Буровой и вспомогательный инструмент при ударно-канатном бурении

Буровой снаряд при ударно-канатном бурении состоит из долота, ударной и раздвижной штанг и канатного замка (рис. 11). Отдельные элементы бурового снаряда соединяют между собой переходниками. В нижней части переходников выполнена внутренняя конусная резьба, в верхней — наружная конусная.
Долота (рис. 12) изготавливают из высококачественной стали. Тип долота выбирают в зависимости от механического состава разбуриваемых пород. Мягкие породы бурят плоскими долотами с небольшим углом заострения (70...80°), средней твердости и вязкие — двутавровыми, имеющими дополнительные боковые режущие грани, твердые и валунно-галечниковые — округляющими, отличающимися более развитыми боковыми режущими гранями, крепкие трещиноватые — крестовыми.

Ударные штанги (рис. 13) представляют собой тяжелый металлический стержень цилиндрической формы. Резьба на их нижнем конце служит для соединения с долотом, на верхнем — с раздвижной штангой или канатным замком. На обоих концах штанги выполнены прорези под инструментальные ключи для свинчивания резьбовых соединений. Изготавливают штанги длиной 2, 4 и 6 м, массой (в зависимости от длины и диаметра) 200...1200 кг. Они увеличивают массу бурового снаряда, а также предотвращают искривление скважины. В состав бурового снаряда может входить несколько ударных штанг. Раздвижные штанги (рис. 14) облегчают отрыв бурового снаряда от забоя при бурении в вязких или сильно трещиноватых породах. Они состоят из двух удлиненных звеньев, двигающихся одно в другом подобно звеньям цепи. Концы звеньев имеют прорези под инструментальные ключи. На нижнем звене имеется внутренняя конусная резьба для соединения с ударной штангой, на верхнем — наружная конусная резьба для соединения с канатным замком. Звенья имеют ход 250 мм. Опускаясь вниз, оттяжной ролик балансирной рамы в первый момент поднимает только канат и верхнее звено раздвижной штанги, которое передвигается с возрастающей скоростью внутри прорези нижнего звена как по направляющим. В это время нижнее звено раздвижной штанги, ударная штанга и долото неподвижны. Они начинают двигаться только после удара верхнего звена раздвижной штанги о нижнее. Сила удара дополняет силу натяжения каната и содействует выдергиванию долота из забоя.
Канатный замок соединяет буровой снаряд с инструментальным канатом. Наиболее удобен в работе самовращающийся замок (рис. 15). Втулка свободно вращается в его корпусе. При ударе долота о забой канат разгружается и закручивается, поворачивая одновременно и втулку. При отрыве бурового снаряда от забоя канат под действием нагрузки раскручивается, поворачивая вместе с канатным замком весь буровой снаряд по часовой стрелке. Таким образом, после каждого подъема буровой снаряд поворачивается на некоторый угол, что способствует более равномерной разработке забоя скважины. Внутренняя конусная резьба предназначена для соединения замка с ударной или раздвижной штангами. В средней части замка выполнены прорези под инструментальные ключи.

На верхних концах ударных и раздвижных штанг, переходников и канатных замков сделаны конусные проточки для захвата ловильным инструментом при обрыве или прихвате бурового снаряда в скважине.
Желонки (рис. 16) применяют для очистки забоя от шлама, а также для бурения мягких и рыхлых пород.
Желонка — это металлическая толстостенная труба длиной 1,5...4 м, в нижней части которой находится режущий башмак с заостренной кромкой и клапан, а в верхней части — вилка с конусной резьбой или дужка для непосредственного соединения желонки с канатом. На желонках, имеющих вилку с конусной резьбой, устанавливают раздвижную или короткую ударную штанги.

Желонки могут иметь плоский (одно- или двухстворчатый) или полусферический клапан. Их оснащают опережающим ножом.
Для забора разжиженной горной породы, а также при бурении плывунов применяют желонки с полусферическим клапаном или поршневые. Внутри поршневой желонки имеется поршень со штоком. В поршне выполнены отверстия, перекрытые кожаной или резиновой манжетой, для пропуска воды и воздуха. Башмак имеет вырезы для засасывания разжиженной породы и плоский (одно- или двухстворчатый) клапан. При подъеме вверх в корпусе желонки создается вакуум, клапан открывается, и в желонку засасывается разрушенная порода.
Желонки с плоским клапаном опорожняют через их верхнюю часть, переворачивая на 180°; с опережающим ножом — через их нижнюю часть, устанавливая желонку на землю (разрушенная порода высыпается по зазору между клапаном и режущим башмаком).
Буровые стаканы (рис. 17) применяют для бурения мягких и вязких пород (глины, суглинки и др.). Шлам из них извлекают через два продольных выреза (окна) длиной, равной примерно половине длины стакана.

Стальные канаты (рис. 18) изготавливают из высокопрочных проволок. Отдельные проволоки свивают в пряди, пряди, в свою очередь, свивают вокруг одного центрального пенькового сердечника, пропитанного густым смазочным материалом. Пеньковый сердечник придает канату гибкость и равномерно передает нагрузку на пряди.
При ударно-канатном бурении применяют канаты из шести прядей с числом проволок в прядях 19 или 37. Чем больше проволок в прядях и меньше их диаметр, тем больше гибкость каната.
В канатах односторонней свивки проволоки в прядях и пряди свиты в одном направлении. В канатах крестовой свивки направление проволок в прядях противоположно направлению прядей.

Канаты односторонней свивки раскручиваются под нагрузкой, а после ее снятия закручиваются. Их используют в качестве инструментальных. Направление свивки должно быть левым, тогда буровой снаряд после удара долота о забой будет поворачиваться вправо, предотвращая самопроизвольное развинчивание резьбовых соединений.
Канаты крестовой свивки под нагрузкой почти не раскручиваются. Их используют в качестве талевых и желоночных.
Стальные обсадные трубы применяют для крепления скважин. Наиболее часто используют бесшовные стальные трубы, на обоих концах которых нарезают треугольную конусную правую резьбу. Соединяют обсадные трубы между собой стальными муфтами, имеющими соответствующую трубам внутреннюю резьбу. Диаметр муфты должен быть больше, чем наружный диаметр обсадной трубы. Трубы выпускают длиной 9,5... 13 м, диаметром 114...508 мм, толщиной стенок 5,2... 16,5 мм. Диаметр труб и толщину стенок подбирают в зависимости от глубины и диаметра бурения, а также от геологических условий.
Для крепления скважин большего диаметра используют стальные электросварные трубы диаметром 530...1420 мм. Соединяют их между собой электросваркой.
Забивные башмаки с закаленным лезвием предохраняют нижний конец обсадных труб от смятия и позволяют выравнивать стенки скважины при забивании труб. Их навинчивают на нижний конец первой обсадной трубы.

Забивной снаряд (рис. 19, а) используют для забивки обсадных труб в скважину. Для предохранения верхнего конца обсадных труб от смятия при забивке на него надевают предохранительную головку. При креплении скважины обсадными трубами муфтового соединения применяют резьбовые забивные головки (рис. 19, б), ввинчиваемые в муфту; при креплении трубами, соединяемыми электросваркой, — многоступенчатые забивные головки, надеваемые непосредственно на их верхнюю часть.
Удерживают обсадные трубы на весу при спуске или подъеме их из скважины, а также при наращивании колонны обсадных труб специальными металлическими хомутами.