Простой способ увеличить количество пробуренных скважин в день: Однозаходное бурение и его плюсы

Брайан Фокс, вицепрезидент по маркетингу подразделения Atlas Copco Drilling Solutions, ведущий разработчик группы по созданию серии станков cерии Pit Viper Алексей Чернов, руководитель отдела буровых станков для открытых горных работ Дмитрий Сизов, менеджер по продукту отдела бурового инструмента

В мировой горно-добывающей промышленности мощные станки вращательного бурения технологических скважин работают давно. При поставках на многие открытые рудные карьеры такие станки оснащались электроприводом и высокими мачтами для однозаходного бурения скважины (одной штангой). Сегодня подобные опции переносятся в конструкцию оборудования меньшего типоразмера. В настоящей статье рассмотренны преимущества однозаходного бурения и его аспекты.

На современных карьерах взрывные скважины большого диаметра (более 230 мм) проходятся в основном станками шарошечного бурения. Одна из причин в том, что для высокоскоростного бурения по крепким породам с применением больших осевых усилий подачи на трехшарошечных долотах используются крупные подшипники. Высокие осевые нагрузки, передаваемые на долото при бурении скважин, требуют создания тяжелой и прочной мачты. Более того, во избежание «реактивного» приподнимания станка при бурении скважины, это усилие должно быть скомпенсировано адекватной массой, отсюда и необходимость в большой собственной массе станка.

Однозаходное бурение

Для производства долговечных и высокопроизводительных станков тяжелого типа, параметры которых продиктованы большим диаметром используемых долот, конструкторы вынуждены закладывать большеразмерную платформу для укрепления более высокой мачты, обеспечивающей возможность однозаходного бурения. Это нередко приводит к изменениям конструкции платформы и ее несущих элементов, например, шасси, но общий вид станка при этом не меняется.

Однозаходное бурение

Бурение скважин одной штангой имеет целый ряд преимуществ:

1. В зависимости от размеров станка на наращивание и разборку бурового става уходит 45–60 и 60–90 с. соответственно. Движение вращателя для захвата следующей штанги удлиняет время на разборку става. Разница продолжительности операций по смене штанг заметнее при бурении по некрепким породам. Но, как ни странно, именно крупные рудные предприятия, разрабатывающие крепкие горные породы, первыми начали использовать станки с однозаходной мачтой, несмотря на небольшое увеличение их производительности. На очень крепких породах выигрыш может составить лишь 3%. Другая крайность – породы вскрышной толщи угольных карьеров. Здесь используются долота с фрезерованным вооружением, работающие на скоростях бурения 40 м/час и выше. В таких случаях однозаходное бурение скважин повышает общую производительность станка более чем на 25%.

2. Даже при работе станка без смены штанг, когда прирост его производительности относительно мал, есть свои плюсы. Операторы избавлены от многочисленных операций по смене штанг (10 действий – на наращивание и 13 – на разборку). Исключение этих операций на каждой скважине снижает риски повреждения резьбы или потери штанги. Такие операции, как замена долота во время бурения скважины или продувка скважины, выполняются гораздо быстрее, если нет необходимости наращивания/разборки бурового става. Все это также повышает общую производительность станка еще на несколько процентов.

3. Карусель и система ключей, постоянно используемые при многозаходном бурении, – изнашиваемые части в силу самой операции. Они также применяются и на однозаходных станках, особенно при смене долот, но гораздо реже. Затяжка резьбовых соединений может также представлять проблему. Усовершенствование ключей для страгивания резьбы облегчает дело, но случается, что резьбовые соединения не поддаются развинчиванию обычными способами.

Учитывая все плюсы, почему же не создаются станки только для однозаходного бурения скважин? Очевидно, что для бурения скважин по вскрышным уступам угольных карьеров (глубиной до 70 м) машина будет непрактична. Теоретически это возможно, но в результате мачта станка будет иметь длину сравнимую с длиной стрелы драглайна. И, скорее всего, издержки на такую машину никогда не окупятся экономией от ее эксплуатации.

Буровой инструмент

Применение однозаходного бурения взрывных скважин позволяет увеличивать срок службы трехшарошечных долот благодаря стабильным режимам бурения (постоянная нагрузка и продувка долота). Поэтому при проектировании и подсчете эффективности (стоимости) бурения скважин фактор стабильности режимов бурения будет существенно влиять на экономику буровых работ в целом.

Кроме того, за счёт отсутствия промежуточных резьбовых соединений обеспечивается большая прочность бурового става и повышенный срок службы дорогостоящих буровых труб, а также исключаются потери сжатого воздуха на стыках буровых штанг. Также, при однозаходном бурении скважин погружными пневмоударниками (ППУ) исключается наиболее частая причина выхода их из строя – попадание бурового шлама внутрь ППУ при остановке вращения бурового става для его наращивания.

Безопасность

С «ростом» мачты рама и шасси также должны укрупняться. Для обеспечения нормативного ресурса и надежности однозаходных станков меньшего размера в их конструкции необходимо внести изменения, повышающие безопасность. Это увеличивает и удорожает машину, что нежелательно для заказчика. Пример: переход от многозаходного станка DMCM2 со штангами 10.7 м и массой ~57 т на однозаходный станок Pit Viper 271 для бурения скважин одной штангой 16.7 м привел к росту его массы почти до 80 т.

Однозаходное бурение

Много станков меньших типоразмеров работают на площадках с уклоном. Если однозаходные станки работали бы на уклонах менее 10%, то центр тяжести у них был бы выше, чем у эквивалентных многозаходных, что снижает их устойчивость. Нередко только оператор «чувствует» способность станка работать на более крутых склонах.

Определяя возможность работы на данном уклоне, необходимо учитывать множество факторов. Поверхность блока редко бывает плоской, и она обычно представляет сочетание разных пород, углов наклона и размеров. Большинство операторов ошибаются в определении угла уклона, поэтому однозаходные станки предназначены для работы только на подготовленных площадках уступов. Так как компания в основном имеет дело с горными предприятиями, разрабатывающими крепкие абразивные породы, то она разрабатывает «верхние» приводы вращения на более высокой мачте. В целях расширения ряда больших однозаходных станков, испытывается новый Pit Viper 235. Станок комплектуется штангами длиной 12.2 м, т.е. бурит скважины 12.2 м за один проход, что идеально для многих рудных предприятий.

Мы предлагаем заказчикам обратить внимание на однозаходное бурение, ведь оно – самый простой способ ежедневно бурить большее количество скважин.

Новые возможности при бурении скважин

В настоящее время Atlas Copco Drilling Solutions устанавливает систему EARS (Система электронного управления компрессором), которая позволяет регулировать расход и давление воздуха компрессора, изменяя их по отдельности. Система дает возможность оператору бурового станка устанавливать необходимые режимы бурения.

Однозаходное бурение

До последнего времени компрессор на буровых станках работал в постоянном режиме, что не позволяло производить регулировку параметров расхода и давления воздуха при бурении скважин. Сегодня оператор может изменять параметры при различных условиях, как при вращательном, так и пневмоударном способах бурения. Процессы забуривания (для исключения раздувания скважин), бурения в обводненных условиях, бурения по разрушенному слою площадки уступа – требуют индивидуальных режимов выбора расхода воздуха и давления компрессора (при пневмоударном бурении).

В последние годы доля пневмоударного бурения взрывных скважин по отношению к вращательному шарошечному бурению значительно увеличилась, что требует от оператора бурового станка более действенных инструментов, позволяющих влиять на режимы бурения. Таким инструментом и является система EARS.

Однозаходное бурение

Зачастую производительность компрессора при выборе бурового станка определяется с запасом, для обеспечения возможности бурения скважин в широком диапазоне их диаметров. В этом случае, при значительном превышении производительности компрессора, по сравнению с требуемой для данных условий, увеличивается абразивный износ буровых штанг. При этом, при снижении производительности компрессора от номинальной до требуемой в данных условиях, получается экономия в расходе дизельного топлива и снижается нагрузка на силовой агрегат бурового станка.

Все вышеперечисленные факторы влияют на производительность бурового станка и повышение его экономической эффективности.

Журнал "Горная Промышленность" №2 (90) 2010, стр.64