4.2. Транспортирование разрушенной породы по принципу шнекового транспортера

Транспортирование разрушенной породы осуществляется по принципу шнекового транспортера. Такие транспортеры для перемещения сыпучих материалов известны давно и широко применяются в различных областях техники: в цементной промышленности, на зерновых элеваторах, в сельхозмашинах и в обычной бытовой мясорубке.

Как работает шнековой транспортер при бурении скважины? Шнек состоит из центрального трубчатого стержня, к которому приварена спиральная реборда, представляющая собой винтовую поверхность. При бурении вертикальных скважин элементарный участок винтовой поверхности может быть представлен как наклонная плоскость с углом наклона а, в плане представляющая собой диск.

4.3. Технические средства для шнекового бурения

В шнековом бурении определяющую роль играет буровой инструмент, от которого и произошло название вида бурения. В практике шнекового бурения выделено три разновидности и соответственно три компоновки бурового технологического инструмента:

1. бескерновое шнековое бурение осуществляют долотом и колонной обычных шнеков;

2. шнеко-колонковое бурение ведут с использованием магазинного шнека с коронкой и колонны обычных шнеков;

3. бурение колонной полых шнеков с использованием съемного керноприемника или съемного долота.

При бурении в мягких и рыхлых породах применяют двух- и трехлопастные долота режущего типа со спиральными или плоскими лезвиями, армированными твердым сплавом. Для пород средней твердости, где нужна более высокая износостойкость, применяют долота округленного профиля со значительно большей насыщенностью твердым сплавом.

Основные виды шнековых долот приведены на рис. 4.2.

При шнеко-колонковом бурении и бурении полыми шнеками породоразрушающий инструмент представлен специальными шнековыми коронками, разрушающими породу по кольцевому забою режущими лопастями. Обычно коронки имеют от 3 до 6 лопастей, армированных твердым сплавом, с гладкой или ступенчатой режущей поверхностью (рис. 4.2, г).

Рис. 4.3. Породоразрушающий инструмент для шнекового бурения [2]:

а – спиральное долото для рыхлых пород; б – долото для плотных пород 1 ДРШ-М; в – долото для слабых скальных пород (угля); г – коронка для магазинного шнека

Основой бурового инструмента для шнекового бурения служат буровые шнеки составляющие колонну с непрерывной спиральной ребордой от долота или коронки на забое до поверхности. В зависимости от разновидности бурения применяют три основных вида шнеков: обычные, в том числе и утяжеленные, магазинные и полые. Наиболее часто применяют обычные буровые шнеки.

Шнек – это труба с навитой на ней спиральной ребордой. Спираль получают путем навивки стальной ленты на специальную винтовую оправку, затем ее надевают на трубу шнека, растягивают вдоль трубы до получения нужного шага и приваривают. К концам трубы шнека приваривают соединительные элементы.

Как видно из табл. 4.1, наружный диаметр шнека составляет 0,88 – 0,95 от диаметра долота, что обеспечивает свободное вращение шнековой колонны и способствует закреплению стенок скважины.

Обычные шнеки различаются размерами по наружному диаметру спиральной реборды диаметром трубы шнека, шагом спиральной реборды, общей длиной и устройством соединительных элементов. Для разных буровых установок применяют разнообразные шнеки, отличающиеся размерами и устройством соединений, что часто исключает их взаимозаменяемость.

А Б

Рис. 4.4. Буровой (А) и полый (Б) шнеки [13]

Кроме обычных шнеков, применяют утяжеленные буровые шнеки, отличающиеся от обычных увеличенной толщиной до 10 –16 мм реборды, приваренной к трубе двумя швами (сверху и снизу). Как правило, в колонну при встрече валунно-галечных отложений вставляют 2–3 утяжеленных шнека. Утяжеленные шнеки, кроме повышенной прочности, обеспечивают также плавность вращения шнековой колонны.

Соединения обычных буровых шнеков могут быть двух типов – шестигранные замки и резьбовые соединения. Наиболее распространены и имеют наибольшие достоинства шестигранные соединения. При таком типе соединений на одном конце шнека имеется наружный шестигранник с поперечным отверстием, а на другом – внутренний шестигранник с таким же отверстием. При соединении шнеков в колонну наружный шестигранник входит во внутренний другого шнека, поперечные отверстия совпадают и в них забивают запорный палец.

Таблица 4.1.

Размеры шнеков для установок шнекового бурения

Установка	Диаметр долота мм	Диаметр шнека мм	Диаметр трубы мм	Размер реборды мм	Шаг мм	Длина шнека мм	Тип соединений
КМ-10	64-70	362	25	20х2	50	1240	Резьбовое
УК Б 12/25	76	70	25	23,5х3	55	1000	>>
УПБ-100	105-112	100	42	25х3	60	1000 1500	Шестигранное
УГБ-50М	151	135	73	30х5	100	1500	То же
УГБ-1ВС	198 250	180 230	73 89	53,5х5 70,5х5	125 167	1500 1500

Шестигранное соединение в отличие от резьбового обеспечивает точное совпадение спирали реборды одного шнека со спиралью следующего и получение непрерывной спирали по всей колонне шнеков. Не менее важно то, что при таком соединении шнековую колонну можно вращать как вправо, так и налево. Это позволяет легко извлекать шнеки в случае их прихвата породой, а также осуществлять тампонирование скважины, транспортируя при левом вращении породу к забою скважины.

Для бурения с отбором ненарушенных образцов породы из отдельных интервалов скважины на нижнем конце шнековой колонны устанавливают магазинный (колонковый) шнек. Магазинный шнек состоит из трубы , диаметр которой несколько больше, чем у трубы обычного шнека. На наружной поверхности трусы приваривают спиральную реборду с шагом и наружным диаметром, равными обычным шнекам. На нижнем конце магазинного шнека на резьбе навинчена коронка, а внутри размещена разъемная гильза.

Рис. 4.5. Инструмент для шнеко-колонкового бурения [1]:

а) пусковая колонна со съемнымкерноприемником; б) соединения полых шнеков

Для бурения с непрерывным отбором ненарушенных образцов съемным грунтоносом или для доставки на забой заряда ВВ без подъёма шнеков в скважинах с неустойчивыми стенками при сейсморазведке применяют колонну полых шнеков, у которых за счет увеличения диаметра трубы несколько уменьшена ширина реборды и применены соединение, оставляющие открытым центральное отверстие трубы. Кроме указанных задач, полые шнеки можно использовать для бурения и оборудования с послойным опробованием водоносных горизонтов гидрогеологических скважин, при бурении комбинированных скважин для проходки и закрепления интервалов неустойчивых под с оставлением полой колонны шнеков в качестве обсадной, особенности конструкции полых шнеков сводятся к устройству их соединений. Для полых шнеков обычно используют фиксированные соединения (шлицевые, кулачковые, восьмигранные и др.), позволяющие получить совпадение спирали и осуществить левое вращение. Наиболее характерные соединения полых шнеков приведены на рис. 4.4,б.