Ударно-вращательное бурение
Производительность твердосплавного и алмазного бурения значительно повышается
при одновременном воздействии на породоразрушающий инструмент осевого усилия,
крутящего момента и ударных импульсов, создаваемых специальными забойными
машинами, которые приводятся в действие энергией потока промывочной жидкости (гидроударника)
или сжатого воздуха (пневмоударники). Гидроударники
По принципу работы гидроударники делятся на три группы: машины прямого, двойного и обратного действия.
Наибольшее распространение имеют гидроударные машины прямого действия: Г-7, Г-9, ГВ-5, ГВ-6.
В гидроударниках прямого действия поршень-ударник перемещается вниз и наносит удар по наковальне под действием промывочной жидкости, а в первоначальное положение возвращается под действием пружины сжатия. В высокочастотном гидроударнике прямого действия (ГВ-5) жидкость распределяется плавающим клапаном. Частота ударов поршня-ударника о наковальню достигает 25—67 удар/с.
Для повышения выхода керна при бурении размываемых пород в комплект гидроударных машин включается эжектор.
Срыв и удержание керна осуществляются кернорвателем, вмонтированным в нижнюю часть колонковой трубы.
При гидроударном бурении применяются коронки, армированные четырьмя или шестью крупными резцами из твердого сплава, устойчивого к ударным нагрузкам.
Обычно при гидроударном бурении применяют станки серии ЗИФ и буровые насосы 11-ГрБ, 11-ГрИ, НБ-320/63, Гр-16/40 и др.
Производительность гидроударного бурения твердыми сплавами превышает производительность вращательного бурения алмазами в ряде случаев в 1,5 раза.
Практический опыт показал целесообразность применения алмазного бурения в породах высоких категорий буримости с использованием высокочастотных гидроударников ГВ-5 и ГВ-6.
Снаряд при алмазном бурении ударно-вращательным способом состоит из алмазной однослойной коронки (01АЗ или 01А4), кернорвателя, колонковой трубы длиной 5—8 м с удлиненной резьбой, износостойкого переходника с колонковой трубы на гидроударник, гидроударника, износостойкого переходника, колонны бурильных труб муфтово-замкового соединения.
При бурении сильнотрещиноватых пород одинаковый колонковый набор заменяется эжекторным или двойным колонковым снарядом с целью повышения выхода керна.
Пневмоударники успешно применяют при бурении разведочных скважин с поверхности, при бурении из подземных выработок, при проходке взрывных и другого назначения скважин в породах VII—XII категорий по буримости. Наиболее целесообразно применение 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 используются пневмоударники РП-130, РП-111, РП-94 коронки типа КП, а с двойными колонковыми трубами — типа КДП. Для бескернового бурения применяются долота типа КПС. Диаметры коронок и долот 153, 132, 113 и 96 мм. Армируют породоразрушающий инструмент цилиндрическими вставками твердого сплава марки ВК-15 с клиновидной (симметричной или асимметричной) рабочей частью.
Для смягчения ударных импульсов, доходящих при небольших глубинах скважины до бурового станка, над пневмоударником устанавливается упругая муфта. Число ударов в минуту от 1000 до 2000. Основная часть энергии сжатого воздуха погружных пневмоударников расходуется на привод ударного механизма. Оставшаяся часть идет на продувку забоя скважины.
При использовании пневмоударников производительность увеличивается в 6—8 раз по сравнению с дробовым бурением и в 2—3 раза по сравнению с алмазным.
В процессе бурения крупные частицы шлама не выносятся на поверхность. Для их улавливания рекомендуется включать в буровой снаряд шламовую трубу.