Глава 16. Среднечастотное гидроударное бурение

Ударно-вращательное бурение применяют при глубине скважин не менее 300 м.

Процесс разрушения горной породы осуществляют в основном за счет ударных импульсов. Вращение снаряда необходимо только для срезания неровностей забоя и его выравнивания.

Наиболее высокие технико-экономические показатели ударно-вращательного бурения достигаются при следующих условиях:

- наличии горных пород, способствующих интенсивному искрив­лению скважин, т.к. при ударно-вращательном способе искривление резко снижается;

- наличии перемежаемых по твердости и абразивности горных по­род, т.к. износостойкость коронок выше, чем коронок вращательного бурения;

- наличии в геологическом разрезе горных пород преимуществен­но VI-IX категории;

- использовании в качестве промывочной жидкости воды (увели­чивающей ресурс гидроударников, глубину скважин и механическую скорость бурения) и бесперебойном снабжении ею буровой;

- наличии на глубине крутопадающих рудных тел;

- возможности бурения этим способом больших объемов, оправ­дывающих организацию специальной службы по ремонту, специализа­ции буровиков.

К неблагоприятствующим для применения ударно-вращатель­ного бурения геологическим условиям относят:

- преобладание в геологическом разрезе пород ниже V категории по буримости;

- преобладание в разрезе абразивных пород X категории по бури-мости и выше, т.к. в этом случае коронки быстро изнашиваются при меньшей, чем для коронок вращательного бурения механической скоро­сти бурения;

- необходимость использования глинистого раствора, увеличи­вающего износ гидроударника и снижающего глубину бурения;

- неустойчивость стенок скважины в мощных интервалах интен­сивной трещиноватости из-за динамического характера работы гидро­ударника, вызывающего вывалы кусков породы и прихват снаряда;

- сложность обеспечения буровой промывочной жидкостью;

- малые объемы бурения.

Глубина бурения гидроударника Г-76У с насосами НБ-4 состав­ляет 500 м, с насосом НБ-5 - 1 200 м.

Ударно-вращательное бурение относят к прогрессивным спосо­бам с высокой механической скоростью бурения. Механическая ско­рость бурения составляет от 5,1 м для пород VI категории по буримости до 2 м при бурении пород X категории по буримости. Проходка за рейс по этим породам колеблется, соответственно, от 5,5 до 2,5 м.

Для эффективного ударно-вращательного бурения необходимо при одинаковой стоимости 1 м скважины иметь превышение скорости ударно-вращательного бурения относительно вращательного алмазного при глубинах скважин 300, 500, 700 и 1 000 м, соответственно, на 80, 37, 26 и 15%.

16.1. Буровой снаряд

Буровой снаряд для ударно-вращательного бурения пред­ставлен бурильной колонной, гидроударником и забойным снарядом.

Бурильная колонна

При ударно-вращательном способе так же, как и при вра-щательно-ударном способе, применяют бурильную колонну типа СБТМ-50(54) и СБТМ-42. Для предупреждения вибраций и искривления скважин в бурильную колонну рекомендуется включать утяжеленные бурильные трубы, а в сложных геологических условиях переходники-центраторы (СНГ) или стабилизаторы.

Гидроударник

Для ударно-вращательного бурения применяют гидроудар­ники Г-7, Г-9, Г-76, Г-59. Первые два (Г-7 и Г-9) с 1981 г. сняты с произ­водства. Гидроударники Г-76 и Г-59 настраивают на ударный режим Г-76У иГ-59У.

Гидроударник Г-76У (в ударном режиме) имеет следующие тех­нические характеристики:

Диаметр корпуса 70 мм

Масса 39 кг

Длина 1 845 мм

Промывочная жидкость Вода

Расход промывочной жидкости 180-200 л/мин

Энергия удара 60-80 Дж

Частота ударов 20-25 Гц

Перепад давления-в гидроударнике 1,2-1,5 МПа

Забойный снаряд

Для ударно-вращательного твердосплавного бурения за­бойный снаряд так же, как и для вращательного бурения, имеет четыре компоновки: одинарный колонковый снаряд с прямой циркуляцией промывочной жидкости - ОК-80М-76; то же с обратной циркуляцией промывочной жидкости - ОК 81; двойной колонковый снаряд - OK 70M; снаряд бескернового бурения - СББ.

Одинарный колонковый снаряд с прямой циркуляци­ей промывочной жидкости ОК-80М-76 (рис. 12.1, а) предназначен для бурения монолитных и слаботрещиноватых, трудноистираемых и неклинящихся пород и состоит из следующих элементов: износостойко­го переходника-центратора с наплавкой релита 1; толстостенной колонковой трубы 2 уменьшенного диаметра 85 (74); 70 (58); 54 (44) мм (для увеличения затрубного зазора) с наплавкой релита; подкоронника 3 (для центрирования, снижения износа и деформации снаряда); кернорвателя типа КЦ-3 (КЦ-59-1, КЦ-76-5, КЦ-76МВ); коронки 4.

Рис. 16.1. Забойные снаряды: а - ОК-80М-76; б - ОК 81; е- ловушка Л-76

При бурении плотных и хрупких пород при наличии тяжелого шлама используют шламовые трубы.

Для бурения гидроударниками в ударном режиме применяют специальные коронки, армированные мощными резцами марки Г5501, Г5502,Г5701,Г5702.

Выпускают коронки следующих типов (табл. 16.1):

- для гидроударников Г-7, Г-76 - КГЗ-76-4, ГПИ67М, ГПИ74МВ, ГПИ74МВС;

- для гидроударников Г-9 и Г-59 - ГПИ126М, ГПИ126МС, ГПИ121М.

Таблица 16.1

Горные породы		Коронки
Категории	Трещиноватость, абразивность	Марка	Диаметр-, мм	Марка резца	Количество резцов, шт.
V-VI	-	ГПИ 67М	76	Г55О1 Г5502	6
VII-X	-	ГПИ 74МВ		Г5702	4
	Монолитная	КГЗ-74-4		Г5902
		ГПИ 126М	59	Г5701
VIII-X	Трещиноватая, абразивная	ГПИ 121М		Г5701	6
VII-X		ГПИ 101	76	Г57ОЗ	4

Одинарный колонковый снаряд с обратной циркуля­цией промывочной жидкости ОК 81 (рис. 16.1, б, табл. 16.2) приме­няют для бурения трещиноватых и разрушенных пород. Более широкое распространение эжекторных снарядов при ударно-вращательном буре­нии объясняется возможностью получения более качественного керна (значительно большей длины) при отсутствии подклинок керна в ко­лонковой трубе в процессе бурения (10 м и более в отличие от враща­тельного бурения). Снаряд состоит из двух переходников 5 и 8, связан­ных патрубком. В верхнем переходнике закрепляют сопло 6 в нижнем - диффузор 7.

Таблица 16.2

Показатель	ОК81
Диаметр, мм	70	54
Длина, мм	550	452
Количество эжектируемой жидкости, л/мин при расходе, л/мин: 200 150 100	100 70 50	80 80 60
Ресурс, ч	100	80
Масса, кг	12	4,3

В комплект технических средств гидроударника Г 76У входит и ловушка (рис. 16.2, в) для ловли осколков резцов. Она состоит из корпуса 9 резулировочных шайб 10 и долота 11.

Двойной колонковый снаряд ударно-вращательного буре­ния применяют при бурении трещиноватых пород с полным поглоще­нием промывочной жидкости, когда скважина интенсивно зашламовы-вается и использование эжекторного снаряда невозможно.

При ударно-вращательном бурении применяют один тип ДКС – OK 70M. Это ДКС с вращающейся внутренней трубой и обратной циркуляцией промывочной жидкости OK 70M имеет следующие техни­ческие характеристики: диаметр корпуса - 73 мм; диаметр керноприем-ной трубы - 60 мм; длину - 4,5 м; массу - 60 кг.

Буровой снаряд бескернового бурения применяют с целью повышения производительности бурения в хорошо изученных разрезах. Он состоит из следующих элементов: бурильной колонны СБТН, УБТ, направляющей толстостенной трубы с переходником и долотом.

Наиболее широкое распространение получили долота ГПИ 148М иГПИ 149М(табл. 16.3).

Таблица 16.3

Горные породы		Коронки
Катего­рии	Трещи-нова-тость, абразив-ность	Марка	Диаметр, мм	Резцы
				Марка	Размер, мм	Угол заточки, град	Перед НИИ угол, град	Количе­ство, шт
V-VIII	—	ГПИ 149М	59,76	П56	20x10x19	75	15	4
				П49	14x10x19			2
VII-VIII с про­слоями IX-X	Трещи­новатая, переме­жаю­щая	ГПИ 148М	76	Г1105	40x75x10	ПО	55	2
				Г5703	14x11x18

Отражатели. Понизитель расхода

В компоновку бурового снаряда для ударно-вращательного бурения с гидроударником Г-76У для бурения горных пород VI1-XI ка­тегории входят отражатель гидроударных волн ПО-76 (рис. 16.2) и понизитель расхода промывочной жидкости (рис. 16.3). Наружный диаметр отражателя ПО-76 составляет 75,5 мм, диаметр волновода - 23 мм, дли­на - 19 м, масса - 240 кг.

Рис. 16.2. Отражатель гидроударных волн

Рис. 16.3. Понизитель расхода промывочной жидкости

Отражатель (рис.16.2) состоит из верхнего переходника 1 с выходным 2 и боковым 3 отверстиями, внутренней трубы 4, резонатора 5, корпуса б, отражательной полости 7, тупика 8 и нижнего переходника 9.

Волна повышенного давления, образованная в результате пере­крытия поршня клапаном, распространяется по резонатору и отражается до отверстий 2 и 3, где часть отраженной волны направляется через от­верстие 2 в рабочую камеру гидроударника, а часть через отверстия 3 доходит до тупика 8, от которого она также отражается, и амплитуда давления удваивается. Отраженная синфазно от. тупика волна давления приходит в рабочую камеру гидроударника в период разгона поршнябойка. Рабочее давление и давление отраженной волны складываются, а амплитуда давления увеличивается.

Понизитель расхода (рис. 16.3) обеспечивает сохранение энергии удара при снижении расхода жидкости. Он состоит из корпуса 1 с кана­лами 2 и 3, клапана 4 с пружиной 5 и седла 7 с каналом дросселирова­ния 8. Корпус понизителя соединяют с помощью резьбы с корпусом клапана гидроударника 6.

Во время рабочего хода при перекрытии поршня клапаном в ре­зультате высокого давления клапан открывает проходной канал седла и промывочная жидкость свободно проходит в рабочую камеру. Во время обратного хода поршня клапан перекрывает проходной канал и жид­кость может проходить только через узкий дросселирующий канал.