Спиральные буровые штанги в угольной промышленности: правила эксплуатации, обеспечивающие целостность буровой колонны.
Подземное бурение угольных шахт крайне требовательно к оборудованию. Там тесно, сыро, пласты меняются без предупреждения, и если что-то идет не так на глубине 200 метров, нельзя просто вытащить буровую колонну краном и начать все сначала. Из всех компонентов буровой колонны наибольшую нагрузку испытывает спиральная буровая штанга — она одновременно передает крутящий момент, транспортирует шлам и изгибается при каждом изменении пласта.
Разница между буровой штангой, которая служит месяцами, и той, которая ломается на третьей скважине, обычно сводится к первым пяти минутам работы и последним пяти. Вот что имеет значение.
Прежде чем начать: пятиминутная проверка
У вас на стойке лежит стопка буровых штанг, и нужно просверлить отверстие. Соблазн — схватить первую попавшуюся и начать вращать. Но у спиральных буровых штанг есть несколько слабых мест, которые незаметны, пока вы их специально не заметите, и все они проявляются в самый неподходящий момент.
Во-первых: перед подключением прокатайте каждый стержень по ровной поверхности. Любой видимый зазор между стержнем и поверхностью означает, что он изогнут. Изогнутый стержень в глубокой скважине не просто сверлит криво — он дергается внутри скважины, ударяется о стенку при каждом обороте и создает циклические усталостные нагрузки на каждое резьбовое соединение над ним. Изогнутый стержень — это брак. Не пытайтесь его выпрямить.
Во-вторых: проверьте спиральные лопасти. Сварные швы, где спиральная лопасть соединяется с центральной трубой, являются концентраторами напряжений. Ищите тонкие трещины, расходящиеся от края сварного шва — они небольшие, но быстро распространяются после начала сверления. Постучите по лопастям гаечным ключом. Глухой стук означает, что металл затвердел. Звонкий звук означает, что сварной шов треснул, и лопасть ослабла.
Третий пункт: состояние резьбы. Чистая, сухая резьба – это не просто опция, а то, что предотвращает самопроизвольное отвинчивание всей буровой колонны на глубине. Угольная пыль и грязь, забившиеся в корни резьбы, препятствуют полному зацеплению. Буровая штанга, завинченная только на 80%, будет откручиваться под действием крутящего момента. Очистите резьбу проволочной щеткой, продуйте ее сжатым воздухом (если есть) и наносите резьбонарезную пасту перед каждым соединением. Не консистентную смазку – используйте соответствующую противозадирную резьбонарезную пасту, рассчитанную на крутящий момент, который вы используете. Консистентная смазка разрушается под воздействием тепла и давления; резьбонарезная паста – нет.
Последняя проверка соосности: буровая установка, буровая штанга и скважина должны находиться на одной оси. Даже несколько градусов смещения в месте крепления штанги приводят к значительному изгибающему напряжению на глубине 100 метров. Правильно выровняйте штанги, и они отблагодарят вас, не сломавшись.
Начало лунки: правило 300 миллиметров
В угольной промышленности спиральная буровая штанга выполняет двойную функцию: передает вращение буровому долоту и выводит шлам из скважины с помощью спиральных лопастей. Обе задачи требуют вращения штанги внутри правильно сформированной скважины. Но в самом начале скважины скважины как таковой нет — есть только штанга, пытающаяся ее создать.
Здесь вступает в силу правило 300 миллиметров. В течение первых 300 миллиметров бурения — примерно фута — поддерживайте низкую частоту вращения. Где-то в районе 100–150 об/мин, не больше. Поддерживайте низкое давление подачи. Цель состоит не в максимальной скорости проходки; она заключается в том, чтобы буровое долото создало чистое, прямое отверстие, по которому затем сможет двигаться штанга. Пока вы не достигнете этой начальной глубины отверстия, штанга не имеет боковой опоры и будет хлестать в конце, если вы будете вращать ее слишком быстро.
Как только глубина проходки превысит 300 миллиметров и стенка скважины начнет служить ориентиром, можно начинать увеличивать скорость подачи. Постепенно повышайте обороты до целевого диапазона — 150–300 об/мин является типичной скоростью для буровых установок серии CMS1 в угольной промышленности, при этом нижний предел подходит для твердых угольных пластов, а верхний — для мягких. Скорость подачи должна стабилизироваться в диапазоне от 0,5 до 1,5 метров в минуту в зависимости от условий.
Чтение выемок: самый недооцененный навык в бурении угольных скважин.
Вот что отличает опытных бурильщиков от всех остальных: они следят за буровым шламом. Не время от времени, а постоянно.
Спиральные буровые штанги предназначены для вытеснения шлама через лопасти по мере вращения штанги. Если шлам постоянно вытекает из устья, скважина в порядке. Если поток прекращается — даже на несколько секунд — что-то изменилось. Возможно, долото наткнулось на мягкую зону и образует больше стружки, чем лопасти могут отвести. Возможно, стенка скважины частично обрушилась за долотом. Возможно, промывочная среда не достигает забоя.
Какова бы ни была причина, ответ один и тот же: немедленно прекратите подачу, поддерживайте вращение и немного отведите удилище назад — примерно на метр — чтобы убрать то, что блокирует лопасти. Затем медленно верните удилище на место. Проталкивание удилища вперед, когда щепки не выходят, — это способ плотно заполнить кольцо, а плотно заполненное кольцо — это потенциальная причина застревания удилища.
Принцип прост: если кусочки не вынимаются, не нужно углубляться. И точка.
Когда дела идут не так в подземелье
При бурении угольных скважин существуют некоторые виды аварий, которых нет при бурении открытым способом. Выбросы газа, приток воды и внезапные обрушения пластов — это реальные возможности, и от реакции оператора зависит, будет ли это инцидент или катастрофа.
При механических проблемах — заклинившей штанге, заклинившей муфте — правило такое же, как и с любым скважинным инструментом: не прилагайте чрезмерных усилий. Прекратите подачу. Снизьте обороты до низкой скорости и плавно измените направление вращения. Продвигайте штангу вверх и вниз короткими движениями, медленно вращая ее в обратном направлении. Спиральные лопасти помогут устранить засор, если дать им время. Резкий рывок за заклинившую буровую штангу с полным усилием втягивания — быстрый способ сломать ее в самом слабом месте резьбы, а извлечение сломанной штанги из скважины в угольном пласте — задача не из легких.
В критических с точки зрения безопасности ситуациях — резком повышении концентрации газа, внезапном вытекании воды из скважины или любых признаках выброса газа — процедура поиска и устранения неисправностей отсутствует. Немедленно отключите питание буровой установки. Эвакуируйте территорию. Сообщите о происшествии. Никакое оборудование не стоит того, чтобы оставаться в опасной зоне.
Вытягивание: где шатуны повреждаются чаще всего.
Как ни парадоксально, спиральные буровые штанги чаще повреждаются при снятии, чем во время бурения. Виновником является обрыв резьбовых соединений. Правильный способ: после зажима штанги медленно вращайте ее в обратном направлении — не забивайте соединение молотком на высокой скорости. Если соединение не отсоединяется при малом крутящем моменте, обработайте его вручную гаечным ключом, прежде чем снова включать питание. Высокоскоростное вращение на тугом соединении приведет к заеданию резьбы, а после заедания резьба становится непригодной.
После снятия каждого удилища с лески его следует протереть. Угольная суспензия, оставшаяся на лопастях и в основаниях нитей, высыхает, образуя цементоподобную корку, которую на следующий день удалить вдвое сложнее. Быстрая протирка и обработка резьбы антикоррозийным спреем занимают тридцать секунд на каждое удилище. Защитные колпачки для нитей устанавливаются до того, как удилище окажется на стойке. Удилища, хранящиеся без колпачков, накапливают вмятины на основаниях нитей, и поврежденная нить будет перекручиваться при следующей сборке.
Всё это несложно. Но стабильно этим занимаются те экипажи, которые не связываются по рации с просьбой о предоставлении рыболовного снаряжения.
