Основные направления совершенствования технологии искусственного искривления скважин в твердых и крепких горных породах

гащения песков по обе стороны установки предусматриваются откидные борта, выполняющие роль обслуживающих площадок во время работы и поднимаемые при транспортировке установки. Работа передвижной обогатительной установки характеризуется достаточной производительностью, относительно низкой трудоёмкостью обработки всех типов песков. При этом обеспечивается комплексная переработка россыпного материала, повышенная достоверность обработки проб, снижена металлоёмкость установки и потребление электроэнергии, повышена механическая и технологическая надежность. Извлечение крупного золота и тяжелых минералов составляет 100%, мелкого -до 96%, тонкого золота - до 90-94%, при нижней границе улавливаемого золота

гарантировано до крупности 20 мкм и ниже. Производительность по исходным пескам 10-20 м3/ч.

Получение при крупноваловом опробовании с попутной добычей полезного ископаемого данные позволяют подробно и всесторонне изучить месторождение, а попутно добытое сырье при реализации может окупить все расходы и финансово обеспечить последующие изыскания.

Передвижная обогатительная установка может использоваться в качестве промывочно-обогатительного прибора при необходимости осваивать малые по запасам непромышленные месторождения полезных ископаемых.

Иркутский государственный технический университет. Рецензент А. С. Механошин

УДК 622.243.3

В.В.Нескоромных, П.С.Пушмин, А.А.Наделяев, Л.С.Фадеева

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН В ТВЕРДЫХ И КРЕПКИХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Проанализированы горно-геологические условия, ограничивающие область применения имеющихся на сегодняшний день технических средств искусственного искривления стволов скважин. В результате анализа выявлены характерные проблемы, возникающие на начальном этапе работ по искусственному искривлению стволов скважин, в частности, защемление породоразрушающего инструмента в скважине при установке и раскреплении отклонителя. Предложены возможные способы снижения вероятности защемления породоразрушающего инструмента, одним из которых является введение шарнира в соединение вала-ротора с породоразрушающим инструментом. Подобное решение позволит повысить ресурс отклонителя, его силовую характеристику, а также увеличить интенсивность набора кривизны.

V.V.Neskoromnych, A.A.Nadelaev, P.S.Pouchmin, L.S.Fadeeva Main routes of perfecting of technology of the synthetic bending of chinks in solid

and proof rocks

The geological conditions limiting a field of application of means available on today of a synthetic bending of trunks of chinks are parsed. In an assay value the characteristic problems originating on a pioneering stage of activities on a synthetic bending of trunks of chinks, in

particular, pinching down action of a rock-breaking tool in a chink at installation and a toming of the deflecting tool are revealed. Possible ways of drop of probability of pinching down action of a rock-breaking tool are offered, one of which is introduction of the hinge in connection of a bank - curl with a rock-breaking tool. The similar solution will allow to increase resource of the deflecting tool, his power characteristics, and also to increase intensity of a panel of curvature.

Направленное бурение скважин является в большинстве случаев необходимой, а потому перспективной технологией разведки месторождений полезных ископаемых, позволяя решать наиболее актуальные задачи геологоразведочного бурения, к которым относятся:

- многократное пересечение рудных тел многоствольными скважинами взамен одноствольных (в частности, при разведке крутопадающих тел);

- отбор технологических проб полезного ископаемого большого объема путем бурения многоствольных скважин в пределах рудного тела;

- поиск «слепых» рудных тел дополнительными стволами скважин в сочетании с методами скважинной геофизики;

- применение более скоростного и менее затратного бескернового способа бурения шарошечными долотами взамен колонкового для разведки месторождений с последующим пересечением рудных тел, наличие и вертикальные границы которых надежно определяются методами скважинной геофизики;

- применение кустового бурения скважин в случаях значительных затруднений по сооружению отдельных буровых площадок и коммуникаций (болотистая или горная местность, бурение под акваторию шельфа);

- сокращение объема бурения скважин в сложных горно-геологических условиях (поглощения, обвалы стенок и др.) за счет бурения взамен ряда одноствольных скважин одной многоствольной, основной ствол которой пересекает зону осложнений,

а дополнительные стволы бурятся на более глубоких горизонтах уже в более благоприятных горно-геологических условиях; - снижение интенсивности естественного искривления путем применения технических средств и технологий стабилизации направления ствола скважины.

Таким образом, применение методов направленного бурения при разведке месторождений позволяет повысить объем и качество геологической информации, сократить затраты времени и средств на разведку месторождения путем снижения необходимых объемов буровых работ и дополнительных затрат, связанных с геологическими осложнениями, повышая таким образом эффективность буровых работ.

Помимо этого, в настоящее время находит применение способ добычи полезных ископаемых путем строительства эксплуатационных скважин. Применение методов направленного бурения позволяет значительно повысить эффективность данного способа добычи полезного ископаемого.

Несмотря на явные преимущества, технологии направленного бурения часто не находят применения при проведении геологоразведочных работ в связи с тем, что горно-геологические условия участка работ ограничивают область применения имеющихся на сегодняшний день технических средств искусственного искривления. В частности, к таким условиям относится бурение в твердых и крепких горных породах.

Характерной проблемой, возникающей на начальном этапе работ по искусственному искривлению, является защемление породоразрушающего ин-

струмента в скважине при установке и раскреплении отклонителя [2].

Результатом защемления породо-разрушающего инструмента являются:

1. Дезориентация отклонителя под действием реактивного момента МР (рис. 1а);

2. Повышенные изгибающие нагрузки, испытываемые валом-ротором под воздействием реактивного момента жесткой заделки МЖ (рис. 16), снижающие срок эксплуата-

Ж =

п

•

Рис. 1. Явления, сопутствующие защемлению инструмента:

а - дезориентация отклонителя; б -нагрузки, испытываемые валом-

ции отклонителя.

При рассмотрении вала-ротора как нагруженной балки с жесткой заделкой максимальный изгибающий момент МЖ приходится на соединение вала с поро-доразрушающим инструментом (рис. 1 б). Значение его определяется из зависимости

Мж = РР • /, (1) где РР - распорное усилие, Н; / - расстояние от точки приложения усилия до соединения вала-ротора с породоразрушающим инструментом, м.

Нормальное напряжение о, возникающее при изгибе, определяется из формулы

о =

МЖ

Ж

где Ж - момент сопротивления сечения вала при изгибе, Н-м.

32р

где р - наружный диаметр вала, м; а - внутренний диаметр вала, м.

Тогда из формул (1), (2) и (3) имеем

РР • / • 32Р

о=П

Рассмотрим в качестве примера отклонитель ТЗ-59, имеющий следующие параметры: Р=0,03 м; ё=0,01 м; /=0,4 м; РР=РОС - при углах скоса ползуна 450, где РОС - осевая нагрузка на отклонитель, условно принятая равной 5000 Н. Подставляя приведенные значения в формулу (4), получим величину нормального напряжения

о = 763943726 Па = 763,9 МПа.

Исходя из того, что предельные напряжения на изгиб для легированных конструкционных сталей находятся в пределах 100-400 МПа [3], даже с учетом завышенности полученных расчетных значений по сравнению с реальными (расчет производился для идеально жесткой системы), можно сделать вывод о том, что нагрузка на вал отклони-теля при защемлении превышает допустимую и, как следствие, значительно снижает срок эксплуатации отклоните-ля.

Причиной данного явления считается перекос породоразрушающего инструмента, являющийся характерным для отклонителей ассиметричного действия и отклонителей, реализующих набор кривизны фрезерованием.

Причина защемления инструмента при перекосе - превышение размеров сечения долота а в плоскости перпендикулярной оси скважины по сравнению с диаметром скважины ё (рис. 2).

С целью решения данной проблемы, согласно существующим на сегодняшний день рекомендациям [1, 2], перед установкой отклонителя производится предварительная подготовка ствола скважины, включающая в себя приведение диаметра скважины к номи-

нальному и удаление с забоя остатков керна. Однако, хотя скважина непосредственно в призабойной зоне не подвер-

Рис. 2. Защемление породоразру-шающего инструмента при перекосе в скважине

гается разработке расширителем и, следовательно, имеет диаметр, равный диаметру инструмента, что особенно характерно для бурения в крепких горных породах, этого недостаточно для решения проблемы. Диаметр скважины должен превосходить диаметр породораз-рушающего инструмента, что создаст благоприятные условия для беспрепятственного перекоса.

Расширение призабойной части скважины возможно при использовании инструмента, имеющего асимметричное торцевое вооружение и развитое боковое вооружение. Вследствие неравнозначности сил сопротивления забоя и усилий резания в точках, расположенных симметрично относительно оси вращения инструмента, ось вращения породоразрушающего инструмента смещается на некоторую величину, позволяя добиться увеличения диаметра скважины при сохранении диаметра инструмента.

Следует отметить, что если защемляемая часть породоразрушающего инструмента вписывается в шар диа-

метром, равным диаметру скважины, защемление не будет иметь места, что говорит о возможности решения проблемы изменением геометрии инструмента.

Если перекос породоразрушающе-го инструмента является необходимым условием для эффективной работы от-клонителей, реализующих набор кривизны ассиметричным разрушением забоя, то для отклонителей фрезерующего типа данный перекос хоть и имеет место, но не является необходимым. Исходя из этого, одним из способов сни-

Рис. 3. Положение породоразру-шающего инструмента в скважине в момент раскрепления от-клонителя в зависимости от соединения вала с породоразру-шающим инструментом: а - традиционное соединение, б - шарнирное соединение

жения вероятности защемления породо-разрушающего инструмента может быть введение шарнира в соединение вала-ротора с породоразрушающим инструментом (рис. 3), что исключит перекос долота при изгибе вала ротора.

Подобное решение позволит повысить как ресурс отклонителя (за счет частичного снятия изгибающих нагрузок вала в точке соединения вала с долотом), так и его силовую характеристику (часть полезной отклоняющей силы, являющейся следствием прогиба вала-ротора не тратится на перекос поро-

доразрушающего инструмента). Данное решение особенно актуально для откло-нителей, реализующих совместное фрезерование стенки скважины и ассимет-ричное разрушение забоя не совпадающих по направлению, таких например как ТЗ-З конструкции ЗабНИИ. Учитывая, что асимметричное разрушение забоя в данном случае реализуется в направлении, противоположном проектному (то есть является отрицательной характеристикой отклонителя), такое решение позволит увеличить интенсивность и точность набора кривизны при реализации искривлений в твердых горных породах.

Библиографический список

1. Нескоромных В.В. Методы и технические средства бесклинового забу-ривания дополнительных стволов скважин с искусственных забоев / Обзор МГП «Геоинформмарк» / В.В. Нескоромных. - М., 1993. - 55 с.

2. Нескоромных В.В. Направленное бурение: учебное пособие / В. В. Нескоромных. - Иркутск: Изд-во Ир-ГТУ, 2007. - 324 с.

3. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г. С. Пи-саренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. - Киев, 1975. - 704 с.

Иркутский государственный технический университет. Рецензент А.В. Карпиков