CC BY
20
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ СКВАЖИН ТРЕХШАРОШЕЧНЫМИ ДОЛОТАМИ В УСЛОВИЯХ РАЗРЕЗА
«АНГРЕНСКИЙ». Маткасимова Ш.Ш.1,Эшонкулов К.Э.2, Тогаев А.С.3, Пардаев А.Б.4
1Маткасимова Шахноза Шухрат кизи - старший преподаватель;
2Эшонкулов Камолжон Эшниёз угли - ассистент; 3 Тогаев Ахрор Саъдулло угли - ассистент; 4 Пардаев Акмал Бекмуродович - ассистент, Ташкентский государственный технический университет им. И.А.Каримова, г. Алмалык, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье рассматриваются виды износов и отказов трехшарошечных долот. Авторы статьи рассматривают связь при выборе оптимальной конструкции буровых инструментов, учитывают физико-механических условия в забоных скважинах и оптимальные режимы бурения в условиях разреза «Ангренский».
Ключевые слова: бурение, скважина, износ, инструмент, отказ, трех шарошечные долота.
TECHNOLOGICAL ASPECTS OF THE PROCESS OF DRILLING WELLS WITH TRICONE BITS IN THE CONDITIONS OF THE ANGRENSKY OPEN PIT. Matkasimova Sh.Sh1, Eshonkulov K.E.2, Togayev A.S.3, Pardayev A.B.4
1Matkasimova Shaxnoza Shuxrat kizi -Senior lecturer; 2Eshonkulov Kamoljon Eshnie zugli-assistant;
3Togayev Axror Sa'dullo ugli- assistant, 4Pardayev Akmal Bekmurodovich - assistant, TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY NAMED AFTER I.A. KARMOV, ALMALYK, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Annotation: the article discusses the types of wear and failure of tricone bits. The authors of the article consider the relationship when choosing the optimal design of drilling tools, take into account the physical and mechanical conditions in downhole wells and the optimal drilling conditions in the conditions of the Angrensk y open pit.
Keywords: drilling, well, wear, tool, failure, three-pin bits.
УДК 622.23.05
Модернизация ведущих отраслей, за счет углубления структурных преобразований, повышает конкурентоспособность национальной экономики Республики Узбекистан. Прежде всего, по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов. Развитие и либерализация экономики Узбекистана, направленные на повышение ее конкурентоспособности и открытости, сохранение темпов экономического роста, требует особого внимания к топливно-энергетическому комплексу республики. [1,2,3]
Ангренское угольное месторождение является практически единственным, на котором возможно значительное расширение объема добычи угля.
Месторождение дает около 80% добываемого в республике угля. Свыше 25% вырабатываемой в Узбекистане электроэнергии получается за счет сжигания в топках ГРЭС Ангренского угля. Добыча угля осуществляется открытым (разрезы «Ангренский» и «Аппартак») и подземным способами.
В геологическом строении месторождения принимают участие породы палеозойского фундамента и мезо-кайнозойского покрова. Заметную роль в стратиграфо-литологическом разрезе месторождения играют глияжи («горелые» породы). Значительные площади в пределах месторождения (более 134 га) занимают отвалы горных пород и «хвостохранилища».
Общая мощность мезо-кайнозойского покрова изменяется от 180-200 м на левом борту долины до 450-500 м на правом. Стратиграфический разрез покрова характеризуется частым переслаиванием различных по генезису и литологическому составу (магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и обломочные, связные, искусственно-дисперсные) грунтов. По особенностям строения угольной залежи в ее разрезе выделены «Верхний» и «Мощный» комплексы, осложненные зонами разубоживания[4,5,6].
Верхний угольный комплекс, состоит из серии пластов угля мощностью до 3 м, разобщенных между собой песчаниками, глинами, глинами запесоченными и углистыми породами. Общая мощность варьирует от нескольких метров до 40 м. Мощность валунно-галечниковых отложений изменяется от 55 до 80 метров. Гранулометрический состав характеризуется следующими содержаниями фракций (в %): более 100 мм - 11,98; 70-100 мм - 16,15; 40-70 мм -15,27; 20-40 мм - 16,11, 10-20 мм - 12,21, 5-10 мм -6,81, менее 5 мм - 21,2. Фракцию более 100 мм составляют валуны размером от 0,25 до 0,6 метров, в единичных случаях встречаются глыбы до 1,5 метров в поперечнике.
Промышленные запасы угля и вскрышной породы в технических границах участка рассчитаны методом вертикальных сечений по пикетным линиям. Общее количество запасов в границах отработки по группе пластов Верхнего и Мощного коплексов составляет 157 869 тыс. т. Объем вскрышной породы предусмотренной к отработке составит 953 600 тыс. м3. Коэффициент вскрыши 6,04 м3/т [7,8,9,10,11].
Предусматривается производить следующие виды вскрышных работ по транспортной технологии:
> отработка четвертичных отложений;
> отработка коренных пород - известняка (с применением БВР);
отработка коренных пород (без применения БВР).
На бурении скважин при взрывной подготовке пород к выемке настоящей проектной документацией предусматривается применение буровых станков AtlasCopco DM-45. Так же возможно применение аналогичных буровых станков других марок. На горных работах в качестве вспомогательного оборудования предусматривается применение бульдозеров САТ 834, CAT-D8R, САТ-D9R и грейдеров CAT 160M и другого оборудования, других марок с аналогичными параметрами.
При отработке вскрышного уступа (с применением БВР и без него) канатными электрическими экскаваторами типа «прямая лопата» (ЭКГ-8И и ЭКГ-10), вскрышной уступ делится на два слоя, так как данные экскаваторы не могут отработать вскрышной уступ высотой 15 м ввиду неподходящих технических параметров (наибольшая высота черпания меньше 15 м), поэтому отработка горных работ ведется под высоким уступом. При отработке добычного уступа гидравлическим экскаватором типа «обратная лопата» и канатным электрическим экскаватором типа «прямая лопата», высота составляет до 36,5 м, что подразумевает собой ведение горных работ под высоким уступом.[12].
Для проведения буровых работ в настоящее время используются буровые станки марок СБШ-250, СБШ-250 МНА-32, БТС-150, DXA-165, ПР-10 [13,14,15,16,].
Одним из главных вопросов ускорения процесса бурения скважин - является выбор рациональных (оптимальных) типов, размеров долот и режимов бурения с соответствующими физико-химическими свойствами проходимых горных пород [17,18,19].
Технологические и технические недостатки применяемых шарошечных долот наиболее рельефно проявляются на угольных разрезах, где преобладают сложно структурные уступы с частым чередованием пород с коэффициентом крепости в диапазоне f = 1-12. В таких условиях скоростные качества шарошечного бурения могут проявляться только при соответствующем чередовании долот типов М, МЗ, Т и ТЗ. Однако в пределах мелкой скважины менять долота нецелесообразно из -за больших потерь производительности. Поэтому, как правило, используют долота типа Т, рассчитанные наслои более крепких пород f = 8-10). В итоге потенциальные возможности шарошечного способа не используются. В связи с этим разработаны более сложные много детальные и дорогие комбинированные инструменты режуще-шарошечного, ударно-шарошечного и режуще-ударного типов, которые используются в небольшом количестве и не лишены недостатков, особенно при переходе на большие диаметры скважин.
Анализ показателей, характеризующих техническое состояние и эксплуатацию буровых долот в течение срока их службы, показал на необходимость систематизации и уточнения формулировок с целью совершенствования процесс бурения скальных пород.
Тяжелые горнотехнические условия работы инструмента (гидроабразивная среда, высокие режимные параметры) заставляют делать выбор материала для изготовления каждого элемента долота дифференцированно.
В настоящее время существует множество заводов-изготовителей, предлагающих заказчику большое разнообразие инструмента. Доминирующим и зарекомендовавшим себя на рынке производителем шарошечных долот является ОАО «Волгабурмаш».
Для изготовления долотразличных типоразмеров на ОАО «Волгабурмаш» применяются разные стали (табл. 1).
Таблица 1. Стали, применяемые для изготовления долот ОАО «Волгабурмаш».
Наименование деталей Диаметр долота, мм Марка стали Номер технических условий
Шарошка < 187,3 190,5 17НЗМА-Ш 17НЗМА-ВД 3-938-75 14-1-8-71
215,9-295,3 16ХНЗМА-ВД 14-1-8-71
311,1 и более 18ХНЗМА 3-850-74
Лапы < 187,3 14ХНЗМА-Ш 3-938-75
190,5-295,3 14ХНЗМА- ВД 14-1-8-71
311,1 и более 142НЗМА 3-850-74
Шары и ролики всех размеров 55СМ5ФА-ШД 14-14-71
Ниже указанны характер и причины износа шарошечных долот в условиях разреза Ангренский
1. Слом зубков (рис. 1)
Слом зубков на шарошках заподлицо.
Причины:
> слишком высокие обороты вращателя;
> трещиноватые, разрушенные породы во время бурения или забуривания скважины;
> неправильный выбор долота;
> перемежаемость пород с включением очень крепких пород.
Рис.1. Слом зубков.
2.Выпадение зубцов (рис. 2)
Выпадение твёрдосплавных зубков из тела шарошки. Причины:
> наличие металла на забое скважины; эрозия матрицы шарошки;
> наличие трещин в шарошке, как следствие ослабления натяга зубков;
> превышение рекомендуемых нагрузок на долото;
> сложные условия бурения.
Рис.2. Выпадение зубцов.
З.Истирание зубков по высоте (рис.3)
Зубки имеют плоский износ, низкая скорость бурения.
Причины:
> завышенная нагрузка на долото;
> свойства сплава зубков не соответствуют свойствам разбуриваемых пород;
> изменились свойства разбуриваемых пород за счет крепких, абразивных включений;
> слишком высокие обороты вращателя;
Данный вид износа может характеризоваться как нормальный при высоких показателях проходки и часовой стойкости данного долота.
Рис.3. Истирание зубков по высоте.
4.Тепловое разрушение зубков (рис. 4)
На поверхности зубков появляется характерный вид износа «Змеиная кожа». Часто это является причиной поломки зубков. Причины:
> свойства сплава зубков не соответствует категории разбуриваемыхпород;
> одновременное нагревание твердосплавных зубков в процессебурения и охлаждение водой, нагнетаемой в скважину с воздухом и поступающей в скважину с притоком грунтовых вод.
Рис. 4. Тепловое разрушение зубков
В табл. 2 приведены основные причины отказов вращающегося оборудования.
Таблица 2. Причины отказов вращающегося части долота
1. Дефекты изготовления 2-10 %
2. Естественный износ 5-25 %
3. Дефекты монтажа 10-50 %
4. Ошибки при текущем обслуживании и ремонте 10-50 %
5. Эксплуатация с нарушением требований ТУ 5-70 %
Шарошечные долота являются дорогостоящим инструментом с разным сроком службы его элементов, а доля затрат на бурение и буровой инструмент составляют 20-40 %, а в отдельных условиях превышают 50 %. Поэтому стали появляться в продаже шарошечные долота иностранных
производителей, например, США, но спросом пользуются Российские.
Рациональный конструкцией или типом долота данного размера является такая конструкция или такой тип, который при бурении конкретных геолого-технических условиях обеспечивает минимум эксплуатационных затрат на 1м проходки.
Работы по выбору рациональных конструкций (типов) долот по указанной методике проводятся в три стадии.
Первая стадия включает в себя: изучение геологического разреза для определения условий работы долот; изучение и анализ показателей работы долот на основе сбора и обобщения фактической промысловой информации о работе ранее применявшихся конструкций (типов) долот и режимов бурения.
Вторая стадия работ состоит из: обоснования и выбора конструкции скважин, стратиграфических пачек, интервалов глубин залегания и комплексов пород для проведения исследований; обоснование типов и конструкций долот для проведения экспериментальных исследований по интервально или по стратиграфическим пачкам пород.
Третьей стадией работ является выработка рекомендаций на основе экспериментальных работ по выбору рациональных типов долот и наиболее эффективных режимов бурения для аналогичных условий скважин [20,21].
Рекомендуется для достижения экономического эффекта повышение стойкости долота, механической скорости бурения и снижения стоимости бурового долота. В общем случае может быть найдено комплексное эффективное решение, учитывающее все вышеуказанные аспекты [22].
Список литературы /References
1. Муратов Г.Г, Жураев А.Ш.,Мухамаджанов Р.К.,Маткасимова Ш.Ш., Абдуназарова Д. Усовершенствование схем автоматизации ленточных конвейеров в горных предприятиях.[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://scientificjournal.ru / (дата обращения: 16.11.2022)
2. Matkasimova Sh.Sh., Usmanaliyeva I.A., G'ulomov Sh.A. Karyer ekskavatorlarining filtrokompensatsiya uskunali tiristorli dvigatel rostlash qurilmasidan foydalanish istiqbollari VOLUME 2 | ISSUE 6 ISSN 21810842 C.263-268. June, 2021
3. Мирсаидов Г.М.,Маткасимова Ш.Ш. Применение конвейерного транспорта при транспортировании вскрышных пород в условиях разреза Ангренский// E- journal, электронный журнал Номер 5, Май 2019. С. 27-33.
4. Хурсанов Х.П., Колпаков В.Н, Красников С.Я. Оползневые явления на Ангренском месторождении бурого угля. -Горный вестник Узбекистана 2002г. №2(9). С. 19-27.
5. Маткасимова Ш.Ш., Эшонкулов К.Э. Повышение энергоэффективности высокопроизводительных ленточных конвейеров.// EURASIAN MINING C0NGRESS-2021 (Ноябрь 11-12, 2021, Навоий, Узбекистан)/ Навоий: EURASIAN MINING C0NGRESS-2021,ноябрь, 2021. С. 262 - 263.
6. Quvondiqov O.A., Matkasimova Sh.Sh.,Otajonov B. Analysis and calculation of the operating time of the conveyor transport for the conditions of the Angren open pit// The American Journal of Engineering and Technology,Volume 3, Issue 6, June 2021. P. 160 - 164.
7. Насиров У.Ф., Заиров Ш.Ш., Аннакулов Т.Ж. Применение схем циклично-поточной технологии с передвижными и мобильными дробильно-перегрузочными комплексами на открытых горных работах // Научно-технический и производственный журнал «Горный Вестник Узбекистана». - Навои, 2019. № 2. C.36-39.
8. Заиров Ш.Ш., Аннакулов Т.Ж., Кувондиков О.А., Шарипов Л.О. Расчет технологических параметров комплектов оборудований мобильных дробильно-перегрузочно- конвейерных комплексов // Научно-технический и производственный журнал «Горный Вестник Узбекистана». -Навои, 2019. № 3. С.29-34.
9. Усманов Н.С., Цой И.В., Иркабаев У.У., Насриддинов И.Х., Аннакулов Т.Ж. Опыт внедрения циклично-поточной технологии на вскрышном комплексе разреза Ангренский // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2015. №1. С. 82-86.
10.Аннакулов Т.Ж. Совершенствование циклично-поточной технологии разработки вскрышных пород разреза Ангренский с применением мобильных комплексов. EuropaischeFachhochschule, 2015; №6. С. 58-60.
11. Toshov J.B., Annaqulov T.J., Quvondiqov O.A. &Eshonqulov K. Calculation of the service life and assessment of the reliability of conveyor rollers under the conditions of the Angren coal mine. Asian Journal of Multidimensional Research (AJMR), 2021; Vol.10, Issue 3: P. 365-370. http://doi.org/10.5958/2278-4853.2021.00139.7
12. А.Ш. Пулатов, Т.Ж. Аннакулов. Существующая состояния и перспективы развития производственной мощности разреза Ангренский.Central Asian Journal of Theoretical and Applied Science, 2022; Vol.5, Issue 3: 218-225.
13. Bulatov G.Y. &Annakulov T.J. Investigation of the width of the entry of an excavator when loading a mobile crushing plant in the conditions of the Angren coal mine of Uzbekistan. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021. P. 937: 042088. https://doi:10.1088/1755-1315/937/4/042088
14. AnnakulovTulkin, Shamsiev Raxim&Kuvandikov Oybek. Mathematical modeling of determining the productivity of mobile complexes in exercise of inclined connecting accessories. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 2020; Volume 8. No. 6. P. 2695-2700. https://doi.org/10.30534/ijeter/2020/77862020
15. Pardayev A.B. & Rakhimov A.A.. Improving drilling speed while using high-efficiency drilling machines in quarry conditions. International Conference on Advance Research in Humanities,Sciences and Education, 2022; Vol.1 №1 -10.05.2022. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://confrencea.org/index.php/confrenceas/article/view/18/15/ (дата обращения: 18.11.2022).
16.Annakulov Tulkin, Eshonqulov Kamoljon, Mamatov Dostonbek. Application of belt conveyors and determination of the main parameters of mobile complexes for the transportation of overburden rocks of the Angren coal mine. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 2021; Volume 9. No. 4. P. 383-389. https://doi.org/10.30534/ijeter/2021/08942021
17. Рахимов А.А., Эшонкулов К.Э., Жураев Ш.Н. Обоснование повышение скорости бурения эффективности от применения безопорных долот [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://scientificjournal.ru/ (дата обращения: 16.11.2022)
18. Рахимов А.А., Эшонкулов К.Э., Жураев Ш.Н. Сравнительные анализ отработки алмазных и шарошечных долот. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://scientificjournal.ru/ (дата обращения: 16.11.2022)
19. Комилов Т.О., Нумонов А. Закономерности промывки скважины при буренииУ/ХХ'УП Международные научные чтения (Памяти Н.А. Доллежаля), Международной научно-практической конференции. Москва, 12 июня 2020 г. С. 24-26.
20. Комилов Т.О., Нумонов А. Поглошение промывочной жидкости при бурении нефтяных и газовых скважин./^Х1 Международные научные чтения (Памяти А.Л.Колмагорова), Международной научно-практической конференции. Москва, 16 декабря 2019 г. С. 36-40.
21. Рузманов Ф.Ис., Ашуров Б.Н., Асроров М.И.угли, Тогаев А.С.угли. Увелечение механической скорости бурения скважин./^Х1 Международные научные чтения (Памяти А.Л.Колмагорова), Международной научно-практической конференции. Москва, 16 декабря 2019 г. С. 73-75.
22. Б.Н.Баратов., Ф.Я.Умаров., Ж.Б.Тошов. Оценка работоспособности трехшарошечных буровых долот // Горный журнал. - 2021. № 12. С.60-63. DOI: 10.17580/gzh.2021.12.11
