8. Гидроударное и пневмоударное бурение

В России и за рубежом для бурения скважин различного назначения в поро­дах средней и высокой твердости, а также в многолетнемерзлых россыпях широко используются способы с применением забойных гидроударников и пневмоудар-ников.

В конце 70-х начале 80-х гг. в России эти способы бурения впервые в миро­вой практике стали применяться при механическом колонковом бурении на твер­дые полезные ископаемые с использованием малогабаритных погружных гидроударников.

Эффективность применения этих способов обеспечивается за счет увеличе­ния количества подводимой к забою дополнительной энергии, генерируемой гидро- или пневмоударником в виде ударных импульсов различной силы и частоты. Бурение этими способами осуществляется с применением передвижных буровых установок УКБ и самоходных УРБ, буровых насосов НБ-3, НБ-4. НБ-5, 11ГП и 9ГР и компрессоров ПР-10, специальных твердосплавных (ударно-вращательное) и серийных алмазных и твердосплавных коронок (вращательно-ударное).

8.1. Сущность ударно-вращательного и вращательно-ударного способов бурения гидроударниками

Наибольшее применение в России в разведочном бурении получили гидрав­лические ударные забойные машины – гидроударники. Для привода гидроударника используется энергия потока промывочной жидкости, подаваемой к коронке. При этом кинетическая энергия жидкости преобразуется гидроударником в воз­вратно-поступательное движение поршня-бойка, который наносит удары по нако­вальне, передающей их коронке.

Ударно-вращательный способ бурения гидроударниками (у) - метод разрушения забоя под действием ударных нагрузок, когда происходит скалывание и дробление породы. Образующиеся при этом выступы на забое срезаются корон­кой при ее поворотах между ударами. Способ отличается высокими значениями единичного удара и сочетанием частоты ударов и частоты вращения снаряда, обеспечивающим создание расстояний 5 - 7 мм между насечками от последова­тельных ударов в зависимости от твердости пород. Осевая нагрузка при этом имеет вспомогательное значение и обеспечивает постоянный, плотный контакт инст­румента с забоем. При этом способе преобладает разрушение пород за счет удара (у).

Коэффициент пластичности пород должен быть в пределах. 1 ≤ К_ПЛ < 6.

Вращательно-ударный способ бурения (в) - метод разрушения пород за­боя, главным образом за счет суммарного воздействия статических, постоянно действующих осевой и окружной нагрузок, в результате которых происходит ре­зание, смятие, раздавливание или истирание породы. Кроме того, периодически действующая динамическая нагрузка обеспечивает разупрочнение породы и соз­дание в ней дополнительных, усталостных напряжений. Способ характеризуется высокими осевыми нагрузками и частотами вращения снаряда (близкими к значе­ниям их при вращательном бурении) (в) и невысокой энергией удара.

При этом способе преобладает разрушение за счет воздействия осевой и ок­ружных нагрузок.

Коэффициент пластичности горных пород должен быть в пределах: 1 ≤ К_ПЛ ≤ 2

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 гидроударники заменяют гидроударники Г-7 и Г-9, а также снятые с производства ГВ-5 и ГВ-6.

Практический опыт показал, что применение гидроударников с однослой­ными (в VIII - IX категории) и импрегнированными (в породах X - XII катего­рии) алмазными коронками позволяет повысить механическую скорость бурения до 50-70 % и проходку на коронку до 40 - 50 % по сравнению с обычным вра­щательным алмазным бурением. Кроме того, существенно повышается выход керна и снижается интенсивность искривления скважины.

Состав бурового снаряда при бурении твердосплавными коронками в поро­дах VI - VII категории ударно-вращательным способом (у) таков: твердосплавная коронка, кернорватель, колонковая труба длиной 5 - 8 м, износостойкий переход­ник с колонковой трубы на гидроударник, гидроударник , переходник, колонна бурильных труб муфтово-замкового соединения.

При бурении сильнотрещиноватых пород одинарный колонковый набор за­меняется эжекторным снарядом.

Наилучшие результаты в хрупких породах IX - XII категорий достигают при вращательно-ударном способе (в) алмазными коронками.

Рекомендуемые параметры режимов бурения способом (в) приведены в табл. 30.

Техническая характеристика гидроударников приведена в таблице 31.

Таблица 31

Параметры	Г7	Г9	Г76У	Г76В	Г59У	Г59В
Диаметр, мм: Коронки Корпуса машины	76, 93	59	76	76	59	59
	70	54	70	70	54	54
Очистной агент	Вода	Вода	Вода и глинистый раствор
Расход очистного агента, 10-3 м3/с	1,8-2 (100- 120)	2-2,7 (120-160)	3-3,3 (180- 200)	1,8-2,1 (100-130)	1,8-2,1 (100-130)	0,8-1,5 (50-80)
Перепад давления, МПа	1,5-3	1,5-2	1,2-1,5	1-1,5	1,2-1,5	1-1,5
Энергия единичного удара, Дж	60-70	50-60	60-80	20-25	50-60	10-15
Частота ударов: в 1 мин Гц	1200	1200	1380	1980-2520	1200	1980-2820
	20	20	23	33-42	20	33-47
Категория пород по буримости	VII-X	VII-X	VI-X	IV-XII	VI-X	IV-XII
Тип коронки	ГПИ- 74МВ; КГ-3	ГПИ- 126М ГПИ- 121М КГ-5	КГ-3 КПИ- 74МВ	Серийные Твердо-сплавные или алмазные	КГ-5; ГПИ-121М	Серийные Твердо-сплавные или алмазные
Длина машины, мм	2000	2500	1850	1850	1825	1825
Масса, кг	50	31	39	39	23	23

Примечание. Для Г7 расход очистного агента дан при работе с понизителем расхода.