title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Ударно-вращательное бурение колонковым способом

Ударно-вращательное бурение колонковым способом

Эффективность колонкового бурения значительно повышается при одновременном воздействии на породоразрушающий инструмент осевой нагрузки, крутящего момента и ударных импульсов, сообщаемых специальными забойными машинами, которые приводятся в действие энергией потока промывочной жидкости (гидроударники) или сжатого воздуха (пневмоудар пики). В геологоразведочном бурении наиболее широко применяются гидроударники.
Гидроударники используются для бурения пород IV-XII категорий буримости.
Гидроударник включается в снаряд между колонной бурильных труб и колонковым набором. При постоянной осевой нагрузке на породоразрушающий инструмент и определенной частоте вращения снаряда, соответствующих физико-механическим свойствам буримых пород, промывочная жидкость, закачиваемая по бурильной колонне, приводит в действие гидроударник.
В зависимости от кинематики рабочего процесса гидроудар-ники делятся на четыре группы: машины прямого, двойного, обратного и непосредственного силового действия. Наибольшее применение получили гидроударные машины прямого действия, работающие по следующей схеме (рис. 55).
Промывочная жидкость перемещает поршень-ударник 5 с прижатым к нему клапаном 1 вниз, сжимая возвратные пружины 2 и 4. Дойдя до ограничительной втулки 3, клапан остановится и откроется, а поршень-ударник, продолжая движение по инерции, нанесет удар по наковальне 6, которая через переходник связана с колонковым набором. Во время отрыва клапана от поршня жидкость проходит через клапан последнего в колонковую трубу, омывает забой и выносит на поверхность частицы разрушаемой породы. После удара поршень 5 отскочит от наковальни и под действием пружины 4 вернется в первоначальное положение. Клапан опять закроет отверстие поршня, и цикл будет повторяться.

По частоте ударов поршня-ударника о наковальню гидроударники разделяются на среднечастотные (Г7, Г9), работающие при 1200 уд/мин (20 Гц), и высокочастотные (ГВ5, ГВ6), работающие при 2500—3600 уд/мин (42—60 Гц).
Гидроударники Г7 и Г9 выпускаются в виде комплексов KTCГ 7 и КТСГ 9, включающих в себя комплекты твердосплавных коронок, кернорвателей, шнековых ловушек для ловли осколков твердого сплава на забое скважины, специальных долот к ловушкам и колонковых труб. В комплекс входит также эжектор, используемый для повышения выхода керна при бурении в трещиноватых и разрушенных породах. Эжектор устанавливается между гидроударником и колонковым набором,
В настоящее время выпускаются унифицированные гидроударные машины Г76 и Г59, позволяющие в зависимости от геолого технических условий бурения работать в среднечастотном, т. е. ударном (шифр «У»), и высокочастотном (шифр «В») режимах. Эти машины заменяют гидроударники Г7 и Г9, а также снятые с производства ГВ5 и ГВ6 Гидроударные машины Г59 и Г76 (рис. 56) соединяются с бурильной колонной переходником 1 с твердосплавными вставками 2. В патрубке 3 на пружине 5 установлен клапан 4. Нижняя часть пружины помещена в ограничителе 6 опирающемся на регулировочные кольца, 8 Цилиндр 11, в котором установлена манжета 9, через корпус 13 соединен со шлицевым стаканом 19. Поршень 10, помещенный в цилиндре 11, с утяжелителем 12 и насадкой 15 образуют ударник, установленный на пружину 14: нижний конец которой через шайбу 16 и уплотняющее резиновое кольцо 17 опирается на шлицевой шток 18. Шлицевой шток, помещенный в шлицевом стакане и соединенный с насадкой 15 и нижним переходником 20, служит наковальней.

Когда гидроударник находится в подвешенном положении (спуск в скважину), шлицевой разъем 18, 19 раскрывается. При этом наковальня и ударник опущены Поршень 10 открывается от клапана 4. Промывочная жидкость через каналы во втулке клапана, поршне, утяжелителе 12, насадках 15, шлицевом штоке 18 и переходнике 20 свободно проходит в колонковый набор и далее на забой.
При постановке снаряда на забой шлицевой шток поднимается вместе с насадками, пружиной, утяжелителем и поршнем. Клапан 4 перекрывает канал поршня. Возникает гидравлический удар, в результате чего ударник вместе с клапаном с нарастающей скоростью перемещается вниз, сжимая пружины 5 и 14. Дойдя до ограничителя 6, клапан остановится, а ударник по инерции продолжает движение и наносит удар по наковальне. После отрыва поршня от клапана жидкость свободно пройдет к забою, а давление в камере над клапаном упадет, и под действием пружин клапан и ударник возвратятся в исходное положение.
При встрече клапана с поршнем создается гидравлический удар, и цикл повторяется.
Частота колебаний и энергия ударника изменяются регулировкой хода клапана шайбами 7, натяга пружин кольцами 8 и шайбами 16, а также расхода промывочной жидкости.
Техническая характеристика гидроударников приведена в табл. 21.

В качестве породоразрушающих инструментов при бурении гидроударниками Г7, Г9, Г76У, Г59У используются кольцевые коронки типа КГ и ГПИ, армированные крупными резцами из твердого сплава BK 15, а также колонковое шарошечное долото 4ДГК П5К. Для бескернового бурения применяются специальные лопастные и шарошечные долота.
Характеристика породоразрушающих инструментов для гидроударного бурения (рис. 57) приведена в табл. 22.
Первое время после спуска снаряда в скважину бурить среднечастотными гидроударниками следует при минимально возможной частоте вращения и осевой нагрузке, не превышающей 2—3 кН.


После приработки породоразрушающего инструмента параметры режима бурения подбираются соответственно физико-механическим свойствам пород в следующих пределах:
а) осевая нагрузка от 3—4 кН в наиболее твердых породах IX—X категории до 8—10 кН в породах VI—VHI категорий буримости;
б) частота вращения снаряда от 0,5 0,7 с-1 в наиболее твердых породах до 1,7—2,5 с-1 в породах VI—VII категорий буримости;
в) расход промывочной жидкости, учитывая возможные потери в соединениях бурильной колонны, (2,5—3)*10в-3 м3/с.
Для работы высокочастотными гидроударниками в породах IV—VII категорий буримости применяются стандартные коронки типа CA.

В зависимости от диаметра и типа коронки осевая нагрузка при бурении должна быть в пределах 8—18 кН рациональная частота вращения снаряда 5—7,5 с-1, расход промывочной жидкости (2—3,3)*10в-3 м3/с в соответствии с типом используемого гидроударника.
Применение высокочастотных гидроударников при правильно подобранных параметрах режима бурения дает увеличение механической скорости проходки в 1,3—2,3 раза, углубления за рейс в 1,5—2,5 раза, сменной производительности в 1,2—2 раза по сравнению с вращательным бурением теми же коронками.
Практический опыт показал, что применение высокочастотных гидроударников с однослойными (в породах VIII—IX) и импрегнированными (в породах X—XIl категорий буримости) алмазными коронками позволяет повысить механическую скорость проходки до 50—70 % и углубление на коронку — до 40—50% по сравнению с обычным вращательным бурением алмазами. Кроме того, существенно повышается выход керна в трещиноватых породах и снижается интенсивность искривления скважин.
Снаряд при бурении алмазами ударно-вращательным способом собирают из коронки, кернорвателя, колонковой трубы длиной 5—8 м с удлиненной резьбой, износостойкого переходника с колонковой трубы на гидроударник, гидроударника, переходника, колонны бурильных труб муфтово-замкового соединения. При бурении сильнотрещиноватых пород одинарный колонковый набор заменяется эжекторным или двойным колонковым снарядом.
Начинают бурение с приработки коронки в течение 3—5 мин при частоте вращения снаряда 1,7—3,3 с-1, осевой нагрузке 2000—3000 H и подаче промывочной жидкости (0,5—0,7)*10в-3 м3/с. Затем в зависимости от пластичности и твердости пород снаряду дают оптимальную частоту вращения (в соответствии с диаметром коронки): 3,8—7,5 с-1 в породах XI—XII категорий буримости, 7,5—10,5 с-1 в породах IX—X категорий, 10,5—12,3 с-1 — в породах VIII категории буримости. Осевую нагрузку с 4—5 кН в начале рейса постепенно увеличивают и к концу рейса доводят до 15—20 кН. В качестве промывочной жидкости рекомендуется применять эмульсионные растворы. Количество промывочной жидкости от начала к концу рейса увеличивают, доводя до (2—3)*10в-3 м3/с.
Для обеспечения подачи на алмазную коронку диаметром 76 или 93 мм рационального расхода промывочной жидкости между гидроударником и колонковым набором следует устанавливать делитель потока промывочной жидкости ДП73.
Пневмоударники успешно применяют при бурении разведочных скважин с поверхности, подземном бурении, проходке взрывных и другого назначения скважин в породах VII—XII категорий буримости. Наиболее целесообразно использование пневмоударников для бурения твердых необводненных пород, толщ многолетней мерзлоты, в высокогорных и пустынных районах, а также в условиях поглощения промывочной жидкости.
Для бурения геологоразведочных скважин в настоящее время применяются пневмоударники РП-130М, РП-111, РП-94. Их техническая характеристика приведена в табл. 23.

Для бурения геологоразведочных скважин пневмоударниками с одинарными колонковыми трубами используются кольцевые коронки типа КП, а с двойными колонковыми трубами — типа КДП. Для бескернового бурения применяются долота типа К.ПС. Диаметр коронок и долот, использующихся при разведке коренных месторождений твердых полезных ископаемых: 96, 113, 132, 151 мм, а диаметр коронок для разведки россыпных месторождений 161, 184, 216 мм. Армируют породоразрушающий инструмент цилиндрическими вставками твердого сплава марки BK 15 с клиновидной рабочей частью.
Срыв и удержание керна при бурении кольцевой коронкой осуществляются кернорвателем.
Прежде чем начинать бурение спущенный в скважину снаряд приподнимают над забоем на 10—15 см и производят продувку до прекращения выноса на поверхность шлама или выброса находящейся в скважине воды. После этого снаряд с вращением опускают на забой и ведут бурение на параметрах технологического режима, соответствующих физико-механическим свойствам породы. Частота вращения снаряда в плотных породах VII категории буримости принимается 1,3—2 с-1, а в твердых (наивысших категорий), трещиноватых или абразивных породах снижается до 0,3—0,5 с-1. Осевая нагрузка принимается 200—300 H на 1 см диаметра породоразрушающего инструмента. При бурении разрушенных, трещиноватых пород удельную нагрузку снижают до 100 Н/см.
В процессе бурения крупные частицы шлама не выносятся на поверхность. Для их улавливания рекомендуется в буровой снаряд включать шламовую трубу.

title-icon Подобные новости