Вращательно- ударное бурение.

Что касается технологии вращательно-ударного бурения, то, как следует из термина, основное разрушение породы происходит за счет вращательного движения резцов, а ударные импульсы лишь помогают. Следовательно, параметры режима бурения (осевая нагрузка и частота вращения), в этом случае, теже, что и при вращательном алмазном бурении. Расход очистного агента, а для алмазного бурения это эмульсионные или полимерные жидкости, зависит от характеристики гидроударной машины. Для гидроударников диаметром бурения 76 и 59 мм. оптимальный расход жидкости составляет 80 – 50 л/мин., что для алмазного бурения при таких диаметрах многовато. Для подачи нужного расхода жидкости на забой (40 – 20 л/мин. соответственно), либо под гидроударником устанавливают делитель потока, обеспечивающий подачу на забой нужного количества промывки, либо осуществляют регулировку гидроударника, позволяющую получить достаточные параметры работы гидроударника (энергию и частоту ударов) при расходах жидкости 40 – 20 л/мин.

Второй случай, где эффективно применение вращательно-ударного бурения, это бурение алмазное или твердосплавное в трещиноватых или перемежающихся породах. В таких условиях образующийся столбик породы – керн раскалывается по трещинам или по границам слоев, и отдельные куски керна сдвигаются и заклиниваются внутри колонковой трубы, мелкие осколки породы могут заклиниваться внутри короночного кольца, это явление называется» самозаклинивание керна. К сожалению, оно встречается довольно часто при бурении в скальных трещиноватых породах как средней твердости (при твердосплавном бурении), так и в самых твердых (при алмазном бурении). При самозаклинивании керна резко снижается скорость бурения, проходка за рейс и происходит частичное, а то и полное разрушение керна, т.е. происходит потеря и производительности и качества бурения.

Бороться с самозаклиниванием трудно и одним из наиболее эффективных приемов является применение высокочастотных гидроударников, то есть вращательно-ударного бурения. Упорядоченные осевые ударные импульсы (осевая вибрация) значительно снижают трение кусочков керна о стенки колонковой трубы и коронки «растрясают» их и тем самым уменьшают возможность самозаклинивания керна, что приводит к повышению производительности и качества бурения.

№4) Ударно-вращательное бурение пневмоударниками.

При ударно-вращателном бурении гидроударниками в обычных условиях мы получаем незначительный прирост скорости бурения, часто не окупающий дополнительных затрат, связанных с использованием гидроударника и специальных коронок. Лишь при бурении строго прямолинейных вертикальных скважин и прослоек очень твердых пород в скважинах большого диаметра применение ударно-вращательного бурения гидроударниками рационально.

Другое дело при бурении с продувкой. Энергия потока воздуха, используемого в качестве очистного агента, может эффективно использоваться для создания мощных ударных импульсов в пневмоударных механизмах – пневмоударниках (их устройство и принцип работы также рассматривается в практикуме по бурению на ТПИ). Практически во всех случаях бурения с продувкой целесообразно и выгодно применять ударно-вращательное бурение пневмоударниками. В слабых и средних породах применение пневмоударного бурения позволяет увеличить скорость бурения в 2 – 3 раза. В крепких породах до Х – ХI категорий, где при продувке не применимо алмазное бурение, применение пневмоударников позволяет использовать коронки с твердосплавными резцами.

Параметры режима бурения пневмоударниками осевая нагрузка и частота вращения те же, что и при ударно-вращательном бурении гидроударниками. Применяемые в геологоразведочном бурении пневмоударники среднечастотные с частотой ударов i =15 – 30 c^-1 и с мощной энергией удара E = 100 – 300 Дж. Такая энергия получается благодаря высокой скорости потока воздух при расходе воздуха Q = 6 - 12 м³ в мин. Для эффективной работы пневмоударника необходим компрессор, развивающий давление P = 0,6 – 2,0 МПа. Причем чем выше давление и расход воздуха и, в частности, перепад давления на самом пневмоударнике, тем эффективнее работа пневмоударника и тем больше возможности его использования по глубине скважины. К сожалению, при использовании наиболее распространенных передвижных компрессорных станций с давлением до 0,8 – 1,0 МПа. пневмоударное бурение возможно лишь до глубины 300 – 400 м.

Достоинства и недостатки пневмоударного бурения примерно те же, что и ударно-вращательного бурения гидроударниками – отличие в том, что пневмоударники имея более мощный удар, позволяют повысить скорость бурения в 2 – 3 раза, а гидроударники лишь до 1,5 раза.

Вывод:

Особенности колонкового вращательного бурения с использования ударных импульсов.

1. Применяется два варианта бурения и применением ударных импульсов: Ударно-вращательное, когда разрушение породы происходит за счет ударов, а вращение играет вспомогательную роль. В этом случае энергия удара составляет от 50 – 70 до 300 Дж., частота ударов от 900 до 1500 в мин. (15 – 25 с^-1). И вращательно-ударное, когда разрушение породы осуществляется за счет вращательного движения коронки, а ударные импульсы играют вспомогательную роль, значительно уменьшая трение резцов о породу или кусков керна о колонковую трубу. В этом варианте энергия ударов составляет 10 -15 Дж., частота ударов 40 – 60 с^-1. Вращательно-ударное бурение осуществляется только гидроударниками.

2. Ударно вращательное бурение гидроударниками осуществляется коронками с крупными твердосплавными резцами, при необходимости бурения вертикальных прямолинейных (отвесных) скважин и при бурении пропластков крепких пород IХ – ХII категорий по буримости в скважинах большого диаметра, алмазных коронок для которых не имеется.

3. Особенности технологии ударно-вращательного бурения в том, что осевая нагрузка значительно меньше, чем при вращательном бурении и тем меньше чем тверже порода. То же относится и к частоте вращения (для более твердых пород Сос. = 2-3 кН, n = 10 – 30 об/мин., для средних пород Сос. = 6 = 8 кН, n = 70 – 120 об./мин.) Для эффективной работы ударных машин требуется повышенный расход жидкости или воздуха (100 – 600 л/мин для гидроударника и 6 – 12 м³ для пневмоударника).

4. Ударно-вращательное бурение пневмоударниками с энергией удара до 300 Дж. в породах от VII до ХI позволяет увеличить скорость бурения в 2 – 3 раза и заменить алмазное бурение в этих породах.

5. Вращательно-ударное бурение, при котором разрушение породы осуществляется за счет вращательного движения коронки, а ударные импульсы выполняют вспомогательную роль, эффективно применять для бурения с алмазными коронками в породах, где происходит заполирование алмазов.

Второй случай эффективного применения вращательно-ударного бурения – твердосплавное и алмазное бурение в породах, где происходит самозаклинивание керна.

В остальных случаях применение вращательно-ударного бурения мало эффективно и не оправдывает дополнительных трудностей, связанных с применением гидроударников. При использовании пневмоударниками вращательно-ударный вариант бурения не применяется.