Лекция 11. Пневмоударное бурение

Другая разновидность ударно-вращательного способа бурения это пневмоударное бурение. Пневмоударное бурение применяется в твердых и крепких породах с V по XI категорий буримости. Глубина бурения зависит от рабочего давления применяемого компрессора и наличия водопритовков в скважину. Данным способом можно бурить скважины как колонковым способом, как и сплошным забоем.

Достоинствами этого способа бурения являются:

- высокая механическая скорость бурения. Механическая скорость бурения в некоторых случаях в 8-9 раз выше по сравнению с роторным и в 2-3 раза выше по сравнению с алмазным;

- возможность бурения в зонах с поглощениями промывочной жидкости;

- улучшение условий вскрытия и опробования водоносных горизонтов;

- уменьшение загрязнения водоносного коллектора;

- устранение расходов на транспортировку воды, глины для приготовления глинистого раствора;

- устранение необходимости сооружения зумпфа и циркуляционной системы;

- улучшение санитарно-гигиенических условий работы буровой бригады, особенно в зимний период.

Все применяемые гидроударники являются погружными и по назначению они подразделяются на горные и разведочные. Горные пневмоударники в основным применяются для бурения скважин на воду, взрывных и т.п. скважин, а разведочные пневмоударники для бурения скважин колонковым способом.

Технические характеристики наиболее широкоприменяемых пневмудуарников приведены в таблице 13.

Таблица 13 – Техническая характеристика пневмоударников

Показатель	Марка пневмоударника
М32К	МП-3	П-125	РП-130	РП-111	РП-94
1. Диаметр пневмоударника, мм
2. Длина пневмоударника, мм
3. Диаметр бурения, мм				132, 152

Продолжение таблицы 13

4. Число ударов в минуту				900-1100	1650-2000	1500-1800
5. Энергия единичного удара, кгм	14,0	8,5	15,0	25-30	14-16	9-10
6. Расход сжатого воздуха, м^3/мин	9,7	4,2	7,0	10-12	7,0	5,0
7. Номинальное давление сжатого воздуха, кгс/см^2	5-6	5-6	5-6	6-7	6-7	6-7

Рассмотрим конструкцию и принцип действия горного и разведочного пневмоударников.

Пневмоударники М32К и МП-3 разработаны в Институте горного дела Сибирского отделения АН СССР. Предназначены для бурения сплошным забоем. Оба пневмоударники имеют одинаковую схему конструкции и принцип работы.

Конструкция. Корпус пневмоударника 8 (рис.16) представляет собой толстостенный цилиндр, в стенках которого выфрезерованы каналы для подачи воздуха в рабочие камеры и для очистки забоя скважины. Снаружи каналы прикрыты стальным цилиндром 6, Внутри корпуса находятся боек 7 и клапанная коробка 3 с крышкой 5. Между этими деталями расположен клапан 4, который, поднимаясь или опускаясь, перекрывает центральные отверстия или вклапанной коробке, или вкрышке клапанной коробки. Клапанная коробка с крышкой сверху поджимается переходником I с уплотнением 2. Переходник имеет конусную резьбу под бурильную трубу. В нижней части пневмоударника находится долото 10, которое крепится в корпусе с помощью шпонки 9. Шпонка в свою очередь, удерживается от выпадения стопором (шплинтом).

Принцип действия. Пневмоударник работает следующим образом. Сжатый воздух по бурильным трубам поступает в переходник 1 и проходит к клапанной коробке 3.

Рис.16. Пневмоударник М32К (МП-3): 1-переходник; 2-уплотнению; 3- клапанная коробка; 4-клапан; 5-крышка клапанной коробки; 6-цилиндр; 7-боек; 8- корпус; 9- шпонка; 10- долота.

По каналам «а» он попадает в кольцевую клапанную камеру "б". Далее воздух, над клапаном про­ходит в центральное отверстие клапанной коробки 3 и из него - в кольцевую камеру "в", которая соединена с каналом «г». По этому каналу и отверстию "и" воздух проходит в нижнюю камеру пневмоударника - под боек. Накапливаясь здесь, он создает подъемную силу, которая начинает перемещать боек вверх. В это время из верхней камеры пневмоударника «д» воздух выходит на забой через отверстия «е», канал «ж» и отверстия «л». Боек, поднимаясь перекрывает своей боковой поверхностью отверстия «е» и открывает отверстия «з». Воздух, находящийся в верхней камере при дальнейшем подъеме бойка сжимается и его давление будет передаваться через центральное отверстие крышки клапанной коробки 5 на клапан 4. Нижняя камера в это время через открывшиеся отверстия «з» сообщается с затрудным пространством (зоной низкого давления) и давление в ней падает. Также падает давление и в полостях, связанных с этой камерой, в каналах «и», «г», «в», и в центральном отверстии клапанной коробки 3, т.е. в зоне над клапаном.

Таким образом, в этот момент под клапаном создается давление, превышающее давление над ним и клапан перебрасывается в верхнее положение закрывая центральное отверстие в клапанной коробке и открывая отверстие в крышке коробки, и в верхнюю камеру «д». Под действием этого давления боек движется вниз. По мере увеличения скорости бойка давление в верхней камере будет уменьшаться за счет отставания процесса заполнения камеры. Пройдя нижней кромкой отверстия «з», боек начнет сжимать воздух, находящийся в нижней камере; давление будет передаваться по каналам «и», «г», «в» на клапан. После того, как откроются выхлопные отверстия «е» клапан перекинется в нижнее положение, а ударник нанесет удар по хвостовику долота 10. Далее цикл повторяется.

Пневмоударник П-125 создан институтом Нипигормаш совместно с ИГД СО АН СССР. Предназначен для бурения сплошным забоем.

Конструкция. Конструктивная схема пневмоударника П-125 приведена на рис. 17. Корпус пневмоударника 4 соединяется резьбой в нижнем переходником 6 и ниппелем 2. Между ниппелем и переходником 1 крепится верхняя часть трубчатого золотника 3. Своей нижней частью золотник входит в центральное отверстие бойка 5. Ударный наконечник бойка входит в центральное отверстие нижнего переходника 6 и наносит удары по хвостовику долота 8. Вокруг центрального отверстия переходника просверлены тупиковые отверстия, соединяющиеся кольцевыми проточками. Долото 8 имеет сквозное центральное отверстие и крепится в пневмоударнике с помощью шариков. Такое соединение более практично, чем шпоночное.

Принцип действия. Пневмоударник работает следующим образом.

Сжатый воздух поступает в переходник 1 и в центральный канал трубчатого золотника 3. Оттуда через отверстие в стенке он проходит в кольцевую канавку бойка «б» и далее – по отверстию «в» и каналу «г» в нижнюю камеру пневмоударника «з». В то время, как воздух, накапливаясь в нижней камере, создает подъемную силу, действующую на боек, из верхней камеры «а» воздух выходит по каналу «д» и отверстиям «е», «и» - в затрубное пространство.

Перемещаясь вверх, боек занимает такое положение, когда поршень, выполненный на конце трубчатого золотника3, войдет в осевой канал «и» наконечника бойка и перекроет его, а боковые отверстия в золотнике будут размещаться в центральной камере «ж» бойка. Воздух, поступая в эту камеру, будет проходить отсюда в верхнюю камеру «а» пневмоударника. Нижняя камера «з» в это время соединяется с затрубным пространством, т.к. наконечник бойка, поднявшись, откроет выход из камеры «з» через тупиковые отверстия «к» и проточку «л», соединяющую эти отверстия, в осевой канал хвостовика долота 8.

Под действием воздуха, поступающего в верхнюю камеру «а» боек совершает рабочий ход, наносит удар по хвостовику коронки, а затем цикл движения бойка повторяется.

Пневмоударник РП-130.

Разведочный пневмоударник РП-130 разработан в центральном научно-исследовательском горно-разведочном институте (ЦНИГРИ). Предназначен для бурения кольцевыми коронками и долотами сплошного забоя. Пневмоударник (рис.18) имеет клапанную схему распределения воздуха. Он состоит из воздухораспределительного устройства, включающего перекидной клапан 6, корпус клапанной коробки 7, крышку клапана 4 со стержнем 3, трубку 9, и ударного узла, состоящего из бойка 12, цилиндра 11 с вкладышем 8, нижнего стакана 13, в который входит наковальня 14, и шлицевой втулки 16.

Боек 12 разделяет полость цилиндра 11 на верхнюю и нижнюю камеры. В объем нижней камеры входят также внутренние полости воздухоподводящей трубки 9, крышки клапана 4, корпуса клапана 7 и бойка 12.

Все детали воздухораспределительного и ударного устройства объединены корпусом 10, с одной стороны которого ввинчена муфта 15, а с другой – верхней переходник 2. Между верхним переходником и крышкой клапана 4 установлены резиновые амортизаторы 5.

Для перекрытия доступа воды и шлама в полость пневмоударника предусмотрен обратный клапан, состоящий из корпуса 19 и плавающего стакана 18.

Для предохранения резьб при транспортировке пневмоударников и для удобства обращения с ними на верхней и нижний переходники навинчены предохранительная пробка 1 и предохранительная крышка 20.

Колонковая труба или долото навинчиваются на нижней переходник 17.

Принцип действия.

Пневмоударник работает следующим образом.

На рис. 18 детали пневмоударника расположены в исходном положении – перед запуском его в работу. Боек находится в нижнем положении и смывается с наковальней 14.

Рис.17 Пневмоударник П-125. 1-переходник, 2-ниппель, 3-трубчатый золотник, 4-корпус, 5-боек, 6-нижний переходник, 7-цилиндр, 8-долото.

Рис. 18. Пневмоударник РП-130: 1-предохранительная пробка, 2-переходник, 3-стержень, 4-крышка клапана, 5-уплотнения, 6-клапан, 7-корпус клапанной коробки, 8-вкладыш, 9-трубка, 10-корпус пневмоударника, 11- цилиндр, 12-боек, 13-нижний стакан, 14-наковальня, 15-шлицевая муфта, 16-шлицевая втулка, 17-переходник, 18-стакан обратного клапана, 19-корпус обратного клапана, 20-предохранительная крышка.

Верхняя камера «в» пневмоударника сообщается с затрубным пространством (зоной низкого давления) через выхлопные окна «г», кольцевой зазор между цилиндром и корпусом, а также через отверстия «ж» во втулке и нижнем переходнике.

Сжатый воздух, поступая в пневмоударник, проходит в зону низкого давления, т.е. в верхнюю камеру и перекидывает правое крыло клапана вниз, закрывая канал «б» и открывая канал «а». Через открывшийся канал воздух проходит в осевое отверстие трубки 9 и бойка 12, а оттуда по наклонным отверстиям – в нижнюю камеру «е» пневмоударника. По мере наполнения нижней камеры давление на поршень – боек 12 повышается и он начинает двигаться вверх, перекрывая своей боковой поверхностью выхлопные окна «г». Подъем бойка под действием воздуха, поступающего в нижнюю камеру, происходит до тех пор, пока не откроются выхлопные окна «д». Давление в нижней камере «е» резко падает, но поршень продолжает движение по инерции, сжимая воздух в верхней камере. В результате чего давление в верхней камере повышается и в определенный период превышает давление потока воздуха прокачиваемого через пневмоударник, благодаря чему клапан 6 перекидывается, открывая канал «б» и закрывая канал «а». Воздух теперь начинает поступать в верхнюю камеру «в». Под его давлением боек, закончив обратный ход, начинает свой рабочий ход. В конце движения поршня вниз закрываются выхлопные окна «д» и открываются окна «г». Давление в верхней камере падает, а в нижней повышается, действуя снизу вверх на левое крыле перекидного клапан. Клапан перекидывается в свое первоначальное положение, закрывает канал «б» в верхнюю камеру «в» и открывает канал «а» в нижнюю камеру «е». Затем после удара по наковальне 14 начинается повторение цикла «холостой ход – рабочий ход».

Осевые вибрации, возникающие при перемещении бойка, гасятся амортизаторами 5.

Наличие стержня 3 и вкладыша 8 позволяет изменять объем верхней и нижней камеры пневмоударника в зависимости от глубины скважины.

Конструкция пневмоударника позволяет осуществлять подачу воздуха на забой для продувки при неработающей машине. Выключение пневмоударника осуществляется в этом случае следующем образом. Колонну бурильных труб поднимают. Шлицевой разъем пневмоударника размыкается – шлицевая втулка 16 опускается в шлицевой муфте 15 на 20-25 мм. Вместе со втулкой опускается наковальня 14, открывая отверстия в неподвижном нижнем стакане 13. Эти отверстия соединяют нижнюю камеру с кольцевым зазором, отводящим выхлопной воздух. В результате обе камеры оказываются открытыми и работа пневмоударника прекращается.

Дата добавления: 2015-07-13