книги из ГПНТБ / Комаров, М. А. Буримость горных пород и ее учет в техническом нормировании обзор

ЭКОНОМИКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ И ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ (ВИЭМСУ- f*

\ Г:гТ»р

Отраслевой центр научно-технической информации^ (ОЦНТЙ) *;! ■' ' Г

--'АЛА

О Б З О Р

Серия XI — Техника и технология геологоразведочных работ; организация производства

БУРИМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД И ЕЕ УЧЕТ В ТЕХНИЧЕСКОМ НОРМИРОВАНИИ

ч.

Вв е д е н и е

Всоответствии с директивами ХХ1У съезда КПСС в текущем пятилетии среднегодовой прирост производительности труда на гео­ логоразведочных работах должен составить 6-7%.

Одним Из необходимых условий повышения производительности труда в. общественном производстве в настоящее время должно быть коренное улучшение технического нормирования труда. При нормиро­

вании труда на буровых работах наиболее сложным вопросом являет­ ся установление норм времени на разрушение породы породоразру­ шающим инструментом.

Разработку научно-обоснованных нормативов времени и внедре­ ние их в производство следует рассматривать как два последова­ тельных этапа общей нормативно-исследовательской работы, но имеющих принципиальные отличия. Первый этап связан с исследова­ нием вопросов буримости пород и технологии бурения, что состав­ ляет техническое обоснование нормативов времени, второй этап

@Всесоюзный научно-исследовательский институт экономики минерального сырья и геологоразведочных работ(ВИЭМС,),1974

- 1 **

с

требует экономического, социального и физиологического их обосно­ вания.

В работе рассматриваются вопрооы разработки технически обо­ снованных нормативов времени на процесс разрушения породы при алмазном бурении. Нормирование процесса алмазного бурения произ­ водится на основе классификации пород по буримости, разработан­ ной для твердосплавного и дробового бурения, что затрудняет раз­ работку технически обоснованных норм. Алмазное бурение характери­ зуется более широким, чем твердосплавное и дробовое, диапазоном применяемых режимов бурения и типов алмазных коронок, что обус­ ловливает необходимость учета этих факторов при нормировании. Од­ нако в настоящее время сбор материалов для разработки единых норм осуществляется по методике, мало отличающейся от методик, приме­ няющихся для твердосплавного и дробового бурения [22]. Отсутст­ вуют также методические рекомендации по разработке местных про­ грессивных норм, что не способствует развитию оперативного нор­ мирования труда, которое в условиях научно-технического прогрес­ са должно иметь первостепенное значение, твк как единые нормы выпускаются через значительные промежутки времени (4-5 лет) и отстают от роста производительности труда во многих организациях. Решение вопросов разработки технически обоснованных нормативов времени в значительной степени зависит от правильного учета фак­ торов, влияющих на буримость пород.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНФЫ НОРМИРОВАНИЯ ЗАТРАТ ВРЕМЕНИ НА РАЗРУШЕНИЕ ПОРОДЫ ПРИ БУРЕНИИ

Факторы, влияющие не буримость горных пород алмазными коронками

Установление норм времени на процесс разрушения породы при бурении связано с определением ее буримости, которая зависит от многих факторов и в том числе от физико-механических свойств по­ род, конструкции породоразрушающего инструмента и технологии бу­ рения . Показателем буримости породы, на основе которого рассчи­ тывается норматив времени, является время бурения I м скважины.

- 2 -

\

Извеотная формула ( I I ) позволяет разделить большое количество факторов, влияющих на буримость пород, на две основные группы: первая - факторы, влияющие не начальную механическую скорость бу­ рения; вторая - факторы, влияющие на износ коронки и определяющие величину коэффициента А в формуле

конструктивные особенности породоразрушающего инструмента и по­ казатели, характеризующие сопротивляемость породы внедрению ра­ бочих элементов породоразрушающего инструмента. Во вторую группу факторов, кроме перечисленных в первой группе, входят еще абра­ зивные свойства породы и параметры износостойкости породоразрушающего инструмента.

Начальную скорость бурения V0 незатупленным инструментом определяют по средней механической скорости за установленную единицу времени (час, мин.). Величина V0 будет зависеть от про­ должительности времени измерения. При выводе теоретических формул

чальной скорости бурения недопустимо, поэтому в техническом нор­ мировании буримость породы нельзя рассматривать в отрыве от ее абразивности. В соответствии с этим нормативы времени на бурение скважин без отбора керна состоят из двух величин: норматива вре­ мени на бурение 1.м и норматива проходки за рейс. Первый норматив устанавливается по средней скорости бурения за все время работы долота до износа.

Нормативы времени при колонковом алмазном бурении также ус­ танавливаются по среднерейсовой механической скорости бурения. Необходимо отметить, что такой подход к их установлению не всегда

обоснован.

*

При колонковом бурении величина углубки за рейс зависит от большего количества факторов, чем при бескерновом, что обуслов-

3

лено процессом кернообразоваиия, который оказывает влияние не только на длину рейса, но и на величину среднерейсовой механиче­ ской окорости. Во время бурения, особенно скважин малого диамет­ ра, сплошность керна, как правило, нарушается* Это приводит к его истиранию, на что затрачивается дополнительная мощность, и при­ водит к снижению механической скорости бурения и к преждевремен­ ному окончанию рейса* На сохранность керна влияют физико-механи­ ческие и петрографические свойства породы, режим бурения, диа­ метр и конструктивные особенности алмазной коронки и др. Эти же факторы, как известно, влияют и на механическую скорость бурения и определяют в конечном счете длину рейса* Увеличение прочности

оборотов снаряда при бурении крепких монолитных и слаботрещино­ ватых пород приводит в большинстве случаев к увеличению средне­ рейсовой скорости бурения. Проходка за рейс при превышении неко­

дельное значение скорости вращения будет тем ниже, чем больше трещиноватость пород и чем меньше их крепость. При снижении про­ ходки за рейс из-за самозаклинивания наблюдается и снижение темпа прироста среднерейсовой механической скорости бурения при увели­ чении скорости вращения снаряда. Факторы, влияющие на механическую скорость бурения и проходку за рейс^влияют также и на износ ал­ мазных коронок, т .е . на расход истирающих, который в значительной степени сказывается на эффективности буровых работ.

/

Анализ применяемых методов нормирования затрат времени на процесс разрушений породы при бурении

Под методом нормирования затрат времени на процесс разруше­ ния породы при бурении понимают способ учета факторов, влияющих на величину затрат времени при выполнении нормируемого процесса труда. Следует отметить., что учет факторов, влияющих на величи­ ну затрат времени на бурение (буримость породы), является обя­ зательным условием при решении технологических задач* При этом исследуется влияние наиболее характерных прочностных и абразив­ ных свойств пород на механизм их разрушения и технико-экономи­ ческие показатели бурения с целью обоснованного выбора способа, режима бурения и др. При расчете нормативов времени более целе­ сообразен комплексный учет факторов, влияющих на буримость пород. Известны два метода разработки нормативов времени на процесс разрушения породы при бурении; метод нормативных полей и пачек, применяемый при бурении скважин на нефть и га з , и метод норми­ рования по категориям пород по буримости, применяемый в горной промышленности и на геологоразведочных работах. Принципиального отличия'эти методы не имеют, однако применение первого обуслов­ лено отсутствием достаточной информации о разбуриваемых породах и границах пластов и горизонтов, что затрудняет разработку еди­ ных норм времени. Применение второго метода целесообразно при условии точного определения границ буримых пород и возможности непосредственного их исследования по керну. Последнее является существенным обстоятельством, облегчающим разработку и примене­ ние единых норм времени. Основное достоинство метода норматив­ ных полей состоит в том, что нормьГустанавливаются для долот каждого типоразмера с указанием режима бурения. Ранее при буре­ нии скважин на нефть и газ единые нормы времени на "механиче­ ское" бурение не применялись, что являлось серьезным недоствт-\ ком, так как отсутствовала связь с общедоступным уровнем техни­ ческого прогресса в отрасли и не было принципиального ограниче­ ния для разработки заниженных норм времени. В 1972 г . выпущены единые отраслевые нормы времени'на.бурение скважин алмазными долотами для предприятий Министерства нефтяной промышленности. При нормировании по методу нормативных полей и пачек основная трудность заключается в разграничении пород различной буримости •

- 5 -

и объединении групп пород одинаковой буримости. Сравнительно точное определение их буримости и абразивности возможно при бу­ рении скважины на постоянном режиме долотом конкретного типораз­

оси ординат - глубина скважины. На этом графике ломаные линии для различных скважин могут не совпадать из-за различия в техно­ логии бурения,-но по точкам перегиба прямых участков этих линий можно выделить горизонты пород одинаковой буримости. Но это воз­ можно при следующих условиях: режимы бурения каждой скважины постоянны в одинаковых интервалах глубин и различны между собой, а район бурения скважин характеризуется одинаковым геологиче­ ским строением. Таким образом, относительное постоянство техно­ логии бурения скважины является необходимым условием для выделе­ ния интервалов но буримости пород и для установления норм вре­ мени на механическое.бурение и проходки на долото. При бурении скважин на нефть и газ это условие обычно соблюдается, так как геологические разрезы характеризуются наличием мощных интерва­ лов пород малой и средней крепости, при разбуривании которых параметры режима остаются относительно постоянными в течение длительных отрезков времени. При изменении параметров режима бурения скважины и невозможности установления границ пластов пород разделение разреза на интервалы по буримости и, тем более, разработка норм весьма затруднительны. Поэтому при установлении интервалов по буримости в нефтяном бурении обязательно исполь­ зуют денные геофизических исследований скважин. В настоящее вре­ мя в отечественной практике и за рубежом совершенствуются мето­ ды оценки буримости пород по данным каротажа [10].

При колонковом бурении проблема определения границ интер­ валов пород различной буримости значительно облегчается, так как литологические границы пород известны намного точнее, чем яри бескериовом способе,'и разбуриваемые породы по всему раз­

резу можно исследовать по образцам керна. Поэтому при колонковом бурении применяется метод нормирования по категориям пород по буримости, по которому нормы устанавливаются на одну или нес­ колько разновидностей пород, независимо от района залегания этих пород. Этот.метод можно применять, если известны разбури­

- 6 -

ваемые породы и их можно сравнить с теми породами ("эталонными" образцами), для которых разработаны нормы.

Возможность непосредственного отбора проб для изучения пет­ рографических и физико-механических свойств пород значительно облегчает разработку и применение единых норм времени* Наиболее важным условием разработки единых норм времени является едино­ образие технических и организационных условий выполнения норми­ руемых работ* Очевидно, что чем проще и единообразнее техноло­ гия, организация производства и труда на данных работах, тем больше возможностей для разработки и применения единых норм вре­ мени. Поэтому единые нормы времени получили наибольшее распрост­ ранение на сравнительно простых работах с малым количеством ор­ ганизационно-технологических вариантов их выполнения, например, на различных видах строительно-монтажных, лесозаготовительных и других работ. В то же время в машиностроении единые нормы вы­

руются по единым нормам времени. Не вызывает сомнений тот факт, что нормирование процесса разрушения породы при бурении сложнее, чем, например, процесса резания металлов. Поэтому разработка и внедрение единых норм времени на бурение разведочных скважин является большим достижением и способствует значительному росту производительности труда.

В связи с тем, что основным условием применения единых норм является единообразие технических и организационных условий, по­ следние приводятся в каждом справочнике БИВ. Применительно в процессу разрушения породы это требование выполняется указанием определенных ’кормализованных"условий бурения,при которых установ­ лены категории породы по буримости. Возможные отступления от “нормализованных" условий учитываются с помощью поправочных коэффициентов на диаметр и тип породоразрушающего инструмента, параметры режима бурения и др.

Первый сборник по единым нормам времени на крлонковое раз­ ведочное бурение вышел в 1936 г . Классификация пород по буримо­ сти и нормы времени были разрабЬтаны на основе показателей ме­ ханической скорости и проходки за рейс при бурении твердосплав­ ными и дробовыми коронками диаметром 66 м. Были приведены режи­ мы бурения и поправочные коэффициенты на диаметр коронки и на­

- 7 -

клон скважины, а также отменено, что петрографический признак служит лишь вспомогательным фактором при отнесении породы к той иди иной категории по буримости. Если разбуриваемая порода не подходит по ее буримости к соответствующей группе предлагаемой шкалы, необходимо произвести ее проверку [9 ]. В дальнейших вы­ пусках ЕНВ на колонковое бурение классификация пород по буримости уточнена и число категорий с четырнадцати уменьшено до двенадца­ ти, однако методика определения буримости нигде не приводится. Начиная с 1959 г* ни Формализованные” условия, ни поправочные коэффициенты на режим бурения и диаметр коронки в ЕНВ не приво­ дятся, но перечень типичных представителей горных пород по бу­ римости остался и переходит без изменения во все последующие сборники ЕНВ. Причина такого изменения принципа нормирования в литературе, к сожалению, не'отмечена. Следует отметить необхо­ димость обязательного соблюдения "нормализованных” условий при разработке норм затрат труда на бурение и применении поправоч­ ных коэффициентов при их расчете в других условиях.

В решении этого вопроса имеются два варианта и соответст­ венно две группы классификаций пород для технического нормирова­ ния. В классификациях первой группы приводятся значения машин­ ного времени бурения I м породы различных категорий по буримости без указания наименований пород и марок бурильных машин. Этот метод нормирования был предложен для бурения шпуров [2 6 ]. По этому методу категории устанавливаются по фактическим значениям времени бурения, что избавляет от необходимости пользоваться различными поправочными коэффициентами, учитывающими отклонение фактических условий бурения от "нормализованных”. В обосновании ‘ этого метода отмечается, что значения поправочных коэффициентов у разных авторов различны, породы с одной и той же петрографи­

вой группы является правильный выбор технологии и организации работ в соответствии с установленными критериями их эффективно­ сти, (максимальная скорость проходки, минимальная себестоимость работ), в зависимости от которых могут меняться организационно­ технологические варианты бурения.

В классификации второй группы содержатся петрографические наименования пород, нормы даны для определенных технических уо-

—8 —