Оптимизация технологии бурения свай для роторных буровых установок: внедрение целенаправленных мер с учетом геологических условий, преодоление узких мест в процессе бурения и повышение эффективности строительства.

В строительстве свайных фундаментов в инфраструктурных проектах роторные буровые установки стали основным строительным оборудованием благодаря своим преимуществам: эффективному бурению, точному позиционированию и высокой адаптивности. Они широко используются в различных сценариях, таких как автомагистрали, мосты, высотные здания и фундаменты сборных зданий. Рациональность процесса бурения напрямую определяет эффективность строительства, качество бурения и инженерные затраты, в то время как физико-механические свойства различных геологических условий (мягкие грунты, песчаные слои, твердые породы и т. д.) значительно различаются, что предъявляет различные требования к параметрам бурения, выбору бурового инструмента и процессу эксплуатации роторных буровых установок. В настоящее время в некоторых строительных проектах часто возникают проблемы, такие как задержка бурения, обрушение стенок скважины, низкая эффективность и чрезмерный расход расходных материалов из-за отсутствия оптимизации технологии бурения с учетом геологических характеристик, что ограничивает ход и эффективность строительства проекта. В данной статье, с учетом современных тенденций в строительстве свайных фундаментов, на основе анализа различных геологических типов изложен путь оптимизации и план повышения эффективности процесса бурения с помощью роторных буровых установок, что поможет строительным предприятиям преодолеть узкие места в процессе бурения и добиться эффективного, качественного и экономичного строительства.

Предпосылкой для оптимизации процесса является точная геологическая разведка, закладывающая прочную основу для повышения эффективности.

Ключевым условием оптимизации процесса бурения на роторной буровой установке является точное понимание геологических условий строительной площадки и предотвращение потерь эффективности и ухудшения качества, вызванных некачественным бурением. На ранней стадии строительства необходимо провести комплексное геологическое обследование для уточнения основных параметров, таких как геологическая стратификация, плотность, влажность, прочность на сжатие и гранулометрический состав каждого слоя грунта/горной породы, посредством отбора проб при бурении, полевых испытаний и т. д. Необходимо разделить грунт на различные геологические участки, такие как мягкие грунты, песчаные слои, связные грунты, выветренные породы и твердые породы, и составить подробный геологический отчет. Одновременно с этим, на основе требования При проектировании (диаметр скважины, глубина, вертикальность) прогнозируются потенциальные проблемы, которые могут возникнуть во время строительства (например, обрушение песчаного слоя, медленное бурение в твердых породах, уменьшение диаметра мягких грунтов и т. д.), что обеспечивает научную основу для последующего выбора бурового инструмента, корректировки параметров и оптимизации процесса. Неточность геологической съемки может легко привести к несоответствию бурового инструмента геологическим условиям, нерациональным параметрам бурения, что не только снижает эффективность бурения, но и может создать угрозу безопасности, такую как обрушение стенок скважины и низкое качество свай, увеличивая затраты на переделки и риски задержки проекта.

Геология мягких грунтов: предотвращение обрушений, увеличение скорости бурения, оптимизация подпорных стен и параметров бурения.

Основные характеристики мягких грунтов (таких как ил, илистая почва, илистая глина и т. д.) — высокое содержание воды, низкая несущая способность и плохая устойчивость. В процессе бурения могут возникать такие проблемы, как обрушение стенок скважины, уменьшение диаметра и заглубление скважины. Кроме того, чрезмерная скорость бурения может привести к неправильной форме скважины, что влияет на качество ее формирования. Для мягких грунтов оптимизация технологии бурения сосредоточена на защите стенок и контроле параметров бурения, что позволяет повысить как эффективность, так и качество. Что касается выбора бурового инструмента, предпочтительно использовать длинные спиральные буровые штанги в сочетании с двухдонными ковшами для сбора песка. Двухдонные ковши для сбора песка обладают хорошей герметизацией и высокой эффективностью выгрузки грунта, что позволяет уменьшить количество остатков мягкого грунта в буровом ковше и избежать вторичной очистки; одновременно устанавливается защитная обсадная труба, которая, в зависимости от толщины и глубины залегания мягкого грунта, используется для защиты стенок скважины и предотвращения их обрушения. Что касается параметров бурения, скорость бурения следует контролировать в диапазоне 0,5-1 м/мин, чтобы избежать повреждения стенок скважины из-за высокой скорости; скорость буровой установки следует регулировать до 60-80 об/мин, а крутящий момент — в пределах 180-220 кН·м для обеспечения плавного входа бурового раствора. бурение Засыпьте буровой ковш в грунтовый слой и уменьшите нарушение целостности грунта. Кроме того, в процессе бурения своевременно пополняйте защитное покрытие стенок скважины буровым раствором, контролируйте плотность раствора в диапазоне 1,05-1,10, поддерживайте вязкость на уровне 18-22 с, формируйте стабильную защитную пленку на стенках скважины и регулярно очищайте скважину от осадка, чтобы избежать чрезмерного отложения, влияющего на эффективность бурения и несущую способность забоя сваи.

Геология песчаных пластов: контроль потерь, предотвращение обрушения скважин, оптимизация выгрузки песка и ритма бурения.

Основная сложность при бурении песчаных пластов (среднезернистый песок, крупнозернистый песок, гравийный песок и т. д.) заключается в высокой текучести и проницаемости частиц. В процессе бурения легко происходит обрушение стенок скважины и вынос песка, что затрудняет формирование скважин и снижает их проходимость. бурение эффективность и чрезмерная толщина осадочных пород. В случае песчаных пластов оптимизация технологии бурения сосредоточена на повышении способности к выносу песка, стабилизации стенок скважины, оптимизации ритма бурения и мер по защите стенок. Что касается выбора бурового инструмента, следует отдавать предпочтение буровым ковшам с пескоотводящими устройствами (например, ковшам с жалюзи для сбора песка), чтобы повысить герметизацию и эффективность удаления песка, а также уменьшить потери песчаных частиц из зазоров в ковшах; для гравийных песчаных пластов можно использовать зубчатые буровые ковши для повышения износостойкости и способности к разрушению породы. Что касается мер по защите стенок, для защиты стенок используется высококачественный буровой раствор с плотностью 1,10-1,15 и вязкостью 20-25 с, что повышает суспензионную способность и защитный эффект раствора для стенок. При необходимости для защиты стенок используется обсадная труба, особенно в районах с высоким уровнем грунтовых вод в песчаных пластах, что может эффективно предотвратить обрушение стенок скважины. В процессе бурения используется ритм «медленное вхождение, быстрый подъем», при этом скорость бурения контролируется на уровне 0,3-0,8 м/мин. После заполнения бурового ковша песком он быстро поднимается, чтобы сократить время удержания песка в скважине; одновременно, каждые 1-2 метра бурения проводится очистка скважины с использованием обратного циркуляции сжатого воздуха для быстрого удаления осадка из скважины и предотвращения его накопления, влияющего на эффективность бурения.

Вязкость грунта: снижение сопротивления, ковш против застревания, оптимизация бурового инструмента и методов бурения.

Характеристики связных грунтов (таких как глина, илистая глина и т. д.) — высокая пластичность и сильная когезия. В процессе бурения легко возникают проблемы, такие как застревание глины в буровом ковше и трудности с выгрузкой грунта, что приводит к увеличению сопротивления бурению и снижению эффективности. Кроме того, стенки скважины подвержены таким проблемам, как образование толстого слоя бурового раствора и уменьшение диаметра. Ключ к оптимизации процесса бурения связных грунтов — снижение сопротивления бурению, предотвращение прилипания бурового ковша и повышение эффективности выгрузки грунта. С точки зрения оптимизации бурового инструмента, следует выбирать буровые ковши со спиральными или зубчатыми лопастями. Спиральные лопасти повышают способность к выгрузке грунта, а зубчатые ковши уменьшают площадь контакта между глиной и внутренней стенкой ковша, тем самым снижая риск прилипания; одновременно следует регулярно очищать внутреннюю стенку ковша от глины и наносить смазочное масло на его поверхность для дальнейшего снижения прилипания. Что касается регулировки параметров бурения, следует соответствующим образом увеличить скорость бурения (80-100 об/мин) и уменьшить скорость бурения (0,8-1,2 м/мин), чтобы буровой ковш полностью прорезал слой грунта и уменьшил уплотнение и слипание глины внутри ковша; крутящий момент контролируется в диапазоне 200-250 кН·м для обеспечения плавного бурения бурового ковша и предотвращения перегрузки буровой установки из-за чрезмерного сопротивления. Кроме того, в процессе бурения регулярно впрыскивается чистая вода для разбавления бурового раствора в скважине, уменьшения толщины бурового слоя и ускорения выноса грунта, чтобы избежать накопления глины в скважине и повысить общую эффективность бурения.

Геология выветренных горных пород: поднятие и разрушение горных пород, снижение потерь, оптимизация бурового оборудования и подбор параметров бурения.

Характеристики выветренных горных пород (сильно выветренные, умеренно выветренные и т. д.) включают умеренную прочность породы, рыхлую структуру, легкое разрушение, но высокую износостойкость. В процессе бурения могут возникать такие проблемы, как быстрый износ буровых зубьев, низкая скорость бурения и затрудненный отвод шлака, что влияет на эффективность работ. Для выветренных горных пород оптимизация технологии бурения направлена на повышение способности породы к разрушению, снижение потерь бурового инструмента, оптимизацию выбора бурового инструмента и параметров бурения. При выборе бурового инструмента приоритет следует отдавать использованию зубчатых роликовых резцов или роликовых резцов. Зубчатые роликовые резцы обладают высокой износостойкостью, а роликовые резцы могут измельчать породы за счет вращения и дробления, повышая эффективность разрушения породы; для умеренно выветренных пород для облегчения разрушения породы и снижения потерь буровых зубьев можно использовать ударные буровые долота. Что касается параметров бурения, следует снизить скорость бурения (40-60 об/мин), увеличить крутящий момент (300-400 кН·м) и повысить способность бурового долота к разрушению породы. Скорость бурения контролируется в диапазоне 0,2-0,5 м/мин, чтобы обеспечить полное разрушение породы буровыми зубьями и предотвратить дальнейший износ, вызванный чрезмерной скоростью. Одновременно в процессе бурения осуществляется своевременная очистка скважины от обломков породы, а также циркуляция бурового раствора для удаления шлака, что уменьшает накопление обломков в скважине и снижает сопротивление бурению; регулярно проверяется износ буровых зубьев и своевременно заменяются сильно изношенные, чтобы избежать снижения эффективности бурения и ухудшения качества скважины из-за повреждения зубьев.

Геология твердых горных пород: преодоление узких мест, повышение эффективности, оптимизация комбинированных технологий бурения.

Основные проблемы бурения твердых горных пород (таких как слабо выветренные породы, свежие породы и т. д.) заключаются в высокой прочности породы, хорошей целостности, высоком сопротивлении бурению, сложности разрушения породы, крайне низкой эффективности традиционных методов бурения и значительной потере бурового инструмента, что является главными узкими местами технологии роторного бурения. Для бурения твердых горных пород необходимо применять комбинированную технологию бурения, сочетая несколько методов бурения, оптимизируя буровой инструмент и параметры, и добиться значительного повышения эффективности разрушения породы. Что касается выбора бурового инструмента, следует отдавать предпочтение высокопрочным износостойким конусным буровым ковшам или ковшам с режущими зубьями, которые в сочетании с мощной роторной буровой установкой повышают мощность разрушения породы; одновременно можно использовать комбинированный режим бурения «роторное бурение + ударное бурение». Сначала ударное буровое долото используется для разрушения поверхности породы, а затем роторный буровой ковш используется для очистки породы от обломков, чередуя операции для снижения сопротивления бурению и повышения эффективности разрушения породы. Что касается параметров бурения, скорость буровой установки контролируется на уровне 30-50 об/мин, а крутящий момент увеличивается до более чем 400 кН·м для обеспечения достаточной мощности разрушения породы; скорость бурения должна контролироваться на уровне 0,1-0,3 м/мин, чтобы избежать перегрузки бурового инструмента и повреждения бурильных зубьев из-за чрезмерной скорости. Кроме того, впрыскивание охлаждающей жидкости в процессе бурения снижает температуру бурильных зубьев и минимизирует износ; регулярно проверяйте соединение между буровой штангой и бурильным ковшом, чтобы обеспечить надежное соединение и избежать повреждения компонентов, вызванного вибрацией, что может повлиять на ход строительства.

Общие меры по оптимизации: стандарты технического обслуживания и эксплуатации оборудования для обеспечения эффективного бурения.

Помимо специализированной оптимизации для различных геологических условий, обеспечение надлежащей эксплуатации и технического обслуживания бурового оборудования является универсальной мерой, гарантирующей повышение эффективности бурения и снижение потерь. Что касается эксплуатации и технического обслуживания оборудования, перед началом работ необходимо провести комплексную проверку основных компонентов буровой установки, таких как двигатель, гидравлическая система, бурильные штанги и бурильные ковши, чтобы обеспечить нормальную работу оборудования; регулярно смазывать и очищать от ржавчины бурильные штанги, проверять износ бурильных ковшей и зубьев, а также своевременно заменять уязвимые детали; разумно планировать графики работы оборудования, чтобы избежать отказов, вызванных длительной интенсивной эксплуатацией, и сократить задержки проекта. Что касается эксплуатационных стандартов, операторы должны пройти профессиональную подготовку, быть знакомы с технологиями бурения и настройками параметров для различных геологических условий, а также строго следовать оптимизированному технологическому процессу строительства; во время бурения необходимо внимательно следить за состоянием работы буровой установки и ситуацией внутри скважины, своевременно корректировать параметры бурения и оперативно устранять проблемы (такие как обрушение стенок скважины и заглубление бурения), чтобы предотвратить их распространение. Одновременно необходимо вести качественную документацию по строительству, подробно описывая параметры бурения, эффективность бурения, расход расходных материалов и другую информацию по различным геологическим участкам, обеспечивая тем самым информационную поддержку для последующей оптимизации процесса.

Проверка эффективности оптимизации: снижение затрат и повышение эффективности, улучшение общих результатов проекта.

Оптимизация процесса бурения для различных геологических условий позволяет эффективно преодолеть узкое место роторного бурения, обеспечивая двойное повышение эффективности строительства и инженерных преимуществ. Практические данные показывают, что после оптимизации эффективность бурения в мягких грунтах увеличилась на 201-301 тонну, в песчаных породах — на 151-251 тонну, в выветренных горных породах — на 301-401 тонну, а в твердых горных породах — более чем на 401 тонну; одновременно снизились потери бурового инструмента на 151-201 тонну, частота возникновения проблем с качеством, таких как обрушение стенок скважины и уменьшение диаметра, снизилась более чем на 601 тонну, а затраты на переделку сократились примерно на 301 тонну. Кроме того, после оптимизации процесса качество формирования пор легче соответствует стандартам, повышается несущая способность свайного тела, что эффективно обеспечивает безопасность инженерного сооружения, сокращает сроки строительства, снижает общие затраты на рабочую силу, расходные материалы, эксплуатацию и техническое обслуживание оборудования и создает более высокую экономическую и социальную выгоду для строительных предприятий.