместо законного -m.
Никакой необходимости, никакого смысла в такой неразберихе с применением индексов нет! Для обозначения веса хорошо подходит буква G - Gкр. - нагрузка на крюке, Gкб - нагрузка на кронблок, и просто вес снаряда - G.
В одном расчете показатель трещиноватости назвали W(обычно общая энергия системы), а через 6 строчек показатель трещиноватости обозначен буквой Т. По-видимому, иногда авторы выбирают индексы произвольно, не задумываясь об их физическом смысле и размерности.
Путаница с индексами и при обозначении угла наклона скважины и общего угла искривления. Если зенитный угол -θ и азимутальный угол -α не вызывают противоречий, то обозначение угла наклона в разных источниках расходятся - и β, и δ, и η. Эти же три индекса предлагаются и для общего угла искривления. Наши предложения для угла наклона применять индекс - β (по В.П. Зиненко), поскольку другие индексы более задействованы для других показателей, а угол наклона часто используется при определении возможностей бурового оборудования для наклонного бурения. Очень желательно, чтобы π использовался только какπ (3,14…или 360о).И много других примеров, где буквенные индексы применяются авторами совершенно произвольно, не учитывая их физический смысл, размерность и логические связи.
Приложение к вопросу об индексах.
| индекс | Физика, математика | Бурение | Дополнительно | |
| А | Работа, | + Абразивность | ||
| a | Ускорение | + | ||
| В | ||||
| b | ||||
| C | Теплоемкость, концентрация | Сос. - осевая нагрузка на ПРИ? | Стоимость, себестоимость | |
| c | Скорость света, Скорость ударной волны. | Стоимость 1 часа | . | |
| D | Диаметр | + Dа -условный размер алмаза | ||
| d | Плечо силы | Внутренний диаметр | ||
| E | Энергия, модуль упругости | + | ||
| e | Основание натур. логарифма, экспонента. | |||
| F | Сила | + Все варианты сил, включая осевую нагрузку на ПРИ – Fос. | Площадь | |
| f,ƒ | Функция | Коэффициент крепости | Площадь | |
| G | Сила тяжести, вес | Вес снаряда, Gкр – нагрузк на крюке Gкб -на кронблоке | ||
| g | Ускорение силы тяжести | + | ||
| H | Высота | + Глубина скважины | Ресурс ПРИ | |
| h | Расстояние по вертикали | Углубка, внедрение резца, | ||
| I | Момент инерции, Сила тока. | Интенсивность износа Интенсивность искривления | ||
| i | Частота ударов. | |||
| J | Износ | |||
| K | + Коэффициенты разные | |||
| k | + Коэффициенты разные | |||
| L | Длина | + Длина скважины, длина колонны труб и.т.п. | ||
| l, l | Длина труб, свечей и.т.п. | |||
| M | Момент силы | + | Масса | |
| m | Масса | Число струн, число резцов | ||
| N | Мощность | + | Нормальная сила | |
| n | Число единиц | Число оборотов в единицу времени, число единиц | ||
| Р | Давление | + | ||
| р | рш – твердость по штампу | |||
| Q | Количество теплоты | Расход очистного агента | ||
| q | Удельная величина - разная | |||
| R | Радиус, реакция опоры | + Радиус кривизны | ||
| r | Радиус | + | ||
| S | Площадь | + | ||
| s | Путь | |||
| T | Период (времени), температура. | + Условная вязкость | Трещиноватость | |
| t, t | Время | + | ||
| U | Коэффициент эжекции | Скорость | ||
| u | ||||
| V | Объем | + | ||
| V | Скорость | Скорость углубки, Vм - механическая, Vр - рейсовая, Vт - техническая, Vк - коммерческая, Vц - цикловая, Vп - парковая. Vокр,- окружная и др. V, | ||
| W | Полная энергия среды | + Критерий оптимальности | ||
| α | Азимут, угол заострения | |||
| β | Угол наклона скважины | Коэф. восстановления напора | ||
| γ | Удельный вес | + Угол падения пород | ||
| Δ | Малая величина | + Потери разные | ||
| δ | Кольцевой зазор, ширина лунки выкола, толщина стенки | |||
| ε | Угловое ускорение | + | ||
| η | КПД | + | ||
| Θ | Зенитный угол | |||
| λ | Линейные гидросопротивления | + | ||
| μ | Коэффициент Пуассона | Коэффициент трения | ||
| ν | Кинетическая вязкость | + | ||
| ξ | Коэффициент местных сопротивлений + | |||
| π | π | + | ||
| ρ | Плотность | + | ||
| σ | Напряжение, прочность | + Все виды напряжений | ||
| τ | Касательное напряжение | + | ||
| Ψ | Угол поворота | |||
| φ | Угол встречи скв. с пластом | |||
| χ | ||||
| Ω | Электросопротивление | |||
| ω | Угловая частота | + |
Индексы, выделенные жирным шрифтом должны в первую очередь обязательно использоваться по назначению или только для обозначения очень близких по смыслу понятий. + Основное применение как в физике.
Рекомендуемая литература.
Основная
1. Бурение разведочных скважин. Под ред. Соловьева Н.В.. Учебник. М. «Высшая школа» 2007. 900 стр..
2. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. Под ред. Козловского Е.А.. Т.т. 1 и 2. М. «Недра». 1984. 508 и 434 стр..
. 3. Афанасьев И.С. и др.. Справочник инженера буровика. СПб. ВИТР. 2003. 640 стр.
Дополнительная.
4. Калинин А.Г. и др. Разведочное бурение. Учебник. М. «Недра». 2000. 743 стр..
5 . Буровой инструмент для геологоразведочных скважин. Под ред. Корнилова Н.И.. М. «Недра». 1990. 390 стр.
6. Михайлова Н.Д.. Техническое проектирование колонкового бурения. М. «Недра». 1985.
7. Соловьев Н.В. и др. Ресурсосберегающая технология алмазного бурения в сложных геологических условиях. М. 1997. 328 стр.
8. Шкурко А.К.. Бурение скважин забойными ударными машинами. Л. «Недра» 1982. 168 стр.
9. Пономарев П.П., Каулин В.А.. Отбор керна при колонковом геологоразведочном бурении. Л. «Недра» 1989. 256 стр.
10. Зиненко В.П.. Направленное бурение. Учебное пособие. М. «Недра». 1990. 152 стр..
11 Куликов И.В.,Воронов В.Н., Николаев И.И. Пневмоударное бурение разведочных скважин. М. «Недра» 1989. 239 стр.
12. Журналы: «Разведка и охрана недр», «Геология и разведка».
13. Информационные выпуски.
14. Конспекты лекций по курсам: Разрушение горных пород при бурении, Очистные агенты, Гидравлика и гидропривод, Направленное бурение.
Для самостоятельной работы.
15. Кудряшов Б.Б., Кирсанов А.И.. Бурение разведочных скважин с применением воздуха. М. «Недра», 1990. 259 стр.
16. Яковлев А.М., Коваленко В.И.. Бурение скважин с пеной на твердые полезные ископаемые. М.»Недра 1987.
17. Гончаров А.Г., Винниченко В.М.. Пособие бурильщику и мастеру по предупреждению и ликвидации аварий и осложнений при разведочном бурении. М. «Недра». 1987. 128 стр.
18. Соловьев Н.В. и др.. Охрана окружающей среды при бурении скважин. МГГРУ. 2004. 57 стр.