автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Технология и техника сооружения разведочно-дренажных скважин на воду в сложных гидрогеологических условиях

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ ' МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

РГБ ОД

1 7 OKI

На правах рукописи

КЛИМЕНТОВ МИШИ НИКОЛАЕВИЧ УДК 622.23/^4:622.58

ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИКА СООРУЖЕНИЯ РАЗВЭДОЧНО-ДРШЖШ .СКВАЖИН НА ВОДУ В СЛОЖНЫХ

падротажичЕсш условиях

Специальность 05.15.14 - Технология и техника геологоразведочных работ

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (в форме научного доклада)

Москва 1994

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НПО "В&ОТША'

[И

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, КАСАТКИН В.М. .

- доктор технических наук,профессор АЛЕКСЕЕВ B.C.

- доктор технических наук, ПАНКОВ A.B.

Ведущая организация -А.О. "Союзшахтоосушение"

Защита диссертации состоится "j j " ноя g р д . 1994г. в J 3 час в ауд. ¡5 на заседании специализированного

Совета в Московской Государственной Геологоразведочной Академии. Адрес ЮТА: II7873, Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 23. С диссертацией нозно ознакомиться в библиотеке МЕГА.

Диссертация разослана " ~Г "_° кт* е*я!994г.

УЧЕШЙ! СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА-ДОКТОР ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК,

ПРОФЕССОР

ОБЩ ХАРАКТЕШСВШ. РАБОТЫ Актуальность работы. Выполнение народно-хозяйственных мероприятий по улучшению социально-экономического уровня народа неразрывно связано- с повышением эффективности использования природных ресурсов. Среди природных ресурсов нашей планеты особое место отводится подземным водам - главному источнику хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, а также другим полезный ископаемым. 3 настоящее врет значительная часть.перспективных месторождений полезных ископаемых находится в слозных гидрогеологических условиях, которые характеризуются наличием во вмещатсцих породах нескольких водоносных горизонтов, распространением зон тектонических нарушений, интенсивной трещяноватости, закарстованн'ости, наличием рыхлых-валунно-галечниковых, песчаных, плывунных и других неустойчивых отлоаений, осложняющих проведение комплекса горных, разведочных и дренажных операций. Зарубежный и отечественный опыт показывает, что своевременное и качественное осушение месторождений позволяет: сочетать рациональное использование подземных вод и одновременно предотвратить отрицательные горно-геологические явления, повышать эффективность действия горных и транспортных средств, снизить влажность товарной продукции и обеспечить рей-табельную деятельность горно-добывающих предприятий, предотвратить прорыв подземных вод я плывунных отлоаений, создать безопасные' условия ведения работ. 'Существующие системы осушения ряда разрабатываемых мастороядений показали высокую эффективность использования наклонно-восстающих разведочно-дрекаяных ск-вакин, которые сооружаются из подземных выработок Я обеспечивают возможность выполнения геолого-разведочных работ, перехват основной части напорных подземных вод к действующим горным выработкам, использовать часть вод для хозяйственно-питьевого вЬдо-снабжения.

При обеспечивается снижение технико-экономических показателей за счет уменьшения глубины и диаметра сквагин, устранения необходимости установки погруаных насосов и других технических средств. Однако сооружение указанных скважин осуществляется с различными осложнениями. Так, на Яковлевском месторождении сква-аины сооружается в условиях, которым не имеется аналогов в г тактике буровых работ в СНГ и за рубежом. Осложняющими факторами является то, что руда покрыта водоносной толщей мощностью более 500 :л с 6 водоносными пластами с гидростатическим давлением подземных зод до 6,0 Ша. Неустойчивые породы, а также рыхлые разности богатых руд проходятся с частили обвалами стенок наклонно-восстакцих скзалшн, . выброса:,и с подземной водой рыхлых j дробленых пород и плызунных отложений.

Поэтому разработка и создание научных основ и методов по технологии и технике сооружения разведочно-дренанных скважин пркмени-тельно к слонным гидрогеологически!,! условиям является актуальной научной проблемой, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение.

Развитие отечественной науки и техники по сооружению сквашш в подобных осложненных условиях проводится достаточно аиивио во МГО1, ВСЕГИНГЕО, ШШВодгео, ЕКИИЕГ,' Е-ЮГЕИ, ЩИГО1, ШИИ0М11С, ' ШлИподзоммаш, Соазшахтоосушение, Шй "Геотехника", ПСО "Восток- • бурзод" и др. Основополагающие работы в области бурения гидрогеологических сква^ш были выполнены Н.И.Куличихиным, В.М.Гаврилко, Д.Н.Еашкатовым и др.'

Значительный вклад в исследование и разработку технологии и техники сооружения скважин в слокных условиях_ внесли: С.К.Абрамов Б.В.Алексеев, М. it Андреев, П.А.Анат<и£ьевский, Р.Ф.Баджуран, Д.Д. Баркан, ■ В.Ш.Беляков,. Г.А;Блинов", O.A.Брыпов, '3.М.Вортман, В.В.Вер-

-ч-

стов, И.Ф.Володько, Г.А.Волков, Л.Г.Грабчак, В.Т.Гребенников, Т.Й.Гавич, А.Д.Гуриновпч, А.И.Деревянных, С.Л.Драхлис, Е.Н.Дря-галин, В.Б.Дубровский, К.Б.Дмитриев, А.Г.Калинин, В.Г.Кардыш, А.В.Калинников, В.М.Касаткин, Б.А.Козловский, А.М.Коломиец, В,И. Комащенко, А.Н.Косятков, Г.П.Квашнин, М.М.Карченский, В.А.Керимов, О.К.Киселев, Ю.В.Кодзаев, -В.П.Догинов, М.В.Марков, А.В.Мало-ян, Л.В.Макаров, Б.В.Мурзаков, Ю.М.Носовский, П.Е.Сйерельев, Ю.А. Налановский, М.Г.Оноприенко, А.В.Панкоз, В.М.Питерский, В.А.Попков, Е.П.Писанец, Б.М.Ребрик, В.К.Роговой, В.В.Сафонов, Ю.И.Соловьев, Р.А.Станкевич, С.С.Сулакшин, Я.М.Суреньянц, .В.П.Ткачлпсо, А.Т. Тесля, И.А.Тимошков, М.Й.Фазлул1Ы, В.И.Фоменко, В.М.Шестаков, А.М. Яковлев и др.

В последнее время з области сооружения сквазин-на воду про-. изошли существенные изменения: созданы и приманены ноше буровые установки, породоразрушавдий инструмент, распространение получили погруяные пнешоударные и поверхностные вибрационные механизм, колонны труб с фильтрами, а такне различные способы опробования, вскрытия, осушения и эксплуатации водоносных горизонтов.

Однако в области сооружения скважин на воду существующего опыта недостаточно, так как тлеющиеся.технические средства и тех. нология не всегда надежно подготовлены для бурения скважин в елейных условиях и особенно при сооружении нисходящих скванпн в залун-но-галечниковых и трещиноватых породах, а "также наклонно-восстающих скважин в рыхлых и обводненных"отлогениях.

В частности,не достаточно разработаны научные основы, технические требования и методики по сооружению скважин в слслних условиях, направленные на повышение зшфективности ведения трудоемких . процессов, связанных с вибрационные метода:.21 погружения к извлечения труб в валунно-гтлечниковых отлонениях, о бурением погруз-гадш пневмоударниками при различной водсобильности пород а одно-

временном пг^-рдении операций эксцресс-откачки, с совмещением процессов бурения, обсадки и периодическим изменение«направления циркуляции кидкости при вскрытии рыхлых и плывунных отлоаений в наклонно-восстающих скваяинах, в ном .числе с применением специальных буровых снарядов с фильтровыми колоннами.

Учитывая вышеизложенное,разработка технологии и техник- сооружения скваяин в сложных гидрогеологически условиях является весьма актуальной.

Выполнение работы в этом направлении предусматривалось широкомасштабными исследованиями Ыингео Казахской ССР, а такае тематическим планом научно-исследовательских и конструкторских работ Ыивметаллургии СССР по проблеме "Разработка и внедрение способов, технологии и техники защиты горных выработок и промплощадок от подземных вод при освоении месторсадений полезных ископаемых" и координационными планами ШО "ШОГЕМ" на 1983-1992 по темам Й гос, регистрации 01830012021, 0180009914, 01870015675. Направление настоящей работы было одобрено кафедрой Разведочного бурения МГРИ и утверздено научно-техническим советом ШО "ШОГЕМ".

Целью работы является разработка научных основ, методических положений и технических требований по сооружению разведоч::о-дрена ных скважин в слоеных гидрогеологических условиях, направленных н; повышение эффективности бурения и вскрытия водоносных отлоаений.

. Основные задачи исследований, Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать теоретические основы проявления факторов суммарного сопротивления перемещению колонн о'бсадных труб в валунно^-галечниковых отлокениях при ударно-механическом бурении и вибрационном воэдейств!ш; ,

- обосновать методику и технико-технологические решения при совмещении процессов вибрации, подработки забоя и "встряхивания" колонны в процессе проявления ослокнянщц факторов;

- б -

- разработать и исследовать работоспособность в опытно-промышленных условиях новой схемы соединения и разьединения вибраторов и вибромолотов на колонне труб с ' дистанционным управлением процессами; "

- выявить закономерности изменения механической и рейсовых скоростей бурения погружными пневшударншсаш в зависимости от водообпльности и состава водоносных пород;

- обосновать и разработать методику проведения замера динамического уровня и проведения экспресс-откачки без подъема пневмоударника и бурового снаряда;

- обосновать и разработать более совершенные методы циркуляции промывочной жидкости в восставших скваяинах при вскрытии рыхлых водоносных отложений снарядами с фильтровыми колоннами;

- разработать обобщащутэ классификацию и параметрический ряд бурозшс снарядов с фяльтровымн колоннами,, вкшчавдие принципиально новые технические средства, обеспечивающие совмещение основных и совершенствование вспомогательных процессов при сооружении наклокно-восставдих скваглн в сложных гидрогеологических условиях;

- разработать на основе выявленных зависимостей и закономерностей научно-обоснованные методам и реализовать их в цро-

МЫЕЛъННОСТЕ.

Обоснованность и достоверность научккх ттолог.ений. методов исследований, выводов и рекомендаций. Основные научные полоае-ния, выводы и рекомендации основывались на дачных предшествующих исследований, вклшая исследование автора, на проведении экспериментов. выполняемых на лабораторных стендах, на испытаниях в условиях огогшгх или прсмаяензпх установок. йссаедсза-ния -носили комплексный характер ж вклотаян моделирование тегг;-

- ? -

логических процессов, расчеты оптимальных.параметров, применение контрольно-измерительной аппаратуры и методов математической статистики при обработке данных. Контрольные расчеты проводились на ЗЕ',1 ЕС-1022. Большой объем экспериментальных исследований проведен непосредственно в опытно-производственных условиях на месторождениях Илийского артезианского "бассейна, на Качарском, Лебединском, Яковлевском и Стойленском месторождениях. Сопоставление результатов на всех этапах лабораторных и опытных исследований с результатами производственных данных -свидетельствует о достаточно высокой сходимости и достоверности.

Все это подтверждается таюаз многолетним практическим использованием разработанных методик и рекомендаций при проектировании и сооружении нисходящих водозаборных и наклонно-восстающих скважин при вег^ш. -геологических работ и строительстве комбинированных и подземных систем осушения местороздокяй полезных ископаемых, залегающих в сложных-гидрогеологических условиях.

Научная данность работы.

I. Впервые получены аналитические зависимости,' характеризующие степень проявления суммарного сопротивления перемещению ко-■ лонн, обсадных труб при ударно-механическом бурении скважин в ва-лунно-д?алечниковых отложениях, учитыващиз локальную концентрации усилий в зоне муфт и "перекатывание" валунно-галечников в разуплотненном затрубнсм пространстве, обоснована методика *буреник к определены оптимальные параметры при совмещении процессов вибрации, подработки забоя и "встряхивания" колонны, _обоснована и предложена новая схема отсоединения ж соединения вибрагороэ и вибромолотов на колонне с дистанционным управлением, что позволяет увеличить скорость сооружения скважины и глубину выхода колонн.

-3 -

- 2. Выявлены закономерности изменения механической и рейсовых скоростей бурения гидрогеологических скважин в трещиноватых массивах с погружными пневмоударнтшми различного типа в зависимости от состава нт степени водообильности вмещающих пород, разработана методика определения динамического уровня подземных вод, основанная на применении манометрического метода измерений, а така? ведения экспрзсс-огкачки без подъема бурового снаряда. '

3. Впервые получены аналитические зависимости потерь давления в наклснно-восставдих скважинах, оснастке а в 'телескопическом снаряде СФК,' характеризуете связь с давлением подземных вод и массопереносом пульпы, предложены новые методы выполнения гидравлических схем в системе "Герметизирующее устройство - скважина-буровое долото-обратный клапан-напорные трубы-трубы (Ж", обеспечивающие полуавтоматическое управление

• и периодическув смену направления циркуляции промывочной жцд-кости.

4. Впервые в отечественной и мировой практике разработана обобщенная классификация буровых снарядов с фильтровыми колоннами для сооружения наклонно-вссстапцих скважин на воду в слоеных гидрогеологических условиях, основанная на принципе совмещения технологических операций Зудения, обсадки, вскрытия и эксплуатации водоносных отлозений .""учитывающая состав пород и гидростатическое давление подземных'вод"," послужившая базой для создания параметрического ряда" СФК, для получения информации, анализа, оценки эффективности и прогнозирования принципиально

новых более совершенных снарядов.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработан и реализован комплекс методических, тэхнолоютесквх и технических решений по сооружению разведечно-дреназных скваяин-г сложных гидрогеологических условиях, вклшаыдих:

-3 -

1. Методические рекомендации до технике и технологии сооружения скваккн на воду при вибропогруяении и виброизвйеченш колонн обсадных труб в валунно-галечниковых отложениях, позволяющих' повысить скорость сооружения и совмещать технологические операции. Продлоаено устройство для дистанционного управления процессами соединения виброшханизма с колонной труб.

2. Методические рекомендации по сооружению разведочных и дре-наяных¡.сквашн с погружными цневмоударнЕками и комплекс технологической оснастки'для проведения экспресс-откачки. .

3. Впервые предложена математическая модель для расчета иа ' ЭВЦ циркуляции и потерь давления в буровом' снаряде СФК Е наклонно-восстающих- скваташах, позволяющая учитывать гидростатическое даз-ленке подземных вод и ыассоперенос рыхлых и .плывунных отлокений.

4. Методические рекомендации и реЕикно-технолоигческие регламенты для сооружения наклокно-восстаацдах сквааин в сложных гидр* геологических условиях.

■ 5. Разработаны и внедрены комплексы технических'средств для механизации и автоматизации технологических операций на самоходные к Езрэдвхшшг буровые агрегаты для сооружения скважин.

'6. Впервые разработан параметрический ряд буровых снарядов с фильтровыми колоннами (хоторый не имеет аналогов в мировой практике), вкдтаахсщй принципиально новне №К для" сооруаения наклонно-восстащих сквайин в слотах гидрогеологических условеях, основан них на принципе совмещения технологических цроцеосов бурения, об садки, вскрытия ж эксплуатации водоносных отложений в зависимости от состава пород и гидростатического давления подземных вод. Пра этом учитываются факторы предотвращения прорыва воды в горную въ работку, сникения металлоемкости скважин, долговременной работы с повышенным дебитом, упрощения и совершенствования гповедения следующих основных технологических операций: шханизация и автомата-

зацкя установки и извлечения напорных труб и пакерннх узлов в т.ч. 'за счет гидросистемы насосов и естественного напора подземных вод; установка укороченных ссгдий СФК с механизмами фиксации их в сква-аинэ и изоляции затрубного пространства; установка телескопических систем без замены долот для условий мощной толщи рыхлых отлозений шш водозабора из 2-х, 3-х продуктивных водоносных пластов; чистка и замена внутренних секций ФК и защита их от коррозионных процессов, в т.ч. за счет формирования "глдрорубашки"; реверсация потока промывочной нидкости с прямой циркуляции на обратную с механизмами 'перекрытия напорных труб и'СФК; проведение опробования через напорные трубы и создание веера покривленных скважин через ФК;- разметание защищенных и.сменяемых .секций ФК из полимеров и композиционных материалов и в т.ч. для мелкозернистых и плывунных отделений. Новые снаряды СФК защищены 14 авторскими свидетельствами на изобретения.

7. На основе исследований предложены, проверены и реализованы в опытно-промышленных условиях новые метода, направленные на повышение эффективности и ресурсосбережения при сооружении наклонно-восстающих скважин в слокных гидрогеологических условиях, а именно: предотвращение прихвата бурового снаряда при минимальной подвигности его; осушение карьерных водоприемников из подземной дрена-кной системы; подземное осусеняе месторождений путем гидравлического ссолиг нения наклонно-восстаадих с нисходящими водопониаающими ехзазинамп.

8. Научно-методические разработки позволяют повысить скорость сооружения скваяин, снизить металлоемкость и капитальные затраты, повысить эффективность буровых работ и качество вскрытия водоносных отлозений и поэтому они пироко использованы в- проектах л при.строительстве скваяин ка различных народно-хозяйственных объектах.

Реализация результатов работы з промышленности.

Реализация' результатов. ието.!щческих я научно-исаяедозательсетх рабЬт осуществляется преимущественно буровыми подразделениями .Мл-

нистерства геологии и горно-рудными организациям СЕЕТ. По разработанной тьлнологии ежегодно проводится бурение сквакин с общим объемом более 100000 м.

Основные работы были реализованы в Казахском гидрогеологическом управлении на ряде.месторождений подземных вод Казахстана, на Качарскок, Лебединском, Стойленском и Михайловском ГОКах и на Яковлевском руднике.

Еибрационное бурение с совмещением процессов было реализовано вначале в пределах Илийского артезианского бассейна, где сооружено большое количество скважин для.обеспечения хозяйственно питьевой водой г.Алма-Ата, г.Каскелен, г.Талгар и др. Результаты по технологии, технике бурения с погружными пкевмоударникаыи а прогрессивных методов ведения- экспресс-откачки широко применяются в пустынных и полупустынных областях, что позволяет устранить про блему зависимости объектов от поверхностных источников воды.

С применением С® и разработанной технологии в слокных условиях еаегодно соорузсается более 200 наклонно-восстающих скважин с дебитом до 100 м°/ч. При зтом часть скваяпн предназначена для строительства подземных хозяйственно-питьевых водозаборов, используемых горнорудном и др. предприятиями, а текзе для обесгэчения питьевой водой г.Губкин, г.Нелезногорск, г.Ст.Оскол.

По большинству снарядоз с фильтровыми колоннами, герметизирующим устройствам и другой технологической оснастке изготовлена рабочая документация, по которой Еедется серийное изготовление ш 033 ШО "ВИОГЕЫ", на заводах и в мастерских ГОКов и на рудниках.

Успешно реализованы результаты разработок с участием автора по новым методам: осупанкя поверхностных карьерных водоприемнике: с применением СФК (КГОК, ЛГОХ) и методу осуше;пш месторождения СКГОК). С участием автора на основе исследований разработаны

нозые более совершенно буровые установки типа УДБ-8-01, серийно выпускаемые опытно-з^периыентальнш заводом НП0"БИ0ГЕМ", приме -няемые для сооружения разведочно-дрена-хных скважин на Яковлевсксм руднике, а также используемые при проектировании и строительстве метрополитенов ( г. М0сква, г. Днепропетровск).

Совместно с СКТБ "Глазтоннельметрострой" наш разработаны и изготовлены три комплекта уникальные передвижных буровых агрегатов ( патент '5 2GCCOII), успешно применяемых для сооружения специальных наклонно-восстагацах скважин ( I5CO шт.) под электронную аппаратуру з тоннелях нейтронного кольцевого ускорителя на объекта:-: ПСО."Протонтоннелвотрой", а также методы и буровой arpe

Га Т IЛ

сооружения замораживающих скважин ( A.C. & 1389350, Я> I507S76).

„ Наши разработки были использованы при составлении регламента и ведении опытно-промышленных работ по сооружению вакленно-восст&в-щих скважин по контракту j& 9IK 45012, заключенному глежду НПО "ЕЯОГЕМ", ..металлургической импортно-экспертной кзрпорацаей и "епь-шанским металлургическим комбинатом (КНР) с передачей лицензии.

Общий экономический эффокт по имеющейся документации и ак -там составил более 15 млн, рублей ( 1975 - I9S0 гг.).

Лгтробашя таябота. Основные результаты и полокенля проволокли:; исследований представлялись в виде докладов и обсуждались на Всесоюзных и отраслевых совещаниях, семинарах и конференциях в орга -назациях Мингео Казахской СССР, Ыингео СССР и Ызичермета СССР. На региональной лаучно-тохничоской конференция "Способы защиты горло-рудных предприятий от обводнения",' г. Белгород, I98I г. На семи игре "Новое в теории, технологии и технике бурения" ИГД им.А.Л.Ско1.1'::7 -ского, г.Москва, 199Сг. На Мевдународвах епкяогаууа/(1-2)"Освоение месторовдонзЗ. минеральных ресурсов ц подзешюз строй^ел^ство ?, сложсс гидрогеологических условиях", ШО "ZÍ0FI?.!", г.Болгород, ' 159Ir.\ 1993г. и па 2-е;.) Кегдуиародяом скмпо25*.уме по о^ешзд jav-

ведочных скт^ ¿н в осложненных условиях. Горный институт, г. Санкт Петербург, 1992 г. На' международном симпозиуме до бурению погрув-ными' ударниками с .применением новой тэхники. КНР г.Шантун, 1993г.

Основшо результаты работы широко апробированы на различных геологоразведочных и горнорудных объектах и предприятиях. Отдель -нне разработки по технологии и технике сооружения скванин ги воду демонстрировались на ВДНХ Казахской ССР в 1969 г., ВДНХ СССР в 1989 г.

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 77 тучных работы, в том числе I монография, 3 бропшры, 37 статьи, подучено 35 авторских свидетельств. Всего 157 научных работ, в т.ч. 50 изобретений и патентов.

Структура работа.' Диссертационная работа в соответствии с защищаемыми полокешшми выполнена в виде описания результатов, выводов и списка основных работ, выполненных по-теме диссертации.

Основные защищаемые .полодени^.

Положение I. Величина суммарного сопротивления перемещении колонны труб в валунно-галечниковых отлокениях зависит от концентрации усилий-в зоне выступающих муфтовых соединений, а скорость сооруаения сквакин 'и глубина выхода труб могут быть увел^ены соответственно более чем в 2,0 ... 1,£> раза при совмещении процессов вибрации, подработки забоя, "встряхивания" и дистанционном управлении технологическими операциями.

Научное положение базируется на проведенных исследованиях и большом объеме экспериментальных работ, излокенннх автором в монографии "Сооружение сквакин ударно-вращательным способом", "Нссле-.доЕание технологии и-техники бурения'гидрогеологических скважин в центральной частяИлзйского артезианского бассейна", "Научные основы рибрацпонного перемещения обсадных'труб в валунно-галечниковых отлозегйшх" и др. / I, 10,11,09/.

Процесс виброударного погружения труб схематично рассматривается автором по модели (Рис.1), в которой по колонне труб с массой ГЦ ¿г.» находящейся в породе, наносятся удары вибромеха-нкэгл, имепцего массу . Под воздействием удара трубы приобретают запас кинетической энергии, которая расходуется на преодоление суммарного сопротивления породы, определяемой по известной формуле Б.Ц.Ребрика Р = Рсц + Рп =■ У* '£<Г + Яп /I/, гдо Рщ - сила сопротивления боковых стенок; Рл - сила лобоЕого сопротивления, ¿'-н - сила сопротивлейия грунта по боковой поверхности; £<Г - площадь контакта по боковой поверхности; Ян - сопротивление грунта по лобовой поверхности башмака; ¿-л - площадь лобовой поверхности бапмака. В начальной стадии бурения, когда глубина скважины незначительна,колонна труб рассматривается как тело с большими_интервалами без бокового сопротивления, так как часть труб находится над устьем сквагины / Нт 'Не., /ив промежуточной колонна / //г/, а таюсе в кавернах

( ЛсЛ - Л А С2 ) у- Н сг

Б связи с вышеуказанным, а такге с тем, что подработка долотами и .-колонками осуществляется при значительно меньшем диаметре, башмаку колонны и ее муфтам приходится преодолевать значительно большее сопротивление Р&

Рм х Рмг. Рмл... породы в кольцевом пространства с зазором - _ Где р^ _ сила сопротивления под байтом коленка; ' :Рт ... - сила сопротивления под муфтами колонны; До* - наружный диаметр башмака труб; Ли - наружный диаметр долота или галошш; Л зэлпчина кольцевого зазора (равная 25-28 к«). Таким образом в результате указанных прэтин колонну труб в начальной стадии могно рассматривать как конструкцию, для которой лобовое сспрстигленпе погружения больше, чем вибропязкоо сопротивление, дейстзукг;:? по боковой поверхности / Рсц/.

Рис, Í Схема л расчет* лагрулсения обсадных тру5 Забромол отам § Зал VHfUí-Eajtov HuHoSàfs. итхогсаниах с oâHaâpe&etf но à /toàpaôoniKaù äaSon ex Sa жимы.

-riC-

С увеличением глубины в зоне, примыкашцёй к боковым граням • вибрирутацих труб, погружаемых в несцементированные валунно-гзлеч-никовые отложения, происходят со временем процесс обрушения и уплотнения ранее разрушенных пород под действием ряда факторов:-расклинивающего действия трубы; раскланиващвх'и срезающих действий муфт труб; периодической работы станка и виброустановкд; циркуляции воды в затрубном пространстве. При этом часть валунов и гальки, обвалившихся со стенок скваяин-вместе с вмещающими породами перекатывается, перемещается, заполняет пространство Jb и оказывает возрастающее сопротивление с боковой поверхнсзти я особенно з секторе выступающих муфт. Учитывая это, автор вводит в формулу силу сопротивления под муфтами колонны Fm , которая с увеличением Нт и числа муфт имеет тенденция к увеличению, в то зремя как величина лобового сопротивления остается относительно постоянной. Учитывая факторы увеличения ■ Р формула прилет -вид

Г = Fm+Fs+Fn - ß» \S<г 'S Л + R.M -S» <2)

a _T£Kse видоизменится энергетическое равенство:

- h. + Мн&к 3)

2 2-

где V - начальная скорость труб; ha - величина упругого перемещения труб; h величина остаточного-перемещения-труб за один удар; RiH - сопротивление породы-при-перемещении jry^'колонны; Sn - площадь выступающей части муфты.-• Посла преобразования формула остаточного перемещения колонны труб за один удар, пример вид

h = ____ - (4)

#h-S*+R,Z ,

Соответственно скорость перемещения колонны от удара ^ибромеханизмз

(по теория удара) может быть определена по' формула

V= V, -

* __ (5)

т ё

-Ц-

где I? ' - коэффициент восстановления скорости удара; ГПП/> -• приведенная масса колонны труб с учетом кассы грунту, воспринимающей удар. Послч преобразования выражени (4) прилет вид

ь = .УЬ-У*/ * + *> .)..*_I__,

В ходе опытно-промышленных испытаний, проведенных на различных сквикиках с погружением и извлечением труб с помощью вибрато-роз В0-10, вибромолотов С-835,' мощных гидродомкратов ГД-100/500 и ГД1-300, метода ВШИгеофизики "встряхивания", торпедой из дето-кирутж;ого шнура и традиционных способов перемещения колонн отмечалось следующее.

Начиная с глубины 40 м соотношение составляющих суммарного сопротивления видоизменяется Ат > ¡?н -«Гл; при этом

Н/!-, > Нп'^л. Суммарное сопротивление возрастает до 100 кН, одновременно сокращается скорость погрунения по мере увеличения глубины сквакины У = 0,8-0,3 м в смену при глубине подработки забоя Ьз = 1,0-2,0 а. При применении вибромолота V возрастает до 2,5 ц в смену. , ... ;

Отмечается, что суммарное сопротивление снижается, увеличивается V-, а сникаатся при вскрытии водоносного горизонта. При этом интенсивность изменения указанных параметров возрастает с увеличением дебита скваяшш и с повышением пьезометрического напора. При одновременной подработке забоя долотом или .желонкой и работе зибромеханизмбв скорость погружения увеличивается (Рис.2) 5то объясняется снижением коэффициента трения за счет увлажнения ыимвзхш пород, а также снижением сопротивления" /?„«Х» + Я, ч •«£»' ¿н • за. счет повышения активности циркуляции подземных

вод в затрубном пространстве. Для снижения или полного снятия сопротивления пород /?„ и И,н -<!Гм в процессе' дальнейших

-IB-

га 4û sa . f4û m

Глу<£и#& œfafcuw/, M

Pt/C. *2. 30gt/CLlM00/n¿> C^dreù C*.OC&C/7>v

загружен"?. ./"гг?/ £балу^о-галемик&Гы* отлоЯсехиЦх. caôWa-^aí^wW /7¿r<fycrtf¿?/77Koú S&eaz {c/riffMAzarf УХС ~J¿?Jo/7? r/?y¿a*t v

f. ¡/¿арии*! ctfapSi êb/rr

S. C-gjS, Sa. -лр/'уд.ь' /&% t

¿¿-/цеуЛ* /2%% Jí-apyf*/ *

Xa.

разрабогок важно решить технологический вопрос расширения при-забойной зоны из-под колонны труб. Опытнси-промыщленные исследования показали, что в период виброизвлечення значения сопротивления под муфтами колонны - SV . становится основным и превышает другие факторы в суммарном сопротивлении • 5м > -Ss -t Rh • Ss, . Отмечается малая скорость подъема

труб именно в первоначальный период, в интервале порядка 1,2 м, когда постепенно снижается суммарное сопротивление RiH-SnfJ»-Sr. В этот период скорость подъема. Vc с виброустановкой более чем в а раза превышает VV . с гвдродомкратом. При этом важно отме- • теть прогрессирующее увеличение скорости Подъема с виброустаноз-ками после 30 мин. работы, т.е. после 20-30 мин. непрерывной работы вибромеханизма, когда колонна поднимется порядка 0,6-0,8 м над забоем. Более высокие результаты показаны с вибромолотом. Однако, часто динамической нагрузки-от вибромолота и статической нагрузки от лебедки станка бывает недостаточно для преодоления сопротивления Рм и - Sn •t-Jn'Sr и поэтому была экспериментально проверена технология, в которой операции по передаче статических и динамических нагрузок'совмещались со "встря-. хкванием" труб в интервале прихвата торпедой из Щр, что позволило получить высокий еффект.

При погружении к извлечении-обсадных труб с применением вибротехники нередко приходится встречаться с о сложениями, когда передача вибраций на колонну в течение продолжительного времени не дает положительного эффекта. К таким случаям следует отнести: наличие ..рулкых валунов ели сцементированных пропласт-ков под башмаком иди .муфтой погружаемой колонны труб; затрудне- • кия- страгивания с места зацементированную или застоявшуюся колонну труб с большим выходом в породе; задевание куфты за башмак колонны большего диаметра шш прихват шламом труб меньшего диа-

мэтра в кольцевом пространстве.

Учитывая это.'вално предусмотреть в технологических процессах торпедирование .крупных валунов и пронластксв под ■ башмаком колонны.

Наиболее высокий эффект по извлечению труб достигается при совмещении технологических операций "встряхивания" - под воздействием торпеды ТДЗ с одновременной передачей вибрационных и статических нагрузок. Для этого на колонну труб устанавливают виброустановку и настраивают ез на оптимальный режим, затем на заданны.! интервал с более высокими_ значениями Я,н ■ 5 м + устанавливают ТДШ, которую центрируют в трубах и размещают иод водой. После этого включают и выводят на рабочий режим виброустановку, одновременно передают статическую нагрузку от лебедки буровой установки и производят взрыв ТДШ.

Применительно к валунно-галечниковш отлокенияи технология погружения и извлечения труб с применением вибраторов (ЕО-Ю) и вибромолотов (С-835) заключается в выборе и обосновании на базе проведенных исследований и экспериментальных данных оптимальных сочетаний режимов работы бурового станка и вибромеханизма (табл.I).

Таблица I

Оптимальные параметры решала работы станка УГБ-4УК, вибратора В0-10 и вибромолота С-835

Технологический реяим • работы Вибратор ВО-10 . Вибромолот С-835

Диам. обсадных труб (273 мм) Категор.пород У-УП погружение извлечение погружение извлечение-

Регим бурени Вес снаряда при долблении,кг Вес снаряда при. чистке, кг Высота подъема снаряда, см Частота ударов снаряд . в ЫИНуту ■ я станкок 800-12ОС 450-^600 100 45 УГБ-4УК (УКС-30) 600-1300 450-600 100 45 -

Продолжительность дробления', мин.' 10-80 - 10-60 -

Продолжительность чистки, мин. 2-20 - 2-15 -

Углубка забоя за цикл, см 12-60 - 15-80 -

Режим работы.вибромеханизма

Количество включений за цикл, шт. 1-4 1-2 1-3 1-2

Продолжительность работы за одно включение, мин. 2-5 • 5-15 1-3 5-10

Посадка труб за хрпсл, см 10-50 - 10-70 -

Усилие на крше, кН' - 80-100 - 180-150

Средняя ваяичина силы тока на 30-25 25-30 28 32

контрольном амперметре, А

Основные особенности технологии бурения заключались в следующем. При встрече башмаком обсадных труб крупной "гальки или валуна' во избежание деформации нижней части колонны следует интенсивно обрабатывать призабойнув часть скважины округляющим или эксцентричным долотом для твердых пород. Если при включении виб-ромеханизиа после очистки забоя желонкой колонке вновь оказывается большое лобовое сопротивление, рационально- погружение вести с расхазиванием труб. Подработку забоя следует проводить ниже башмака колонны на 0,8-1,5 м.

В момент подъема труб статическое усил-^-ие на вибромеханизм 92 кН, в комбинации со статическим усилием 250 кН от лебедки станка, суммарное сопротивление условно шжет быть выражено по формуле

. < 342 - 102 = 240 кН

Таким образом, для извлечения- кйдоннн с применением динамических усилий потребовалось в 12,07/раз меньше,...чем от статических усилий гидравлического домкрата. Это подтвердили и последующие опытно-промышленные'работы.

Очень трудоемким и небезопасными являются.вспомогательные технологические операции по соединению" и разъединению вибратора ила вибромолота с колоннами обсадных труб -диаметром более. 273 ш,

и особенно когда данные операнда, из-за недостаточного размера пр. годного отверстия в корпусе виброустановки, осуществляются на большой высоте'в торец колонны. Для повышения эффективности указанных операций автором совместно с Ф.й.Мурач были разработаны и . реализованы в опытно-промышленных условиях принципиально новая с::е;.:а и устройство УСВ-1 для дистанционного управления процессами соединения п разъединения вибромолота типа С-835 с колонной труб п более совершенная схема их совместного перемещения /3/. Устройство снабжено кногспарнирнкм секторным замком-захватом, с приводом .01 впброустойчявого двигателя, управляемым на дистанции-реверсивным пускателем, а также самотормозящимся червячным редуктором, и содержит две части о отцентрированными торцевыми патрубками - переходниками, устанавливаемыми соответственно на колонне труб и на вибромолоте.

Устройство УСВ-1, соединенное с виброустановкой, з период .монтажа позволяет совместить вспомогательные технологические операции: снятия с рабочей площадки, подъема, заводки, установки и соединения с колонной обсадных труб..А в период демонтажа соответственно совместить операции; по откреплению от колонны труб, снятию, отводк от колонны, спуску и установке на рабочув площадку. При этом достигается надежность, безопасность и высокая скорость проведения операций, расширения диапазона "действия с различными диаметрами труб.

Экспериментальные и опытно-промышленные - испытания и исследования работоспособности показали, что за один цикл повторения технологических операций соединения и снятия вибромолота с колонны труб по предложенной схеме достигается экономия времени 34,4 мин по сравнению с -обычным способом. .При четырехкратном повторении цикла, что в среднем и производится за смену, экономия времени соЬтавляет 2 ч. 26. мин.

-¿л~

. Основываясь на результатах научных основ и опытно-промышлен-ншс работ при вибрсаеремащении колонн обсалных труб в ваиукао-галечниковых отложениях, необходимо сделать следующие основные выводы;

1. Ваяно учитывать характер изменения суммарного сопротивления и блеяния факторов на энергетическое равенство при перемещении колонн обсадных труб вибраторами ж вибромолотами.

2. Сопротивление под муфтами колонны R1H . S н с увеличением глубины скваашы играет важную розь и часто превышает значения лобового f?H-S.n и бокового ¿н -Ss сопротивления в про-' • цессе вибропогрукения и виброизвлечения труб при сооружении раз-

^ к

ведочно-эксплуатационных сквааин.

3. Для сникения суммарного сопротивления очень важно совмещать технологические процессы вибропогружения, колонны вслед за подработкой забоя скважины. В дальнейшем моает'бкгь рокомецдовано проведение работ по разработке g применению эксцентриковых или специальных снарядов для расширения призабойной зоны скважины из под башмака колонны, что позволит резко снизить • « R, „. Sn

и создать условия для. дальнейшего увеличения производительности анбропогругения.

4. Работы по приведенной технологии показали следувдие основные результаты:

- доказана возможность погружения и извлечения тяжебных колонн обсадных труб диаметрам от 219,273 ш на'глубину до'160 м, что на 5С$ превышает показатели по сравнению с достигнутым;

- средняя скорос j аибропо£руяэния колонны' возрастает по сравнению с традиционным способом, что позволяет более чем в 2 раза повысить скорость сооружения сквакины в валукно-галечниковш: отложениях;

- при виброизвлвчении труб высокий эффект достигается за счет совмещения технологических операций взрыва ЗДШ с одновременной передачей вибрационных и статических нагрузок. ,

5. Достигается снижение металлоемкости конструкций скважин за C4GT увеличения в 1,5 раза выхода колота труб. Обеспечивается емсокоо качество вслрытия з экешзтгл\1та водоносных отложений по экологически чистой тохнслогг;:.

G. Проведенные исследования лзглг: з основу теоретических и практически разработок автора н широко используются при проекти-ровэлзи и сооружения разьедочпо-гксхиуатациошых скважин в валуп-цо-галечнпкожа отлолввзях*

1'дхашдесхая и рейсовая скорости бурения скважин corpymxa .тпз^удзрнжакя зависят от степени водообальностя гор-

ню; пород; при этом их рост начинается с дебита равного 0,2 л/с,

(

а для уршпгшшя скороссл лровокеши гидрогеологических наблюдений целесообразно определение дгаиичоского уровня я дебита осуг.остз-лп» гзлохзтргсчоскшг ¡.гэгодсм п окслресс-откачлой без подг-ла пнез-мсударялков. ■■ '

Шхпипэсгл!: з рзЗсоигя скорэсп бурзнзя во многом спределзи степень производительности труда и технико-экономические показатели TpiT.ceiEcrs процессов при сооружении скважин. Некоторые результату хссгэдозашй, проведенных автором в этсй области, бглз полотая» л основу при выбора оборудования," тяпсз погружных гаеймоудар-ных уззпй s сврЗ&зггяпя оппгагьнкх ргслэаяв бурзнил. Исследование оскогюк гара'гзхров, а также ^oix'.rr-ioctcci ( У« } к рейсовой ( W) сгоростой бурзтсл пгвзлодар-окагя! пр^з: здглоеч з следу одах условиях: V« J при посасянцой ccc voii загрузи.» '.саждыЗ тип пневмоударкиког с лзлошшза частот эр г.«ся ( П ) уг 0,6 до 2,5 V,» = / ("Pc.J , .''Л. =/ ( Р-» 3 яри иостслшгсй час-

тоте зр"г,снил во греш ркспзржшп :х с nsitsKeirwa ссззсй кагруз-«хл Í ft* ) от IDO до 900 Н; VVi ( Wj , жри псулюшш глубины 'схззгзви ÍH) от О до 243 ц в яорс-г.т IX кг.т?гсрпя по буримостх, з с гсрыагЕгясй а $зхгдоскоЗ скоростями леи ^рагдтелгг-чм

~2S-

бурении; изменение рейсовой скорости (\V) и У/, от крепости пород и продолжительность рейса ( £ ) в'сравнении с нормативной и фактической скоростями .оурэния; Рк —j- (Q) , изменение'давления в воздухосборнике ксмпрзссора в связи с притоком воды в сквалиЕЫ ( Q ), при изменении от ОД до 2,5 л/с.

Во время определения завксйшоти маханпчаской скорости буро-ниа от частоты вращения снаряда, при постоянной осевой нагрузке бшп вняшшкн опгвмашшо предела •частоты вращения {от I до 1,25 с с пневмоударникаыа М-32К.

Ддя ппок.;оударнякоз дата. Li-ISCO" П-1-75, П-48, при бурения в породах девятой категория к ноизиз^здаЗ .осевой нагрузке (Р.О»

максимальные значения V'h отмечается при изменении часгртн вра-

-I

ценил в интервале от I до 1,9 с .

Результата исследований рейсовой VV скорости бурения паев-иоударыаи способами 'в породах от У до XI категории но бурпмости показали тенге, что значения v> б значительной мэре зависят от различной степени обводненности. Еасяшэ значение подучены npEnjBIOKO боды б CKE£EI2Q- б0,713е 0,2 л/с. (1,6 - 0,63 ц/ч). По безводным порода:,: Vp в сраднш es 0,15 - 0,20 п/ч мэпьш (Рис. 2)4)

■При прятокз езда iisH.ea 0,2 л/с за -счет накопления влаьз с 'образования сальтаков в. оЕвааша, воытаэт абобхейшдаоть jpasxofe-ки'скаряда я его подъема, вызванных прихватами и зажяквамп, Эгш и объясняется снжешео значений... .Ум

. Ивменение сроднзй ьахапаяоской скорости бурения ( VVi ), в зависимости от глубина ешэтш (Е) раалзгчншЕ типами пневмоудар-никоэ и примэняейг" вращатольннх способов бурзная в аналогичных условиях в породах деаатсЗ категории по бурииоста, показало значительное прашщпцэстЕО шхзвмоударного способа на ьсох интервалах, глубины, где возможно ого применение. В интервала 0^40 и средюът механическая скорость бурения шззюдарнишк почти в 3,5 раза

болыле фактической скорости бурения с применением вращательного способа я в 7,5 раз'болью нормативной механической скорости дробового бурения. Лучшие результаты по механической скорости до глубины 70 м достигнуты пневмоударниками типа М-1500 УК (3,72,3 и/ч). 3 интервала 70-130 и лучшие результаты получены при бурении пневмоударнякамн М-32К-(2,3-1,8 лт/с). (рис.5).

Анализ зависимости р1( ,. полученный з ходе экс-

периментальных работ,показывает, что давление воздуха ( ) в линии повышается.при появлении зодн в схваяине я увеличении дебита ( О ) непосредственно в процессе бурения. БезкоЗ повкшекдо давления на прибора компрессора указывает на приток подземне.": воды в скваяину в количестве 0,04-0,15 л/с и свидетельствует о "сальникообразованин" в процессе бурения.

Приведенные результаты исследований свидетельствует о тем, что ударпо-зращательное бурение догругными пневмсударникам :' с высокими значениями \/м и \/р имеет большие- перспективы при соррухекия скза~.ин на воду. ( г* о Ь),

■ В случаях малых водопритоков (дебит 0,06-0,12 л/с) возникает опасность слипания выбуренных частиц в призабоЗной части сквагашы я образование пробки или сальника. Давление воздуха при этом на компрессоре достигает порядка 0,6-0,7 Ша, а выход его на поверхность резко снижается. Скорость бурения также падает. В этом случае соответствующий эффект ма т дать разовые подливы воды в скваяину (в количество 60-1С0 л/с) с ло&:едупцэй интенсивной её'продувкой. В случае средних водопритоков (дебит 0,12-1,5 л/с) в процессе бурения происходят единичные или постоянные выбросы воды из сквачжш. Пробок и сальников прз этом ко образуется. При этом скорость проходки деке нескатано возрастает. Осложнения наблюдается з том случае, если в незакрепдешюй части осмола екзажшш имеются неустойчивые породы, которые при смачи--вании водой разругаются, вследствие малого противодавления

Ум

f'M с^ау^цемлс 2-/7,Y£àMi/âcr/WUJtZ /V-4<?

S- tyoewe с/каймой ffpoâbh, (фа&ямеслие s/ej S- мсрюа/ы/бхая лгехал/с/-YCcxarg CKo/sac/пь tfyps-

M ка/нег&рия по fyp&Mocmu

so fZû m

глусЬ*!? cxícr^cu/fi/j <*т

Рис. 3 \За&/си/посл?ь механической скорос/пи <?урения (Vjv) О/О est/ScH/ô/ c.c&oqtiw/

/три притоке éaffu £¡Z-&5'#/C?K.. По fínpv&rt

/7ри Safo

x • XI

xff/ntic/>i4t - /JC/P0& /)о Syoiwacmu Рис: tf Заг^иси/послъб f>eùco£où Cxopacmú буренup

е/п xuwezopt/í/ лоуоод ло á^pu/ioc/viL/ притока ooc?¿/ ff с&£а&сину.

обваливаюгся, расширяя ствол сквазины до значительных размеров.

Параметры режима бурения, по породам различного типа для наиболее распространенных гаевкоударников, применяемых при бу~ рзяш тщдогесиюттвских еквакин, ввдоизмейявтся в зависимости от конкретных условий. В. результате исследований разработанности • параметры Рос, а и Р*, которые'калвйавтся в пределах, указанных в табл.2.

Таблица 2

Оптимальные параметра ренима бурения различными пневмоударникамл -

Параметры реяима бурения ............. « ■■ — Марка пневмоударника

11-120 Щ-3, 11-Х-Уо, П-IOS. M—48

Трещиноватые породы Ыонолит-' ные . породы Трещано- ваткэ породы мснолйт- ные породы

Осевая нагрузка, Я Частота вращения,- с-* Давление воздуха, Ша. Расход воздуха, м3/мии 32G0-24C 1-1,65 0,5-0,8 12-18 Ю 2000-3000 1-1,65 0,5-0,7 9-12 1000-1800 1-1,65 0,5-0,7 6-10,5 1500-2000 1-1,65 0,5-0,7 6-10,5

Нами била разработгза ггзгояшга и технологическая оснастка для определения основных гидрогеологических параметров без . подъема пневмоударников, полуденных при использовании манометрического метода определения дянакгеесЕого уроаая воды в сква-аине при шевмоударном бурения, осдовззнои на взетин отсчета по маномзтру минимального предельного давления, создаваемого при кратковременном перекрытии напорной "воздуходувкой линии от компрессора, осуществляемом с помогла специально разработанного быстродействующего icpssa (КСЗ),'Принцип измерения основан на тем, что яра перекрутил пнекаутзргоя"бурильных труб'" зеразкд ECB, давление з csar¡.tsvc ::сз.ткозрекзнно снизаехся в за-

ГЗСПМОС

от hq з скэгшге.

Значения динамического уровня ( ,м) вычисляются до наш выведенной эмпирической формуле, которая имеет ввд:

Ч = • Нт ~ 10 р т1п. (?)

где ИТ - длина колонны бурильных труб от поверхности земли до выхлопных окон пневмоударннка,' и;

Ргп1П - минимальное предельное-давление в буровом снаряде при перекрытии его краном КСВ. Описанный способ замера динамического уровня испытывался как в _ процессе шевмоударного .бурения сквааин, так и в ходе обычных откачек эрлифтом. Расчетные данные, полученные по формуле С1?), сравнивались с замерами контактный электроуровнемером ЭЗ-2М н

5»

показали, -что абсолютная ошибка измерений не-превышает 0,30 м. Полученные положительные результаты послужили поводом для сравнительной опенки.разработанной методики расчета динамического уровня с применяемой ранее БСЕШШ20 при манометрических способах замера, по которой динамический уровень находится из выражения:

= /II Ч- Ю ( рп - ре) • (8)

где Не -статический уровень воды в сквакине, м; Рп, Р? ~ пусковое п рабочее, давление воздуха, №.

'При одинаковой .точности манометрический метод, определения имеет существенное'преимущество в быстроте проведения операций, ввиду отсутствия необходимости'определения статического уровня Ас и параметров Рп , Ре , что позволяет оперативно определять Лу баз подъема снаряда" с пновмоударниксм.

В ходе исследований автором установлено -на диаграммах самописцев три этапа в перепаде давлений: снижение рабочего давления до минимального при закрытом кране ( Р(> -»- Рт;„); фиксирование минимального давления ( Рти ) на определенном промежутке "времени; повышение давления от минимального до кускового при открытом кране ( Рг»нр -*• Рп ).

Ядительность процесса Рг Рт1п Р« ' и составляет чис-•тое- вреш, необходимое для определения Ь3 з скважине. Результаты экспериментов показывают, что для замера динамического уровня чистое вреш занимает 30,5 + 55 с. Одновременно был разработан , и исследован метод экспресс-откачка, основанный на том, что в систему "сквазша-шеЕМоударник-буровые .трубы-кошрессор" вводятся датчик, электронный уровнемер и самописец (рис. 5). В качестве измерительного инструмента ысено использоЕать приборы с датчиками небольшого поперечного сеченая, например контактный электроуровнеиер ЗВ-Ш.

Затары динамического уровня описанным методом, астакге параметры о, , S сравнивали с данными, полученными при.эрлпфтных откачках воды из скволсины. Удельны!! дебит, определенный до-данным откачка с эрлифтом и экспресс-откачки без додает пневкоударника, был практически идентичен в 7 случаях, в 5 случаях разница была «и-ншлальной - 0,01 л/с/.м п в одном случае - 0,02 д/с/м. Сравнение данных, получаемых при определении динамического уровня манометрически;.! способом и с помощью ЗВ-ЛЛ полазало, что абсолютная ошибка в замере.

i

колеблется з пределах 0,00-0,30 м, а относительная ошибка не превышает 4,55^. Абсолютная ошибка, рассчитанная для группы скваалн при проведении экспресс-откачки, равна 3 см.

Таким образом, основные показатели в определении удельного дебита и динамического уровня в большинстве случаев обеспечивали достаточно высокую сходимость. Это свидетельствует о том, что манометрический способ и экспресс-откачка могут'найти широкое применение при гидрогеологических набдх&ениях погрунннми пнешоударникаш, что позволит значительное уменьшить затраты времени на опробование сква-кпн, повысить качество и культуру производства, ^

Положение 3. При вскрытии рыхлых водоносных отлояенпй в восстающих скврлпнах снарядами с фильтровка колонками целесообразно предусмотреть переход на обратную схеыу циркуляр'прсКщвбчной нпдкос-з системе 'Тосглоткзирутацсю устройство -'сквалина - буропое долото

Схема лраизооартба. Рий5 ¿амера- • динамического уроём методом $*елрее-оти ки при дурении лмевмоу&црникцми ■

1.-Напорный рикег£] ,£ Смеситель \ 3 ' Бур ильные• чпру^ы.

. V. Лне£наударпи*- /* 3размер №■/;£- катушка -с 'ксиЗела* Датчик • <? - груз; 9-схз/*олисец. -

обратный клапан - напорные, трубы с пакером - трубы о пакером -

• трубы СФК" с созданием постоянного противодавления с новышенными значениями Рр, полуавтоматическим управлением процессом циркуляции л перекрытием напорных труб, что позволит повысить устойчивость стенок еквакин и снизить проявление осложняющих факторов.

Традиционные способа сооружения наклонно-восставдих скважин из подземных горных выработок в слсоных гидрогеологических условиях с применением специальных буровых снарядов с фильтровыми колоннами типа СЕС и "прямой" схемой циркуляции промывочной явдкос-

• тл обладает существенными .-недостатками, связанными о факторами штори устойчивости водоносных оглашений и обрушением стенок, что доказано рядом теоретических и экспериментальных исследований Ю.М. Носовского, А.Ф.Беленького, Г.И.Кваязпша и др. ,

Для исследования указанной проблемы под руководством и активном участии автора разработан-.принципиально новый метод циркуляции промывочной жидкости с применением С£К, учитывающий указанные факторы и предусматривавший возмоиность перехода с '"прямой" схемы циркуляции на "обратную" (и наоборот), полуавтоматическое управление процессом циркуляции, за счет динематяческой связи колонны с узлом обратного клапана, о упрааляеьтЕЭЛ перскрнтиеа'напорных труб и внутренней полост&СЖС ст опасных выбросов подзейпа'вод, шлама и пульпы в период спусяо-подьешшх опаршуй - и эксплуатации. С учетом этого метода разработано два варианта СФК-М,- пригнанные изобретениями Г<ЗД] -

По инкциатявз и непосредственном участии' автора' 'была сформирована творческая группа аз научны::' сотрудников ШО "Е10ГЕМ", которая.провела теоретические и экспериментальные исследования, составила програ^лу расчетов суммарных потерь давления в циркуляционных системах при сооруззнии яаклсяю-эоссгаэдпх екгааия в ссдсстен-лых условиях. Программа записана на языке ОБ - бейсик д% наш I ЕМ PC/AT а использованием 1Щ гибкого магнитного диска под именем CGN&S алз.

Произвеъано таюге моделирование, при которой рассматривается ¿посредственное оперироьзние в системе "17 - сквааияа - долото -обратный клапан - напорные трубы с пакером - трубы СЙК". Критерии подобия установлены на примере представленной ыодели восстающей скважины по математическим фор/улш потерь давления Р, отрааающих неполное подобие оригинала наклонно-восстающей, скважины примелитель-но к типовым конструкциям и новым вариантам СФК-14 с прямой и обратной схемами циркуляции промывочной жидкости-(рис.6), гдь представле на модель восстающей скважины со снарядом СФК для определения потер! . давления (Р ) при прямой и -обратной циркуляции промывочной жидкости

1 - водоносные, (рыхлые) отлояеная; . . ■

I ■ ■

2 - долото (Рц); .3 - переходник (Рц); ■

4 - обратный клапан; 5 - фильтровые секции ШК;

6 - направление потока жидкости при прямой циркуляции;

7 - напорные (пакерные) трубы (Ри);

8 - пакерный узел (Рц); 9 - сквааина (Р(ЖВ);

10 - трубы СФК; II - направление потока аидкости при обратной циркуляции;

12 - кондуктор; 13 - подземная буровая камера;

14 - задвияка; 15 - боковайотвод; ' '

16 - герметизирующее устройство (РГу);

17 - схема переходника; 18 - схема панерного узла.

Подбирая насос.идя. данной модели, необходимо учесть, что он

должен развивать давление, достаточное идя преодоления гидравлических сопротивлений, встречающихся во-всех 'звеньйс'циркуляцаонно^ системы для каздого из-способов промывки. В обоих случаях, определив суммарные потери давления в системе'и умнодав на коэффициент, учитывающий необходимы!! запас на преодоление дополнительнях сопро-тпвлапий, полу там рабочее давление, которое должен создавать буро-

—ЗУ —

- .....-Рвг\

Ц- . лряма я циркуляция сЯрашя цир^щщ

Рис. 6 Модель Восстающей ск$т<ины со снарядом С'РК для определения лотёрь бссбления (Р) при прямой и обратной циркуляции лромь/-Вочнай ж идкости.

вой васос

РР ■> К (Рв.0. + Рс + Р скв. + Р^ + Гг>. ( 9 ) где Рр - рабочее давление, развиваемое насосом, ЫПа;".-

К - коэффициент, учитывающий запас давления на преодоление дополнительных сопротивлений при зашлакован ¡га схвашш, образовании сальников и др.потерь давленая; Рв.о.~ во вспомогательной оснастке до устья сквасшш; Рс - в бурозом снаряде; РСНБ - в затрубнои_пространстве скважин;

РГу-в герметизирующем устройстве; Е^ - на преодоление гидростатического давления подземных вод при вскрытии водоносного горизонта... Гидравлическая характеристика циркуляционной системы'при сооружении восстающих дренаишх скважин снарядом С$К шеет ряд особенностей, которые относятся к определенна потерь давления в буровой снаряде,в "ерцетизврующеы устройстве,и т.п. С учетом этого форвдла определения потерь давления в буровой снаряда СОК примет вид:

Рс е ро + Рд + ?пт + рсфк( Ю ) где каждому-из здеиентов соответствуют потери давления;

Р0 - в обсадных трубах, 1Л1а,: Р^ - в. переводнике С®; Рд - в до-тгптя • р - в пакере в вздорных (покерных). трубах,

лухи, ¿ЦТ

Существующая технология преду сматрлваэт в конструкции . несколько участков разного дигиетрз, поэтому потери давленая в а&-трубнсм пространство сквазинн следует рассматривать"кал сумму потерь давления на каздоа участке.

рснв = рсвв1 + рскб2 + РСЕВЗ ( 11 )

где Ровц!, РСКВ2» Р -нез - сботватствензо потера давления в затруб-вом пространства на каадш участке СЕвагины.

Потери давления в герметизирующем устройстве определяются по. формуле: . •

Ргу » *пр + + Рб + рз + РМ . ( )

■ где РПр, PR , Р^ , Рэ , Рм - соответственно 'потери давления в превенторе, корпусеГУ, боковом отводе, боковой задайшсе и водо-шламоотводе.

Потери давления на преодоление напора подземных вод определяются из конкретных гидрогеологических условий. Существующие конструкции герметизирующих устройств, работающие совместно" со снарядом СФК, позволяют вскрывать водоносные горизонты с гидростатическим давлением до 6,0 Ша. Результаты расчета потерь давления по элементам циркуляционной системы, определяемые по расчетной схеме, для конструкции сквачины со следупцяш параметра«!: Д1 = 0,127 M.Ll = 5 м, Д2 = 0,112 M.Í2 = 80 м, ДЗ = 0,053 м, ЬЗ = 160 м, и подаче насоса Q = 63 д/шш. представлены в табл. 3

Общие результаты расчетов потери давления в системе при пря-, мой и обратной промывка для других расходов промывочной жидкости и конструкций сквашшы приведены в табл?,При расчетах использовались вышеприведенные Формулы автора, а также данные Р.А.Гандаумя-на, В.С.Федорова, В.Г.Беликова и др.

Как видно из таблицы §целом для преодоления сопротивлений з системе 'ТУ - скваяины - ... - трубы СФК" при прямой циркуляции необходимо создавать более высокое рабочее давление ?р прожиточной яидкости (Рр = 1,36 Ша), чем при обратной циркуляции (Р = 1,27 Ша).

При обратной циркуляции промывочной жидкости в СФК практически отсутствует сопротивление Рп, в связи с выходом ее через пакер по напорным трубам. А по потерям давления при' прямой циркуляции отмечаются более высокие'значения по" сравнению с обратной циркуляцией в зоне Р , а также на всех потенциальных оттер-валах осложнений Рсквр Рскв2 , Р^' . Суммарные значения РСКБ

составляют соответств'чно 0,769 и 0,681 Ша. При этом рост сопротивлений возрастаот, по мере увеличения длины L

-л?-

Расчот сопротивлений (Рр) прошвочной квдкости в восстающей сквькино

ТАБЛИЦА 3

Параметры

Расчетная формула

! Потери давления (,УДа)

¡Пряиая цирку- ' ""

Рве 0. -г о, 19 МП а ' 0,17 0,19 •.

Ро -О2 • Со.т./^вст 1.64 кг -3 1,85 • Ю-з

Рп • • Ог/<£ у ¿л 3.25 10" — 0

Рпт 10,2 . 10' -з 11,5 Ю-3

Рсфк ; 0,06 10' -6 0,07 Ю~3

;Рд /0 - < > • а с£ • ^ £ 0,02 0,023

Рс ■ !■ Рът ч- Рпг + Рсч-к + О'.ОЗС 0,037

Рскв! • ; ■ (Лп 0,039 10" ■3 0,035 10~3

Рскзй 3,09 10" -3 2,74 ' Ю~3

ГсквЗ в • /г-/о~Ыл ■ и /САз - +</»)а 0,766 0,68

Рскв . Рекв<> Р« к + РеКЬ-3 0,769 0,681

Ргу : Рпя + Рк + Рй + Рз Ргп 0,013 10" 3 0,011 Ю"3

Рр к • ( Рос + Рс. "'* Ре.К & Рс 1,36 1,27

-3S -

Все ато свидетельствует о преимуществах применения обратной схемы циркуляции промывочной жидкости в период' вскрытия рыхлых водоносных отложений. . •

Анализ полученных данных показывает,"что потери давления • достигают значительной величины при больших значениях подачи насоса я малых диаметрах бурения, которые применяются при истин-ioзалип снаряда (Ж. Поэтому при вскрытии рыхлых неустойчивых отлояений с применением обратной циркуляции особое внимание следует уделять скорости восходящего потока промывочной якдности в кольцевом пространстве, определяемой по известной формула:

Vtt = Rk С Ii + С min ), .' " .( <3. )

где I?« - коэффициент, учитывающий регшм течения жидкости, вращение труб, площадь поперечного сечения кольцевого пространства, Рк = 1,1 - 1,3;. Ü - скорость погружения частиц при отсутствии циркуляция, м/с; CnU- минга/лльная скорость двизиьпя выбуренной породы в затрубном пространстве из условия недопущения чрезмерного обогащения промывочной авдкостп, м/с.

Составляющие величины U и CmLn в формуле ( 15 ) влияют на состояние среды в затрубном пространстве СФК. Так скорость по-гругения частиц, определяемая по формуле Риттингера, является критической скоростью потока' гидкости, способной удеркивать частица породы во взвешенном состоянии:

U = ' ( tk )

где J?9 - коэффициент формы частицы am ( = 5, Ii-комнатная; = 4,0 - удлиненная; R<? s 2,5 - плоска!) ; - максимаяьнкй размер наиболее характерных твердых частиц, м; ~ плотность породы, raVi.'i3; </> - плотность лрслспочноИ жцззкосй", кт/м .

Уыеньшение скорости потока аадкости менее критической приводит к оседанию частиц выбуренной породы в кольцевом простран -сгве, что влечет за собой увеличение сопротивления щрхулящт промывочной еядкости, увеличение крутящего момента и осевого усилия подачи снаряда С£К, а это тже? привести к серьезным осложнениям прп сооружении скважины.

В ходе опытно-проишщенных работ на ряде далезорудных место -разделай в осложненных гидрогеологических условиях наш была ус -таноалена а.оцисана закономерность изменения состава среды в наклонно-восстающих скваниках в системах обычных буровых снарядов и снарядов СФК при .бурении рыхлых и шпщунньк отложений, ртранамдая периодичность видоизменения фазового состояния по схеме " воздух-прачизочная гадкосгь - шлам - подземная вода - частицы породы -пульпа" а Зависимости от технологических операций и схем цирку ляцаи Ездкоати / 27, 41 /. ./

Одновременно изменялись е гидродинамические показатели. Рр, Рц,. Рскв, Рг. , с последующей-вдрвуляцней промывочной видкоста и подземной вода в затрубнои пространстве. СФК со значительным количеств;оа пульпы, объеы порода л которой достигал до 150 ы3.

В практике соорушшя первых наншнно-восстазаах дренаашх сквакин • на надщдкэй водоносный горизонт Яаовлевакого местороз -дения в период всготытия его снарядов СФК отаачагпгсь." выбросы рыхлых частиц порода соответственно 3,0 н 0,8 ы3 под давлением подземных вод ( Р г = 5,0 Ша> с дебитом порядка 50 гл3/ч. Анализ пульпы показал, что, глинистая часть шшма по сквалине Л • IK была представлена пшгьо каолзвлта^ и шнералами шамо -зита, гндроокнслаки ."сзсзза . г бзтитом. Обломочная фракция была представлена стягекияки шцрта {23%), обломками частично окатанных- келезно - слизкого. - мартитовш: ъ'Д. -(20 %), ■ фаллштовидных хизгтреннш-: сланцзз (К$), зернами- и об-

ломками выветрелнх кварцитов (30£) и карбонатов (17%).

Средние результаты по гранулометрическому составу и плотности представлены' в таблице Й.

Таблица У,

Размэры фракции, \Ы% Плотность, г/см3

о ю ю 1-1 м ю о ю 1> о о о с\» ы о о о о о- 1

ю <м и о ооооооо.

г- 8 ** ю о ь-1 со 4,610 11,93 32,50 •10,44 2,290 3,780 2,790 со

со с- со

Из сквазпны значительная часть мелких фракций могла циркулировать в воде по подземной дренаняой система с частица® во взвешенном состоянии еплоть до насосной подземной станция, что такге вызывало осложнения из-за преждевременного-износа л выхода из строя насосных установок. Это вызывало изменений всех приведенных расчетных показателей и сопротивлений, оказывало деста- . билизирущее влияние на устойчивость слокизшейся структуры стенок сквахины в рыхлых водонапорных отложениях.

По результатам приведенных исследованшс и оштно-промышлен-ных работ при сооружении наклснно-восстащкх скванин из подземных горных выработок с различными схемами циркуляции мозно сделать следующие основные выводы: прямая.циркуляция промывочной хкдкости технологически оправдана и успешно монет применяться со снарядам СФК преимущественно в относительна-, крепких и устойчивых породах до вскрытия рыхлых отлояений; однако при вскрытии рыхлых и неустойчивых отложений,и особенно со .снарядам СФК^в зоне напорных водоносных пластов прямая циркуляция промывочной лсидко-. сти вызывает видоизменения фазового состояния среды в затрубно.м „пространстве, что способствует, под действием изменений гидродинамических показателей Рр, Р резкому возрастании циркуляции слама

и пульпы по скважине, увеличению сопротивлений ?скв и Р^ и последующих осложнений; предотвращение осложнений целесообразно

проводить за счет противодавления и обратной циркуляции промывочной жидкости, что позволяет добиться лучией стабилизации стенок сквалаш и рыхлых и водоносных отделениях, снижению сопротивлений Рру и РС5СВ; применение традиционных способов обратной циркуляции промывочной явдкости в указанных условиях тоге ограничено из-за необходимости решения проблемы перекрыл», внутренней полости напорных труб и снаряда СФК от нерегулируемых выбросов подземных вод и пульпы и шлама в период наращивания снаряда или. проведения спуеко-подъемных операций; разработанный, метод циркуляции промывочной жидкости весьма перспективен, так как с его применением достигается возможность совершенствовать технологические процессы за счет перехода прямой циркуляции на обратную и наоборот с одновременным полуавтоматическим управлением перекрытия внутренней полости СФК.

'Таким образом, приведенные выше расчеты и результаты опытных работ позволяют заключить, что при определении потерь давления Рр в начальный период вскрытия рыхлых водоносных отложений снарядом СФК, показатели Р^у, Рскв1 . РСКВ2 ' РсквЗ обРатной циркуляции в 1,08 раза меньше аналогичных показателей по сравнению с прямой циркуляцией. При этом восстающий поток промывочной жидкости с давлением Рр > в кольцевом пространстве скваяины за счет противодавления нейтрализует' поток напорных подземных вод, что позволит повысить устойчивость стенок и снизить.проявление осложняющих факторов, связанных с перемещением;пульпы к устью скваяины.

Однако следует иметь в виду, что одновременно начинается рост потерь давления Рд , Рп , РЕТ , РСфК , Тос во внутренней полости снаряда, что неизбежно вызовет рост суммарных потерь Р .

А прогсцданпэ обогащенного слаксм и пульпой потока еидкости'через ■ знутрезнто полость ОЖ, вращатель и другую технологическую оснастку затруднит производство операций, связанных с наращиванием труб

СОК. " ... ' '

Полуаг.то.',2.ткчасхоз упрагленле обратным .клапаном позволяет

цорэкрить напорные трубы, сохранить постоянное противодавление с ШЕхГзятга значе.чпггм Рр в затрубяом пространства и продолжить дальвейпзо бурагаз со снеяшнеми значениями Рд , Рп , Рдг, ?сф,:,Р0С

Для совершенствования процессов сооружения наклонно-восставдих .сее:зез в дальнейшая целесообразно выполнить следующееустановить я использовать для циркуляции более мощные насосы (типа КБ 5-320/102) з системе нагнетания, что позволит повысить значения Рр и преодолевать сопротивление в системе щп осложнениях; предусмотреть возмон-кость осоагденпя устья гсзяяины и бокового отвода для чистки корпуса гермзтизирупцзго устройства, прэвентора и кондуктора, что позволит сзлзпть значения ? , ? , Р^ , Р3 и Р., ; разработать и реализовать ноенз варианты оборудования устья скважины сО'ПШззоеой камерой, с -гидроприводом герметизирующих элементов превснтора; проводить непрерывный процесс вскраткя напорного водозога.ого горизонта и установки СОК в рыхлее и пластинчатые горные породи с сокращением, про-дслЕлтатьности ес,=х осногашх п вспомогательных ояэрациЛ, предусмотреть установку СФК с промедутспсЯ г-лл двойкой колонной труб, что * *

псезскпт снизить крутящийся момзнт за счет устранения бокового сопротивления 3 шжних ЗОЯ8Х спезгян. • • ..

Наиболее подробные сведения по представленному подояенив применительно л сслйтлоншг! уелоззнм сооружения скватан опубликованы совместно с пшшергмп Пэресе1азм А.К. и Акоповым В. В. в статье "Цгркулягрш гпдкости в аагздснно-восставщих дренакшгх скаакинах" (депонированной в .1р!7Б "Черм-зттгфсрмации" й 5519 УМ, 1990, с.2о), а такгз изложены автором в гуркадв "Шахтное"строительство" [23,27]

-is-

B указанных условиях процессу испытания кондуктора и ос -кастки устья наклоннс-воссташцоД сквааяш уделяется больеое внимание. Это объясняется тем, что онз размещаются в кроме горной выработки и воспринимают значительные' нагрузки в процессе сооружения к эксплуатации. Б случае гх вывода из строя в горные выработки могут прорываться-потоки подземкой воды, рыхлых и плывунных отлоаениИ. Создается реальная угроза безопасности для работающего персонала и возможность затопления горных выработок.

Существующие традавдошшс методы испытаний к опрессовкз предусматривай? подачу избыточного давленгя Р ц » которое в' • 1,3-1,5 раза вшг ожидаемого гидростатического давления подзем -ных вод. Однако при давлении подземных вод до..5,5 Ша, что отмечается в частности .на Яковлевскоы.рудшпсо, .требуется повышать избыточное давление до рц =8,25 Ша, на что не рассчитаны серийные буровые. насосы типа IIB. Поэтому возникает-необходимость применения для испытаний более мощных йурозых насосов с увеличенный. габаритная; размерам ши -спедаалышх" дополнительных насосных установок, разхяваакпх высокое давлешо.-Традициощш^ ыпе-ды испытаний с опроссовки не могут з-аххгэ обсспечить надеяаув нро-варку o-зыасткв, так как в полости восстагвд: скаазин образуются обычно воздушные! "подуши"., а имеющиеся технологическая оснастка и кетодапз но посватает о достаточной достоверностью создать болигос давлзше с вытеснением воздуха-а шадераихщгь его ста -бильши в процессе испытания. Кроме, того, на производство моитаз' но-демонтаглых операций мощных или дополнительных касосов тре -буатся болите трудозатраты" в стесненных усло^ях подземных вы -работок, ¿нализ теоретических п оантно-промыщденньк результатов показал, что для оснастка устья сквазшш, в состав которой входя кондуктор, герметизирувкее устройство (1У), боковой отвод с. за;:-виекой, торцевая задвиака и другое технологическое оборудова

те, наиболее опасными являются динамические нагрузки. Кондуктор раскрепляется в относительно устойчивых горных породах с применением метода взрыва торпеды из. детонирующего инура, а в треща -"новатых породах - способом цементации и несет-основные нагрузки. На кондукторе фиксируются 17 с указанной технологической оснаст -кой, снаряд с фильтровой колонной, чья суммарная масса доходит до 3 т и на элементы которого передается динамические нагрузки.

Таким образом, к числу наиболее-значительных динамических нагрузок на кондуктор и оснастку устья йс&шшы следует отнести: воздействие внезапного прорыва подземных вод, обогащенных об -

яоночнкк породами, в, в частности, в период вскрытая карстовых

*

напорных .вод или поверхностных водоприемников; воздействие взрыва торпеды.в. полости .скваяины или СЗК в.период активизации водо -притока;, воздействие перемещаемых или подающих элементов бурового снаряда или СЙС под давлением гидравлической системы буровой установки, -Гразитаодонных усилий и естественного напора подзем -ных вод и плывунных отлогений, в том числе в период контакта снаряда с 17 при осевом усилии р^ , в период автоматического перемещения напорных труб-и пакера в.СФК. Учитывая зто4 автором совместно с С.А.Звуковым были разработаны принципиально новые ме -тод и методика йЪпытания к..опрессовкгпод избыточным давлением (A.C. & 1772352). Отличительной'особенностью ковоге метода яв -ляется то, что установку напорных труб производят с вводом, их торца в верхнюю призабойную зону.полости скважинн,' а нагнетание еидкости вначале осуществляют -через . боковой отвод с задшгкой с одновременным вытеснением воздуха.из полости скважины через напорные трубы, после чего маслонасосом гидросистемы а пульта управления бурового станка через напорные труба образуют масляную прослойку, увеличивают избыточное давление и производят спрессо:—

-ks- .

ку полости скважш, кондуктора, оснастки устья и всех техничес -кис устройств.

Пологдтельдый эффект указанного метода. состоит в том, что отпадает необходимость устанавливать,-дополнительные мощные насосы с высоким давлением, .упрощается, процесс испытания и повышаете, надежность. Все это.способствует'сникению трудозатрат и улучшени; условий техники безопасности.

Указанный способ испытания и опрессоззз!.. меезт вшолнить своз основное назначение лишь зри вполне определенных соотноше -ниях параметров, основными из которых являются: F* - усилие раскрепления, кондуктора в стенки сквашны и - усите пе-

ремещения ( выталкивания) кондуктора из скважины. Так как дан -ные усилия передаются.через ГУ, автором предложено в расчетах . учитыватг его" параметры . и собладать соотношение усилий в нем и в СОК. При этом . Г к должно быть больше .fe в период и с -питания с максимальным давлением в гидросистеме, т.е. Р* > Р, 1 Ре определяется по формуле:

Fa - Р w ;'*'•$ г J •- * Sc & - -¿"У

Ч 4 \ 15 )

Еде Рм - давление при испытаниях;... .Sr - площадь 17; ; аметр 17; cLH - диаметр напорных труб.

В случав, падения элементов -бурового снаряда подГвоздейст -шеи гравитационных усилий и естественного напора подземных вод долкны учитываться указанные параметры и .габаритные размеры CSK. Так, щи выбросе пакера'и напорных труб в системе усилие f в у действующее на пакер,- определится по формуле

F«> Sü-Pr f. у; - ■ F* ( »*..

где 5 п - площадь пакера; Рг - гидростатический напор подземных вод; ^ - плотность среда над пакером (вода, облег -ченная пульпа, утягеленкая пульпа); (р - ускорение силы тяжести (м/с2); рг - усилие прилагая пакера к СФК. ( Р<г С учетом параметров пакера примет вид

Г-- Р» < „ ,

где 4 п ~ отаиетр пакера ; £ - коэффициент трения пакера в С®. 0

Анализ результатов опнтно-щюмшпенных испытаний а расчетов показал, что усилия. и , развиваемые при выбросе па-

кера и напорных труб под действием гравитационных сил и напора подземных вод и пульпы с различной плотностью, более чем в 5,4 газа меньше по сравнению с максимальным усилием при, испытаниях (табл. 5" ). В период контакта снаряда с 17 при максимальном осевом усилии станка Рос . =80 кН оно уравновешивается массой буос-

i '

вого снаряда и массой 17, так как . направлено на.песемз -

щение а заталкивание их вместе с кондуктором з скваетну. При обрат ной ходе снаряда усилие Р'ое. , развиваемое установкой ( УДБ-8), значительно снижено ( Рое. 40 КН), но таете в 1,6 раза меньшг усилия Р г .

Таблица

Результаты расчетов усилий Р Г г

йп спеды и плотность Дт, 5«,2 »и и* Рг, ,м м/с кН . кК

I 2 3 4 ' 5 . 6 7

Вода,998,2 кг/м3 0,075 150 9,8 6,5 0,21 1,4

Прододжание табл. 5

,....., Д_2 3_4 . 5 , . .6 ,.. 7_8___

Облегченная пульпа,1650

кг/м 0,075 150 • 9,8 ' 10,7 0,21 2,25

Пульпа нор- 21 •

мальная, „ §

1950-кг/м3 0,075 ° 150 9,8 12,7 0,21 2,66

о

Утягелекнан • . ,

пульпа,2300

кг/м3 0,075 150 9,8 15 0,21 3,14

В случае проведения взрывных работ с торпедой из детонирующего пнура .в полости -сква&аны или СФК в период активизации водо~ притока новой технологией работ автором предусмотрено дополнительное раскрепление оснастки устья, что также позволяет нейтрализо -вать ее перемещение (A.C.. £ I4I2402). Опытные и промышленные работы, успешно проведенные.в условиях Якоалевского железорудного месторождения, показали -высокую надежность новых . метода и методики- испытаний, так как не было отмечено "перемещения" оснастки устья, что подтверждает положение f^ > Fg .

Однако, при сооружении скважин в трещиноватых и неустойчи -вых породах необходимо проводить .более совершенную технологию крепления кондуктора с увеличением его длины L к и значений F« -

Положение 4. Классификация буровых снарядов с фильтровыми колоннами, основанная на принципе совмещения технологических процессов бурения, обсадки, вскрытия продуктивных отложений и подготовки к эксплуатации наклонно-восстающих скзалшн в слскных гидро- • геологических условиях, выполненная с учетом состава водоносных отложении и гидростатического давления подземных вод, позволяет произвести анализ, оценить эффективность и прогнозировать создание новых СФК, направленных на повышение надежности, снижение металлоемкости конструкции скважин, механизацию', автоматизации и совершенствование ряда технологических операций.

По результатам исследований в основу проектирования и создания СЖ автором закладываются следующие основные принципы: воямоа-ность совмещения технологических процессов; возможность прямой, обратной или комбинированной (управляемой) ехал циркуляции промывочной шщкоств; упрощение компановки, механизация и автоматизация выполнения технологических операций; возможность телескопической компановки с вращением верхней секции и рабочего органа; возможность включения и переключения исполнительных органов гидравлическим путем пуска клапанов к элементов с положительной плавучестью; ■ в состав включаются модул:!,.киакектующио из нормального ряда труб, рабочих и исполнйтельных органов; резьбовые соединения и исполнительные органы доданы быть расчитаны Покшейные нагрузки, прз-гшащиэ параметры буровых установок; сохранение возможности снижения металлоемкости, улучпения опробования и увеличения продолжительности эксплуатация с высоким дебитом. .

С учетом указанных принципов впервые" разработана обобщающая классификация СФК (табл.б), на базе которой создан параметрический рчд, включащяй принципиально новые снаряда/, защищенные 14 авторскими свидетельства!® на изобретения. (тдЕг. ?).

- Таблица б

Классификация буровых снцэ^дов с фильтровыми колоннами

Класс СФК Средства ели факторы, используемые в процессе бурения Гндрогеологаческие условия, характер средств и факторов, действущих постоянно Достигаемые результаты

Одинарные. Долото (Д).переходник (ПЕ) о обратным клапаном (СК-Г) .обсадные трубы (ОТ) .напорные трубы (НТ) с. пакером (ПА) к ОК-2,фильтровая колонна (ФК). Лрмотк-зирупцее устройство (1У),-поевентор (ПР).задвиаки (В| Рыхлые отложения (РО) Рг<£6,0 Ща НТ.ПА с СК-2 изолируют полость <Ж и ОТ,они взаимодействуют между собой и Вспомогательными НТ.ПА, с ОК-2 извлекают через 1У, ПР и 3 Совмещение процессов бурения об-садаи и вскрытия. Регулирование отвода подземной• воды и РО, Q= 120 ыЗ/ч Предотвращение выбросов

Телескопические ФК из ттериалов пониженной прочности Двойные ОТ а Ш, механизм фиксации (ш), бандаа, манжета ПЕ оо пишцевши элементами, гильзой (Г) и шаровыми элементами (ШЭ) РО .плывуны, Рг^З.О М1а.Бнутренною ш защищают с помощью ОТ или кскуха РО,Рг <3.ШПа;Внут-ренняя Ш взаимодействует с ОТ.ПЕ, СК-1Х. НТ.ПА, СК-2 ш>,г|ш§ РО, Рг ^ 6,0 Ша Снижение металлоемкости Бурение мощной толщи РО.Предот-вращение прихватов

Укороченные Отсоедаштельные ПЕ о Ш е Ш Устойчивые и РО Рг < 3,0 Ша Ж фиксируют, "ОТ извлекает - Экономия ОТ

Специальные Снаряды с водяной рубашкой, НТ с очистными элементами Снаряды ддя опробования НТ о камерой (КД) Снаряды для сооружения веера сквакин; еК с нап-равлявдим клином (ВК) Снаряды для реверсивной промызкд.ПЕ с обводными каналами Снаряд для замены к чистки Ш Дикобур (ПБТ ] Р0,Рг 4 2,0 Ша Формируют водяную • прослойку вокруг • ФК,- чистят НТ РЬ,Рр<.5,0 Ша Периодическое гид-рбсоеданение Ж с щгк£Гог - - Устойчивые в РО Рг^ 5,0 Ша НТ размещают черев НК РО.Рг ^ 5,0 Ша Стабилизирующее воздействие на К РО.Рг С6.-0 -плывун,Рг« 270№ 8 Увеличение срока эксплуатации Опробование зерев НТ, Щ и ОТ Знигеше трудозатрат Снижение прихватов • "Замена и чистка щргренней

Параметрический ряд снарядов с фильтрозкмп k0.t0HHai.ffl СФК

Тип Основные отличия Давление подземных вод, ■ Ша Полозительные результаты Авторские свидетельства

СФК-1 Обоатные клапана в переходнике (П) и пакеое до 6,0 Совмещение процессов бурения, обсадки, вскрытия —

Я с левой резьбой до 3,0 Теле сколиче силе (для всех типов) £ 1320421

СФК-3 Механизм фиксации (Ш] под П и манзета до 3,0 Возможность установки ФК из легких материалов А. С. 1234597 А. С. 1670106

СФК-4 Напорные трубы (НТ) взаимодействуют с П и ФК до 5,0

СФК-5 Извлекается часть связанная с МФ и ФК ДО 3,0 Экономия тоуб. Укорочена ФК А.С. 1334596

СФК-6 НТ с перфорацией в изолированной- камере ДО 5,0.. Спообование чесез НГи ФК А.С. 1323700

СФК-7 связан с П срезными элементами ДО 5,0 Упрощение установки СФК и НТ А. С. 1188308

СФК-8 Пакер и НТ кинематически связаны с обоймой и с раздаижными упорами ДО 5,0 Автоматизация установи и извлечения НТ и пакора А. С. 1231211

СФК-9 . взаимодействует с I ДО 2,0 Изоляция пространства за ОМ -

СФК-10 НТ с очистными элем-. ( "водяная рубапка" ДО 2,0 Сникение кольмата-ции. Листка ФК. Л. С. 1472349

СФК-11 ФК взаимодействует с П и долотом. до 5,0 Телескопические, ~ ' А.С. двойные. Для мощной 1461874

СФК-12 Шаровые элементы ДО 6,0 »1 Л» 1752937

СФК-13 ФК с клином до 5,0 Бурение веера скв. через ФК А.С. 1550105

СФК-14 П с обводными каналами до 5,0 Бурение с прямой и обратной промывкой А. С. 1696709 Л * С • 1789651

СФК-15 П с пикобуром, фрезером,-кольцевой пакер выводится до 2,0' Увеличение сро^а эксплуатации. Возможность замены внутренней ФК- А.С. 17565-44

СФК-16 ФК взаимодействует с гпдоо-пкевмсмэханиз-мог £К гибкая,подвязная ДО 3,0 » ^________ Возможность'вскрытия и осуаения' карьерных водоприёмников А.С. 1605211 А.С. ;ез 3}$6

Применение указанных буровых снарядов с фильтровыми колоннами позволяет: совершенствовать и упростить технологию за счет одновременного ведения процессов бурения, обсадки неустойчивых интервалов пород, вскрытия' напорных водоносных горизонтов, установки фильтров в зоне продуктивного интервала и подготовки к эксплуатации; упростить конструкцию скважин и резко снизить расход дорогостоящих труб; за счет возможности применения укороченных вариантов с якорной системой раскрепления в скважине, а также установки и эксплуатации материалов из тонкостенных металлических, полиэтиленовых и других неметаллических труб; достичь механизации и автоматизации процесоов установки и извлечения напорных труб и пакера,в том числе, с использованием эффекта естественного давления подземных вод; повысить надежность и производительность установки СФК в мощной толще неустойчивых обводненных пород, в том числе с применением двойных телескопических фильтровых колонн; достичь возможности опробования водоносного горизонта через напорные трубы; снизить эксплуатационные нагрузки на буровые установки за счет возможности снижения осевых усилий ( Р-с), крутящего момента ( ) и абразивного износа фильтровых секций; повысить развед«дчно-эксплуатационные показатели за счет возможности искривления и создания "веера" скважин через фильтровую колонну; улучшить условия эксплуатации скважин', в том числе за счет возможности чистки фильтров с- использованием напорных труб и создания "водяной" рубашки; снизить прихваты СФК обвалившейся неустойчивой горной породой, в том числе за счет возможности пере-, хода с прямой циркуляции промывочной жидкости на обратную; повысить социальный уровень - улучшить условия техники безопасности, защиту окружахщей среды и повысить культуру производства.

Основные этапы к особенности технологии сооружения наклонно-вссстащнх скважин -в сланных гидрогеологических условиях заключается в .следукцем. Забурпвакие «-зажины (Д = 151 мм) следует про-

-изводить с пониженными нагрузками на долото (до 20 кН), малой часто-• те вращения (до 1-1,5 с крутящимся моментом 200-250 Б с по-

дачей промывочной яцдкости порядка 80 л/мин при давлении 0,2-0,3 Ша. Пробурив на указанном реаиме интервал,целесообразно проверить и отрегулировать состояние раскрепления станка в камере и центровку снаряда по скванине. Продолжать бурение под кондуктор следует с постепенны;,! повышением до оптимальных параметров („ t Q в зависимости от категории пород по буримости и состояния скважины на заданную глубину посадки кондуктора.' В условиях крепких пород кондуктор, предварительно раскрепляют в скважине, а для необратимой деформация и раскрепления его внутри размещают каркас- торпеды с катушками (2-3), на которые уложен детонирующий шнур (ДШ), Рекомендуется длину ДШ на'одну катушу устанавливать в зависимости от диаметра цельнотянутых труб в следующих, размерах: трубы 166= 15-17 м; трубы 146 ( ¿ =4,5 мм) =10-12 м; 127 ( £ = 4,3 мм) = 8-10 ' и; 108 ( S- = 4,25 ш) = 5-7 и; 89 ( <Г ~ 4 им) = 3-5 м.

Испытание и опрессовку кондуктора и оснастки устья наклокно-'..восстащях скважин, сооружаемых, в сложных гидрогеологических условиях следует проводить под избыточным давлением с усилием, величина которого превышает максимальные значения механических, гидродинамических я гравитационных усилий в" системе "буровая установка -кондуктор-оснастка- устья-ОЖ-сква^гс-га" с предварительным удалением воздушной "подушки" из зоны-забоя сквааины.'

Указанный метод испытания, признанный изобретением (A.C. й 1772352), успешно реализован в промышленных условиях и позволяет решить вашу® проблему исключения риска прорыва в подземные горные выработки напорных подземных вод и плывунных отложений. Очень ван-но определить по имеющимся данным геологотехкическоЗ докукегтацик к отбору образцов шалю момент перехода на бурение снарядом с фильтровой колонкой, так как'дальнейшее бурение обычным снарядом в рых-

лых отложениях почвы водоносного горизонта влечет за собой образование вывалов порода из стенок скважины и прихвата снаряда.

Управление процессом водоотбора из наклонно-восстапцкх скважин и СФК целесообразно осуществлять с применением специальных способов воздействия на водоприемную часть с целенаправленным использованием сил гравитации.и естественного давления Рг подземных вод в технологических процессах, В зависимости от &тапа, гидрогеологических условий и состояния водоприемной части управление водоотбором достигается: при опробовании и выборе - путем водоотбора из- за-трубного пространства или периодического включения . внутренней системы "камера-напорные трубы-СФК-водоотвод" (а.с. 1323700);. при вскрытии и формировании продуктивного пласта в рыхлых отложениях - путем создания вокрут фильтров слоя с более высокой пористостью за счет выпуска пульпы и части породы через затрубное пространство, а мелких фракций - через внутреннюю полость СФК с изменение;: параметров водоотбора (а.с. 1439218); -при формировании и снижении дебита/цутем передачи гидродинамических импульсов на фильтровую часть СФК с одновременным процессом водоотбора (а.с. 1263818); при снижении дебита за счет кольмата-'цаонных явлений,путем устранения кольматанта торпедой из детонирующего шнура, корпусу и оснастке которой придается положительная плавучесть и гидроподача через СФК (а.с. 1412402;..1355781).

'С применением СФК осуществляется также-вскрытие^карстовых напорных'вод и организованный выпуск ее через наклонно-восстаю-щве скважины, что позволяет повыситьГЩективность подземной системы осушения. С та ел. 8)

Представленная технология направлена на обеспечение резкого снижения расходования энергетических, трудовых и сырьевых ресурсов, а также охрану окружающей среды. По сравнению "с аналогами-'сквозными фильтрами разводочно-контрольнымя или водопонижающямл

Таблица 8

Экономо-математпческая модель эффективности сооружения наклоняо-восстгщрх разведочно-дренажннх окваавн

Основные формулы для расчета Параметры, размерность

I. По сравнению со сквозными фильтрами с сопоставлением их дебита Э = (Ссф - Свс) х Мво х Пвс + + (Ку - Кд) х Ен - Кн х Ен =• = (Сей х Ней - Свс х Нвс) х Мсф ' Мво х Мво х Пво + (Ку - Кд) х Ен -- Кн х Ен Э - экономический эффект, руб. Ссф,Свс,Ср - стоимость сооружения I м сквозного фильтра восстающей- и разведочной окваяинн, руб; Мсф,Ывс - средни'! дебит сквозного фильтра и восстающей сква-кшш, м3/ч;

2. По сравнении о контрольно-разведочными сквакинзми. 3 = (Ср • Hp • Пр - Свс • Нвс • Пво) + (Ку - Кд) х Ен - Кн • Ен Нсф,Нвс,Нр - глубина сквакйн.ы; Псф,Пвс,Пр - количество восстающих и разведочных скезяин, ат; Ку,Кд - отовмость установок дгл бурения екзаяин, руб; Ен - нормативный коэффициент; Кн - стоимость НИР и ШЮКР.руб;

3. По сравнение о бодопониеэен щши скважинами при новом способе осуиевпя месторонденпя (A.c. n*j3303ie) Э = [ф L- S +(Ф|+ Ф2+ ф4) К - Свс - Нвс • Пво J-Пвп-Ен - Кн • Ен л- X 3 ф - стоимость I ы тупиковые горных выработок, руб; 1- протяженность, г.в., м ; 5 - сёчеипе"горной выработки --(9-м2)'; отослость артезианского насоса ЭЦВ -8-40-180,руб. ; Ф^** стоимость пульта управления типа "САУНА", тыс.руб. ; стоимость водонапорных труб и оно.устья, руб. ; Ф^-7 стоимость ЛЗП илрансфсрм. гтодсташши, тыс.руб. ; К - .кеэф. втош;чного испсльз. - (0,-7)—

сквазинами, сооружаемых с поверхности, наклонно-восстающие скважины в раза позволяют снизить указанные ресурсы. Это достигается за счет значительного сникения их глубины, диаметра, металлоемкости конструкции и соответствующего сникения трудоемких операций. При этом бурение наклонио-восстаюцих скванин позволяет сочетать функции по доразведке и одновременному осушению ме^го-роддениЗ полезных ископаемых, а также по сооружению подземных водозаборов для хозяйственно-питьевого водоснабжения различных объектов.

На основе исследований с активным участием азтора впервые были разработаны и реализованы в промышленности принципиально ноше ресурсосберегающие методы, характеризующие качественное и' эффективное проведение процессов бурения и осушения месторождений полезных ископаемых.

Метод предотвращения прихвата бурового снаряда при минимальной подвижности, отличащийся тем, что в отсоединяемых узлах содержит двухсторонний фрезерующий рабочий орган, разбуривающий завал в различных направлениях. Метод реализован на Качарском ГОКе и Яковлевском руднике, включен в состав новых буровых установок типа УДБ-8 и защищен авторским свидетельством на ис^ретё-ние (а.с. 1481386). Применение метода позволяет снизить трудозатраты за счет предотвращения или ликвидации аварии.

Метод осушения карьерных водопритоков и бортов карьеров из

подзешого дренажного комплекса отличающийся тем, что учитывает

установку С5Х с удлиненной ФК в донную часть водоприемников в

зависамости от углов наклона сквааинн и 'этапов развития уступов .

карьера. Опытно-промышленные работы бдли проведены на Качарском

и Лебединском ГОКах, где создавалась' угроза затопления горных

выработок. Большинство сооруженных скватдн по новому методу рабо-

3

тали устойч^о с высоким дебетом (80-250 м /ч>.

По сравнению с традиционными способами новый метод осушения карьерных водоприемников а бортов карьеров наклонно-восстающими сквахинами со снарядами СФК имеет ряд преимуществ, к числу которых следует отнести: возможность снижения трудозатрат за счет упрощения:-: монтавно-демонтажннх н технологических операций; улучшения условий техники безопасности за счет вывода буровых установок, вспомогательного оборудования и обслуживающего персонала из опасных зон заполняемых водопраугков з действующих карьерах; повышения надежности эксплуатация путем создания возможности чистки скважин со стороны подземных выработок и соотнеслтвуицего увеличения срока их эксплуатации, (¿.с. 1 тЗ 435 У)

Впервые в отечественной практике бия разработан и успешно реализован в условиях Качарского ГОКа новый метод осушения месторождения, заключающийся в подсоченпи- нисходящих Еодопонияахиих сквакин направленными в зону водоносного горизонта восстающими скваяинамн с СФК, через которые производят отбор подземных вод в суиествунцую подзешуэ дрекаякуз систему (а.с. 1330316).

Исследование результатов эксплуатации в промыалешшх условиях показывает, что новый метод позволяет до 250$ увеличить дебит восстающих дренадных скваядн за.счет гидравлической связи с водопоникающей скважиной. При этом восстающие екзагины имеют лучшие абсолютные результаты по дебиту среди екзикин подобного типа п устойчиво функционируют продолжительное время.

Применение указанного. метода позволило досрочно исключить из эксплуатации ряд артезианских насосов типа ВЦ88-Ю-120 в комплекте со станцией управления "Сауна", оснастки устья, погрркккх напорных труб, трансформаторной подстанции, лшШ электропередач, поверхностных напорных труб и т.д.

Основное выводы Настоящая работа является обобщением теоретических, глатедк-чзел-ип: л опытно-яро:лшлекных исследован:::": автора по крушен ггпо-

блеме, имеющей важное народнохозяйственное значение, заключающейся в том, что разработаны научные положения, новые методы и эффективная технология сооружения разведочно-дренажных скважин на воду в сложных гидрогеологических условиях, позволившие повысить производительность, улучшить условия крепления, вскрытия и опробования водоносных пластов, сократить трудозатраты. Б делом основные научные результаты, выводы и практические рекомендации, полученные при выполнении комплекса исследований, заключаются в следувдем:

1. При бурении скважины ударно-механическим способом была исследована, отработана и проверена в производственных условиях болев совершенная технология по методу совмещения технологических процессов при Еибропогружении обсадной колонны труб вслед за подработкой забоя. Доказана возможность погружения и извлечения тяжелых колонн обсадных труб (вес 10000 кг, диаметр от 219 до 426 мм на глубину до 160 и с применением вибраторов, вибромолотов и метода "встряхивания" в сложных гидрогеологических условиях. Произведена качественная и количественная оценка оптимальных параметров режима бурония, вибропогружения и виброизвлечения.

2. Исследования показали, что средняя скорость погружения колонны возрастает и позволяет более -чем в два раза повысить производительность вибропогруженкя в' валунно-галечникбвых "отложениях. Эффективность воздействия вибраторов на перемещение колонн обсадных труб зависит от многих причин и, прежде всего, от массы труб и суммарной силы сопротивления грунта, в которой важное значение отводится сопротивлению в зоне муфт, количественное некачественное влияние которых было выявлено с необходимой степенью детальности.

3. Банным результатом исследований можно считать то,- что разработаны и реализованы конкретные мероприятия по увеличению скорости погружения труб с вкброустановками -( Ус" ), а в отдельных случаях^лохут быть .созданы условия, когда-колонна можат'пдти

за забоем или 'дакэ опережать его. В дальнейшем следует рекомендовать проведения работ по разработке и применения специального снаряда для расширения призабойной зоны скваклны из-под колонны труб, что позволит резко снизить сопротивление ( (?*•■£«) под башмаком колонны я ( в зоне муфт.

4. Разработан и реализован в промышленных условиях метод дистанционного управления процессами соединения и разъединения вибромеханизмов с колонной труб, что позволяет уменьшить затраты времени на 2.26часа в смену при четырехкратном повторении цикла.

5. Экспериментальные исследования показали, что скорость пкевмоударного способа бурения возрастает в среднем в 3,5 раза против скорости, достигаемой при проходке в°аналогичных условиях вращателышм-способом» Отличительной особенностью пкевмоударного бурения является возможность проходки водоносны:: горизонтов без загрязнения и кольматации с одновременной очисткой зон трэ-щиноватостл. Это позволяет с большой точностью определить водо-

.. обильность и дать положительную оценку перспективности обводнения объектов. • "

6. Определено, что максимальные значения механической скорости ( Ум) ¿¿фения пневмоударниками отмечаются в интервале 60-110 оборотов в-минуту (п ) и для пород IX категории достигают до 5 м/ч. Доказано, что осевая нагрузка ( Рос), а таиге степень водообильности горных пород ( СГ), во многом влияет

на изменение механической ( у£Т~йГрейсовой ( чр ) скоростей' бурения. При этом рост У* а V,« начинается с дебита С, равные 0,2 л/с.

7. Доказана возможность определения динамического уровля./Ь воды в сквакине в период кратковременного перерыва процесса' бурения погружными шгеачеударникамй по минимальному давление

-л-

Рт'си воздузса в буровом снаряде. Разработана методика определения динамического уровня манометрическим методом и проведения экспресс-откачки без подъема пневмоударншеа на поверхность. Это позволяет исключать затраты времени, связанные с переоборудованием скважины и устройством эрлифтней установка, повысить производительность и улучшить культуру производства.

8. Впервые проведено теоретическое обоснование, разработана методика и доказана целесообразность перехода на обратную схему циркуляции промывочной жидкости при вскрытии рыхлых водоносных о: ;оаений в восстающих скважинах; снарядами с фильтровыми колоннами. Это позволяет создать постоянное противодавление в скваки-не с повышенными значениями рр, полуавтоматически управлять процессом циркуляции и снизить проявление осложняющих факторов.

9. Впервые в отечественной и мировой практике разработана и предложена классификация буровых снарядов' с-фальтровыми колоннами (СФК) для сооружения наклонно-восставдих скважин в сланных гидрогеологических условиях в зависимости от состава вмещающих пород и гидростатического напора подземных вод Рг, учитывающая принципы совмещения технологических процессов бурения-, обсадки, зскрытия и последующей эксплуатации продуктивных отложаний и позволяющая произвести, анализ, оценить эффективность и прогнозировать создание новых (Ж.

10. Сформулированы основные принципы построения СФК. На базе классификации впервые создан параметрический ряд СФК, который не

л

имеет аналогов с СНГ и за рубехом. В состав парметрического ряда вишчены принципиальные новде варианты, позволяющие устанавливать ЕС из материалов нониаенной прочности, производить опробование и вскрытие вйсакокапорных подземных вод, автоматизировать установку напорных труб и цакера, снизить металлоемкость-конструкций сквакин повысить срок эксплуатации с более высоким дебитом, создать возможность бурения "веера" скважин через снизить осложнения за

счет возможности реверсивного перехода с прямой циркуляции жвдко-- сти на обратную, снизить металлоемкость конструкции скважин, повысить эффективность и улучшить- социальные условия работы. Снаряды СФК защищены 16 изобретениями и включают 16 разновидностей.

11. На основа исследований бшш разработаны и реализованы в промышленности принципиально новые методы, признанные изобретениями, направленные на повышение эффективности процессов бурения и осушения месторождений полезных ископаемых и комплексы технических средств.

12. Разработанные теоретические основы, методы и комплексы технических средств внедрены на геологоразведочных и горнорудных предприятиях, способствовали повышению научно-технического уровня в области сооружения■разведочно-дренажных скважин на воду в сложных гидрогеологических условиях и обеспечили экономический эффект более15 млн.руб.

Автор приносит свою благодарность и глубокую признательность оотрудникам ШО "E10IEM" Ткмошкову H.A., Демидову A.M., Дрямову

B.C., Ливерко O.A., Тамару Е.П., Белякову С.И., Кузькину B.C., Аипклову В.В., Потрячёяко З.П., Забейде U.A., Насвату Ю.А., Лете

C.И., а также профессору Судакпкну С.С. за творчэское долголот-

*

нее содружество и цешшз советы в процесса работы над диссертацией. Автор благодарит всех коллег ;Г:3 "ЕЮГЕМ", ПО "Казгндрогео-логкя", а также из других институтов и производственных организаций за помощь советами, совместную организацию экспериментов, обсуащениз результатов и реализацию научгш-те:с-::г-:ееки;: достхжеяий.

-6t -

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРШ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ .

Монография ■

1.■Сооружение скважин ударно-вращательным способом бурения. Ы., Недра, 1986, 36 с. (соавтор Тиль В.И.).

Брошюры:

2. Некоторые особенности пневмоударного бурения и проведения гидрогеологических наблюдений при поисках и разведке подземных вод /Министерство геологии Казахской ССР. Алма-Ата, 1976, 88 с. (соавторы Ыурач Ф.Ф., Кожухов В.Е., Савостьянов U.A. л др.).

3. Методические рекомендации по сооружению, дренажных скважин с применением погружных пневмоударнйх машин /Белгород, ШОГЕМ, .1979, 28 с. (соавтор Тиль В.И.).

4. Методические рекомендации по проектированию и сооружению дренажных скважин с применением гидравлических забойных двигателей /Белгород, ШОГЕМ, 1281, 36 с. (соавторы Богданов И.Д., Захаров Л.Д.).

Статьи:

5. Опыт применения вибротохнических средств при ударно-канатном бурении гидрогеологических скважин //Разведка и охрана недр. 1955. ß 5, с.26-30 (соавтор Демидов A.M.).

' 6. Ударно-канатное бурение валунно-галечниковых.отложений реставрировании® долотами. //Разведка и охрана недр. 1966,К 8 (соавторы Демидов ¿.11., Конопницкий Б.Р.).

7. Механизация трудоемких операций при бурении гидрогеологических скваанн установкой УРБ-ЗАМ "¡Материалы семинара ЩИ Каз.ССР, Алма-Ата, I9S9, с.39-45 (соавторы Демидов A.M., Коноп-нецкиё В.Р., Малахов В.Д., 1фрач Ф.Ф.). а

8. Опыт бурения" гпдрогеологических скважин с применением шевглоударников /Материалы семинара ЩЕЕГ"Каз.ССР, Алма-Ата, 1959, с.52-56.

9. Проектпрсзанне систем осупенкя месторождений и защиты предприятий с применением новой техники и прогрессивной технологии //Монтажные и специальные строительные работы. Вшгуск У, 1981, & 7, с.13-16 (соавторы Тиль В.Й., Дудник Б.Й.).

10. Опыт внедрения результатов научно-исследовательских работ при проектировании //Монтагные и специальные строительные работы. Вып^к У, 1981, Л 6, с.10-12 (соавтор Тиль В.И.).

11. Новые технические решения в проектах осушения горнорудных предприятий //шахтное строительство, 1981, .'5 5, с. II-13 (соавтор Тиль В.И. ).

12. Повышение качества проектов систем осушения местороя-дений полезных ископаемых и промышленных площадок предприятий /ДГонтаяные и специальные строительные работы. Выпуск У, 1983, J& 4, с.22-26 (соавторы Кувшинов И.О., Тпль В.И.).

13. Сооругение восстающих скважин в подземном дренажном комплексе Качарского ГОКа //Горный журнал. 1984, $ 12, с. 1618 (соавторы Ливорно О.А., Седурин H.Î.I. ).

14. Анализ работы восстакцих сквааин дренажной системы карьера Качарского ГОКа //Горный журнал. 1986, № 8, с.24-25 (соавтора Ривлия В.М., Забейда М.А., Сохач М.А., Булдаков А.Ф.).

15. Опытные работы по сооружении восстающих дренашшх ск-вакин погрушшма пневмоударникаш //Монтагизе и специальные строительные-работы. ЩШИ ШСС СССР, 1986, .'г 5, с. 1-5 (соавтор Куков Т.к.).

16. Техника и технология сооружения воссташдлх сквакин в сложных гидрогеологических условиях с применением фильтровых колонн //Монтазные и специальные строительные работы. ЦЕШИ ШСС СССР, 1986, & 6, с. 18-24.

17. Вскрытие карстовых напорных вод при сооружении нак-лонно-восстакщих скваглш //Шахтное строительство. 1986, В 10, с.12-13.

18. Интенсификация водоотбора чз 'восстающих дреназных ск-вазин //шахтное строительство, 1987, И 12, с.25-26 (соавторы ЗабеЗда И.А., 2уков Г.А.)."

19. Особенности сооружения восстающих дренййшх скзззян в сложных гидрогеологических условиях .//Шахтное строительство, 1989, )} 2, с. 14-16 (соавторы Тимошков И.А., Лёга С.П., Павлов П.Б.

20. Сооружение восстающих сквагзш с применением двойных фильтровых колонн //Шахтное строительство, 1289, г/з, с.13-14 (соавторы Тимошков. И.А., Павлов П.В.).- ■

21. Ocv-эние карьерных водоприемников из подземных дренажных выриооток /ЛПахтное строительство, 1989, JS II, с.25-26 (соавторы Забейда М.А., Сохач М.А., Емельянов Н.В.).

22. Научные основы вибрационного перемещения обсадных труб, в валунно-галечниковых отложениях. //НПО ШОГЕМ, депонирована в "Черметинформации", ЦНТБ 4M & 2/Ц 5627, 1990, с.15.

23. Циркуляция жидкости в наклонно-восстающих дренажных скзакинах. //ЕЛО. ЕИ01ЕМ, депонирована в "Черметинформации", ЦНТБ ШД, Is 5519 4M, 1990, с.20 (соавторы ПерепечаЗ A.A., Акопов В.В.).

24. Прогрессивные технические решения по сооружению наклонно-восстающих скважин //Шахтное строительство, 1990, й I, с.19-21. .

25. Методы предотвращения прихватов бурового снаряда при сооружении сквалсин на воду в осложненных условиях //Монтажные и специальные строительные работы, ЦБНТИ МИСС СССР. 1990, й I, с.16-19.

26. Классификация и параметрический ряд буровых снарядов с фильтровыми колоннами //Монтажные и специальные строительные работы, ЦБНТИ ШСС СССР. 1990, И 4, с. 1-8.

27. Особенности циркуляции промывочной жидкости и подземной воды в наклонно-восставдих дренажных скважинах //Шахтное строительство, 1990, 1> 5, с.15-17.

28. Технология и методика оснастки устья наклонно-восстающих скважин //Монталные и специальные строительные работы, ЦБНТИ ШСС СССР, 1990, & 6, с. 13-19,

29. Новые буровые снаряды с фильтровыми колоннами для сооружения наклонно-восстающих скважин //Шахтное строительство, 1990, В 10, с.28-31.

30. Опыт сооружения разведочно-дренажныя скваклн //Горный журнал, 1990, й 12, с.11-13 (соавторы: Гладаенко Е.С., Лябах А.И.

31. Технология и технические средства сооружения наклонно-восстающих скважин из подземных горных выработок //Международный симпозиум "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях" /НПО ЕЮШ1; Белгород, 1991, о. 195-197 .(соавторы Тимошков И.А., Дрямов B.C., Ливерко.О.А., Троянов А.П.).

32. Техника для сооружения дренажных скважин из подземных горных выработок //Международный симпозиум "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях" /НПО ШОГЕМ, Белгород, I99I,c.2I0-213 (соавторы Дрямов B.C., Тнмошков И.А., Гончар Е.П., Беляков С.И.).

33. Новые достижения в теории и технологии сооружения наклонно-восстающих раззздочно-дренажных скважин в сложных гидрогеологических условиях //3 сборнике "Новое в теории, технологии и технике бурения" Институт горного дела им.А.А.Скочинского. Москва, 1991, с.20-21 (соавтор Ткмошхов H.A.).

С'4. Особенности размещения буровых установок при сооружении разведочно-дренажных скважин //Монтажные и специальные строительные работы. ЦНИИ, выпуск 3, 1991, с.20-25.

35. Особенности сооружения наклонно-восставдих скважин в сложных гидрогеологических условиях. Тезисы докладов.2-й Международный симпозиум по бурению разведочных скважин в осложненных условиях. Санкт-Петербург, 1992, с.35, (соавторы Тимошхсв И.А., Дрямов B.C., Троянов A.M., Лега'С.П.).

36. Классификация и параметрический ряд буровых снарядов с фильтровыми колоннами для подземного :о"ления месторождении полезных ископаемых. Тезисы докладов. //2-й Международный симпозиум по бурению разведочных скважин в осложненных условиях. Санкт-Петербург, 1992, с.29.

37. Оценка технико-экономической эффективности сооружения разведочно-дренажных скважин //Подземное и шахтное строительство, & I, 1992, .29-30.

ЗВ. Метод осушения породного массива вокруг шахтных стволов при разработке месторождений в сложных гидрогеологических-условиях. //Горный журнал jj i . 1993, с,23~3i (Соавторы: Забейда М.А., Гладченко Е.С., Лябах-А.И.).

39. Новые передвижные буровые агрегаты для сооружения скважин из горизонтальных подземных выработок //2-ой Международный симпозиум "Освоение минеральных ресурсов я подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. Белгород, НПО "ШОГЕМ", 1993, с.!«* (Соавторы: Тимошксз И.А., Беляков С.Н., Дрямов B.C. И др.).

-4S-

40. Некоторые особенности сооружения скважин погружными пнвБмо}Аарнкками при разведке подземных вод //Международный симпозиум "On dziceins wUh <¿own - H*. л«.£«_ «W

'«»/•Cow-iit« ujCny rt«w * CHi'sSA , CHAGCHUfí, 1$S3, с

«0

41. Разработка и обоснование методов циркуляции промывочной хидхости при сооружении наклонно-воссташих сквэеин из горных выработок в осложненных гидрогеологических условиях. //Международный симпозиум "о» 4iicei*s wich

Aü-n-rr.» -L. I* pea4.ct.iicj7 ui¿4} -ieahltjuci H I ЫA J

CHAO-CU U .V,

1993', с. 1V5-J5¿ (Соавтор Нерепечай A.A.). Авторские свидетельства;

42. Устройство для герметизации устья восстающей сквааи-ны. A.c. ,'г 1065576, 1984, Ш ¡i I (соавтор Климентова Т.О.).

43. Устройство' для бурения инженорно-геологических сква-аин, A.c. Je II20084, 1984, ЕЙ й 39 (соавторы Съедин С.А., Климентова Т.е.).

44. Фильтровая колонна. A.c. & II88308, 1985, Hi & 40 . '(соавторы Ливорно O.A., Несват Ю.А., Гончар Е.П.).

45. Способ сооружения восстающей дренаяной сквалшны. A.c. И 1263818, 1986, ЕИ И 38 (соавторы Дрямов B.C., Тимошков И.А.).

46. Фильтровая колонна для сооружения восстающей скважины. A.c. Л I23I2II, 1986, Ш 15 18 (соавторы Ливерко O.A., Несват Ю.А., Климентова Т.С., Гончар Е.П., Дрямов B.C.).

47. Буровой снаряд. A.c. № 1234596, 1986,' Ш & 2Ù (соавтор Ливерко O.A.)..

48. Буровой снаряд. A.c., & 1234597,' 1986, Ей J2 20.

49. Устройство для проходки.выработок в грунте при без-траншейной.прокладке трубопроводов. A.c. Jé-1272777, 1986, Ей & 43, ДСП.

50. Устройство для строительства восстающей скважины. A.c. ¡i I32042I, 1987, Sí & 24 (соавторы Несват Ю.А., Гончар Е.П.).

51. Буровой снаряд для сооружения' восстающей-'скважины. •

A.c. Ts 1323700, 1987, Ш й 26 (соавторы lera С.П., Жуков Г.А.). 52/Устройство для воздействия н'а призабойную зону восстающей сквашны. A.c. У» I36578I, 1986, ДСП (соавторы Кройтор

B.А., Забейда U.A.).

53. Способ осушения месторождения. A.c. В 1330316, 1937, Ш Л 30 (соавтора.Булдаков А.©., Сохач H.A.). ,

54. Устройство для замораживания горных пород. A.c. ß 1389350, 1986, ДСП (соавтор Еушв Г.А.).

55. Способ возбуждения восстающей скважины. A.c. is I4I2402 1988, ДСП. .... .

56. Способ сооружения восстающей дренажной скважины. A.c. Я I4392I8, 1988, БИ is 43 (соавторы Рудаков B.C., Лега С.П., Тимошков И.А.).

57. Устройство для сооружения восстащей дренажной скважины. A.c. J5 I4SI874, 1989, Ei & 8 (соавторы Тимошков И.А., Еуков Г.А., Лега С.П., Гончар Е.П., Несват Ю.А.).

58. Буровой снаряд. A.c. № 1472649, 1989, Ей Jk 14 (соавтор Шабер Г.Б.).

59. Способ предотвращения прихвата. А.с» й I48I376," 1989, Si Ш 19 (соавторы Троянов А.М., Климентова Т.С.).

60. Способ замораживания горных пород*при возведении подземного сооружения. A.c. & 1507976, 1989, ЕЙ Л 34 (соавторы Матвеев A.C., Климентова- О.М.).

61. Сквагккная трубсловка. A.c. Л I5095I2, I960, Ш Л 35 (соавторы Седурин Н.М., Булдаков А.Ф., Пугач А.Н., Забейда М.А.).

62. Устройство для бурения скважин. A.c. Л "1514897, 1989, Ш'-'Я 38 (соавтор Коваленко А.И.).

63. Устройство длй строительства наклонной дренажной скважины. A.c. * I550I05, 1990, ШЛЮ,

64. Способ сквакинной добычи полезных ископаемых плывунных залежей. A.c.^Jê 1603884, 1990, Ei Л 40 ДСП (соавторы: Тимошков И.А., Пвсанед Е.П., Лябах А.И., Картузов В.И., Коваленко А.И., Бабаянц Г.М.). ..■•-• ^

65. Способ осушения водоносных слоев, породного массива вокруг сооружения. A.c. Л' I6S673I, 1991, Ei & 28 (соавторы: Зайейда U.A., Гладченко E.G., Лябах А.И. ).

66. Устройство для бурения скважин. A.c. № I68I002, 1991,

Ш Ä 36 (соавторы Гончар Е.П., Лнверко O.A.,. Несват Ю.А.).

.67. Устройство для строительства восстающей скважины. A.c. Ä 1696709, I?9I, KI Л 45. . ■ - ^

. 68. Колонковый снаряд. A.c. ß I70I889, 1991, Ш S 48 (соавтор Несват O.A.).

69. Устройство для сооружения восстающей скважины. A.c. S 1752937, 1992, EI Ä 29 (соавторы Гончар Е.П., Несват Ю.А.).

-6*7-

70. Устройство для герметизации устья скважины. A.c. Л 1745878, 1992, EI ii 25 (соавторы: Беляков С.И., Топорницкий В.П.).

71; Устройство для: сооружения восстающей дренажной скважины. A.c. К 1755544, 1992, БИ № 31. (соавтор Исаев Н.П.).

72. Устройство для тампонажа скважин. A.c. й 1750283, 1992, El В 27, ДСП. (соавторы: Беляков С.И., Топорницкий В.П., Костин В.М.).

73. Способ оснастки устья восстающей шш наклонно-восстающей скважины. A.c. Js 1772352, 1992, Bi ii 40. (соавторы: Жуков Г.А., Гордышева К.Н.).

' — Устройство для сооружения восстающей дренажной скважины. A.c. К I78965I, 1993, БИ J6 3. (соавторы: Исаев'Н.Е.,"Ти1Дошков И.А.)

75. Способ осушения открытых карьеров. A.c. Л 1794997, 1993, Ш й 5 (соавторы: Сохач М.А., Забейда М.А.).

76. Устройство для строительства водозаборной скважины. A.c. Ji I8052II, 1993, Ш & 12 (соавторы: Воропаев Б.П., Соколова О.М., Сергеева 1.П.;.

77. Способ сооружения наклонно-восстающих скважин из подземной горной выработки. A.c. Л I80908I, 1993, Ш № 14.