CC BY
32
© В. Д. Буткин, А.В. Гилёв, Д.Б. Нехорошев, 2005
УДК 622.23.051.78
В.Д. Буткин, А.В. Гилёв, Д.Б. Нехорошев
О СПОСОБАХ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ БУРОВЫХ ДОЛОТ С ШАРОШЕЧНЫМ ВООРУЖЕНИЕМ НА КАРЬЕРАХ
Семинар № 16
~П последние годы произошло сущест-
-О венное удорожание шарошечного способа бурения, который преобладает на карьерах (до 82 % от всех объёмов бурения). Это объясняется большим ростом цен на буровые станки и шарошечные долота (ШД), увеличением использования долот большого диаметра (250-270 мм против 160-216 мм). Значительно возросла стоимость машино-смены станков СбШ-250 МНА, РД-10 и других. Возможности роста производительности станков при бурении крепких пород ограничены, поэтому основными путями повышения экономичности бурения являются снижение стоимости ШД и увеличение износостойкости.
Наблюдается тенденция к использованию на карьерах ШД зарубежного производства, лучшие образцы которых по сравнению с российскими ШД имеют в 2,5-10 раз более высокую стойкость, но соответственно в 3-10 раз большую стоимость, так как повышение ресурса износостойкости сложных ШД требует значительных затрат.
В ГУЦМиЗ предложен более рациональный путь решения проблемы карьерного бурового инструмента, сохраняющий интересы отечественных производителей ШД: создание для карьеров специализированных ТТТД Концепция этого направления достаточно подробно изложена в работе [1].
Схемы разборных шарошечных долот (РШД) конструкции ГУЦМиЗ: а) -
двухшарошечное; б - двух - и трехшарошечное; 1 - корпус с ниппелем; 2 -хвостовики сменных секций; 3 - шарошки; 4 - упорный подшипник скольжения; 5 - крепежный стержень; 6 - серийная опора; 7 - крепежные элементы (вариант); 8 - подшипник скольжения; 9 -шнек для циркуляции смазки
Специализированные ШД выполняются разборными с корпусом многократного использования, стойкость которого может составлять 10-40 км. Применяемые на карьерах серийные ШД после отработки (20-2000 м) отправляются в металлолом при неиспользуемых затратах на корпусную часть, равных примерно стоимости вооружения долота. На одном корпусе долота можно применять сменные шарошки различного типа, которые монтируются не на свариваемых между собой лапах, а на сменных секциях, хвостовики которых вставляются в пазы цельного корпуса. Опоры шарошек могут быть освоенной конструкции (переходный период) или выполнены на подшипниках скольжения.
Некоторые новые модели разборных ШД, разработанные в ГУЦМиЗ, представлены на рис. На них получены патенты. Наиболее простыми являются двухшарошечные разборные долота, принцип построения которых пригоден для ШД любого диаметра. Для глубокого бурения газовых скважин удалось создать разборные долота только очень большого диаметра (порядка 600 мм), которые для карьеров непригодны.
сравнение показателей бурения серийными, зарубежными и специализированными (разборными) шарошечными долотами
о “1
!!
я
Разница затрат аа 1м, Д£, руб/м ДЗДШ +15,8 +19,3 , , , ,
РШД +15,3 +9,8 + 17,3 + 16,2 +23,8
ЗД -45,8 -42,3 -8,1 -24,2 +21
Себестоимость бурения, руб/м ДЗДШ 70,6 , , , ,
РШД Ґ08 ҐІІ 130,4 131,6 153
Серийн ое ШД 86,4 89,9 132,2 147.7 131,6 176.8 155.8
£ 'О 816 613 1530 150 650 776 541 2000
/7, м/с мена 134 100 134 199 64 74 57 74
V, м/ч 29 19 29 45 12 14,2 10,4 12
и 0 * - а и" 34 16 133 12/6 30 34 34 136
Тип лолота ТКЗ Т Тегга-5-6 ЛЗДШ К ТКЗ ок 0,7Л
Крепость пород, / о\ ^ 00 ^ СМ г~1 Ю II II "Г о. ^ 2 ^
Карьер Мазульск ИЙ Кия- Шалтырс кий
а
00
I О
Си с
О о
V с
Л
го -г
5 у
1
2 ПЗ
гн-е-
Основным фактором, определяющим рациональные области применения рассматриваемых способов повышения эффективности ШД, являются такие свойства буримых пород, как крепость, контактная прочность, абразивность и хрупко-
пластические свойства. При этом в качестве основного критерия оценки указанных областей целесообразно принять себестоимость бурения, которая интегрально отражает как экономическую, так и техническую стороны процесса бурения.
Исходными для ориентировочных расчётов являются простые формулы:
с А С,
Б = - + -д П І,
(1)
П = ТП\V+
(2)
где Б - себестоимость бурения, руб/м; А -стоимость машино-смены бурового станка, руб; П - сменная производительность бурового станка, м; С д -стоимость долота, руб;
стойкость долота, м; Т - время смены
мин; V - механическая скорость бурения, м/мин; 1В - затраты времени на вспомогательные машинные операции при бурении, мин/м; П - коэффициент эффективного использования станка в течение смены.
Ориентировочную сравнительную оценку эффективности буровых долот можно осуществлять, пользуясь формулой:
АБ =
Сс
СН
руб/м,
(3)
где АБ - разница в затратах на 1 м бурения (при экономии с положительным знаком, а при удорожании - с отрицательным), руб/м; индекс « С » относится к применяемой конструкции долота, а индекс « Н » - к долоту, принятому для замены.
Для оценки эффективности разборных ШД формула (3) приобретает вид
АБ =
А Сс
П + ~
А
ПН
С С
^__В _ К
' I В I К
, руб/м, (4)
где СВ и 1В - соответственно стоимость и стойкость вооружения разборного ШД; СК и 1К - соответственно стоимость и стойкость корпуса многократного использования.
В таблице приведены результаты расчётов применительно к бурению скважин долотами различного типа диаметром 244,5 и 250 мм станками
СБШ-250 МНА-32 на Мазульском известняковом и Кия-Шалтырском нефелиновом карьерах ОАО “Ачинский глиноземный комбинат”. Значения V и 1 д приняты по результатам испытаний долот. Величины А по опытным и расчётным данным составили для Мазульского карьера 6000 руб, для Кия-Шалтырского - 6500 руб. Расчёты выполнены для горных пород с преобладающим коэффициентом крепости. Стоимость корпусов принята от 40 % (для ШД) до 50 % (для ДЗДШ) от стоимости долота. Принято также Т = 480
мин, п = 0,75 и ІВ = 0,6 мин/м.
Выводы:
1. Использование дорогих ШД зарубежного производства в условиях карьеров ОАО “АГК” не даёт эффекта, в то время как применение разборных ШД обеспечит значительное снижение затрат на буровые работы - в среднем не менее 3,5-5 млн руб. на каждый карьер в год. Отрицательные результаты использования зарубежных долот получены также на карьерах Качканарского ГОК, АК «АЛРОСА» и других.
Зарубежные долота повышенной стойкости эффективны в труднобуримых породах высокой крепости (Г = 15 - 20) и абразивности.
2. В рассматриваемых условиях бурения в себестоимости 1 м скважины превалирует «скоростная» составляющая ( А/П ), которая значительно больше «долотной» составляющей ( Са/1д ). Поэтому на карьерах должно быть уделено внимание к повышению параметров VВ и установлению рациональных режимов бурения с автоматическим их поддержанием.
3. Характерен результат по долоту с зубчато-дисковым вооружением (ДЗДШ). При заданной его стойкости (150 м), в 4 раза (в среднем) меньшей (но гарантированной), оно на Мазульском карьере оказывается экономичнее по сравнению с используемыми ШД за счёт меньшей стоимости, разборности и высокой скорости бурения резанием. Это означает, что при соответствующей модернизации ДЗДШ, установлении оптимальных режимов бурения и при оснащении станков СБШ-250МНА более совершенными устройствами для очистки скважин, разрабатываемыми в настоящее время в ГУЦМиЗ, этот вид бурового инструмента может занять значительное место на буровых работах этого карьера, включая бурение в за-карстованных зонах. Учитывая возможность получения на карьерах значительной экономии от предлагаемых буровых инструментов и технологий, соответствующие НИОКР и работы по освоению производства новых долот целесообразно расширить. Затраты на них в 7-10 раз меньше, чем возможная прибыль.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Butkin V., Gilev A., Chesnokov V., Gilev R., Nekhorochev D. Improving drilling equipment for surface mining. - Russian Mining, 2003, №6, c. 40-44.
— Коротко об авторах -----------------------------------
Буткин В.Д. - доктот технических наук, профессор,
Гилёв А.В. - кандидат технических наук, профессор, Нехорошее Д.Б. - аспирант,
Государственный университет цветных металлов и золота
