Лекция 9. Ударный способ бурения

Ударной способ бурения является одним из старых способов бурения, но тем менее он применяется и в настоящее время. Наибольшее распространение он получил при сооружении скважин на воду, поисках и разведке россыпных и редкометальных месторождений, инженерно-геологических изысканиях, в условиях вечной мерзлоты и т.п.

Достоинствами этого способа являются возможность сооружения скважин большого диаметра, прямолинейность скважины, высокое качество получаемой геологической информации при разведке рассыпных не рекомендательных месторождений, возможность получения водопритоков в гидрогеологических скважинах с малым пластовым давлением, когда при других способах, особенно при бурении вращательным способом с промывкой скважины глинистым раствором, вызов водопритока затруднителен, возможность бурения в условиях вечной мерзлоты.

К недостаткам следует отнести очень низкие технико-экономические показатели бурения. Это в основном связано с низкой механической скоростью бурении и, во – вторых, с разделенным операцией по разрушению горных пород на забое и очисткой забоя от продуктов разрушения и их транспортировкой на поверхность. Кроме того, к недостатком следует отнести большую металлоемкость конструкции скважины.

Различают два вида ударного способа бурения: это ударно-штанговое и ударно-канатное. Большее распространение получило ударно-канатное бурение.

Сущность ударно-канатного способа заключается в том, что разрушение горных пород на забое происходит за счет многократного нанесения ударов буровым снарядом. Это достигается следующим образом.

Рис. 14. Схема ударно-канатного способа бурения

При помощи бурового станка (см. рис14), состоящего из основания 6, балансирной рамы 7, мачты 8, инструментального барабана 9, кривошипно-шатунного механизма 12, осуществляется возвратно-поступательное движение каната 5, к которому при помощи канатного замка 4 соединен буровой снаряд. Для очистки забоя скважины от продуктов разрушения применяется желонка 11, которая с помощью отдельного каната соединена с желоночным барабаном 10. Буровой снаряд состоит из долота 1, ударной штанги 2, раздвижной штанги 3 и канатного замка 4. Долото изготавливаются из углеродистой инструментальной стали с последующей термической обработкой. Угол приострения лезвий долот от 70^0 до 130^0 и чем тверже породы, тем больше угол приострения.

Различают следующие виды долот: плоские, двутавровые, округляющие, крестовые и специальные.

Плоские долота предназначены для бурения мягких пород и имеют угол приостранения лезвий .

Двутавровые долота применяется для бурения пластичных пород средней крепости. Лезвие долота по концам имеет выступающие в обе стороны борта, способствующие формированию круглой формы забоя. В основном приобретение цилиндрической формы скважины осуществляется за счет проворота долота чему способствует свивка каната.

Округляющее долото служит для бурения твердых и трещиноватых горных пород. Оно имеет широкие ребра и вогнутое лезвие с углом приострения 110 - 130°.

Крестовое долото используется при бурении тех же пород, что и округляющие. Форма поперечного сечения не позволяет долоту заклиниваться в трещины при бурении.

Длины лезвий долот стандартизованы и равны: 148, 198, 248, 298, 345, 395, 445, 495 и 595 мм. Масса долота зависит от его типа, длины лезвия и изменяется от 42 до 980 кг.

Существуют также долота специального назначения, к которыми относятся пирамидальные и боковые долота. Пирамидальные долота используются для дробления и сдвигания в сторону валунов. Боковое долото имеет корпус, смещенный относительно шейки долота, и лезвие дугообразной формы. Долота боковые и со скошенным лезвием применяют для расширения скважин при одновременном их креплении трубами, а также для ликвидации аварий.

Ударная штанга представляет собой массивный стальной цилиндр, имеющий на нижнем конце внутреннюю конусную резьбу для соединения с долотом, а на верхнем - наружную для соединения с раздвижной штангой или канатным замком. Диаметры ударных штанг 112, 140, 165, 188 и 220 мм. Штанги поставляются длиной 2, 4 и 6 м. Macса их зависит от диаметра и длины и изменяется от 270 до 1120 кг.

Раздвижная штанга (ножницы) представляет собой два вытянутых вдоль оси снаряда замкнутых звена, имеющих возможность перемещаться относительно друг друга. Рабочие раздвижные штанги имеют длину хода 250 мм, аварийные - до 500 мм. Поперечные размеры ножниц 120, 160, 190, 220 и 260 мм, масса их изменяется от 112 до490 кг. Выбивание долота из трещиноватых и вязких пород с помощью ножниц происходит следующим образом. До удара долота о забой канат под действием веса снаряда растягивается. При ударе по забою с троса мгновенно снимается часть растягивающей нагрузки, равной суммарному весу долота, ударной штанги и нижнего звена ножниц. В результате резкого укорочения каната верхнее звено раздвижной штанги с большой силой ударяет по нижнему, облегчая отрыв снаряда при его заклинивании.

Канатный замок служит для соединения каната с буровым снарядом. Наибольшее распространение полагали канатные замки с вращающейся втулкой, в которой закрепляется конец каната. Упруги свойства последнего и наличие втулки обеспечивают периодические повороты снаряда информирование забоя круглой формы. Масса канатных замков составляет от 37,7 до 127 кг.

Желонки предназначены для удаления из скважины разрушен­ной породы. Они используются, также в качестве самостоятельного инструмента для бурения в песках и других рыхлых породах. В этом случае буровой снаряд состоит из желонки, раздвижной штанги и ка­натного замка, иногда добавляется ударная штанга. Корпус желонки выполняется из труб диаметром 114 - 486 мм муфтового соединения, башмак имеет диаметр на 6 — 12 мм больший, чем корпус.

Желонка с плоским клапаном применяется для углуб­ления скважины и ее чистки от шлама Она имеет дужку и башмак.

Желонка с полусферическим клапаном и языком предназначена для проходки скважин в песках, чистки скважин при бурении твердых пород, а также тартания (вычерпывание воды из скважины). Полусферический клапан опирается на башмак, плотно закрывает желонку и лучше забирает шлам.

Для разрыхления песков клапан снабжен языком. Желонка присоединяется к канату с помощью дужки.

Поршневая желонка эффективно применяется при проходке плы­вунов и водоносных песков. Желонка этого типа состоит из трубы с режущим башмаком и манжетой. Внутри трубы раз­мещен поршень с тарельчатым клапаном и штоком, к концу ко­торого прикрепляется канат. При спуске желонки на забой поршень находится в нижнем положении, а при подъеме, перемещаясь вверх, засасывает вследствие возникающего разрежения разжиженный шлам. Для исключения присасывания инструмента к забою в башмаке же­лонки выполнены полукруглые вырезы.

Грейферная желонка, имеющая на башмаке подвижные челюсти, с успехом применяется для бурения скважин в галечниках. При ударе о забой челюсти раскрываются, а при подъеме с помощью тросов они смыкаются, захватывая гальку.

Дата добавления: 2015-07-13