Технология гидроударного бурения.

При бурении с промывкой для получения ударных импульсов применяются забойные гидравлические механизмы (машины) – гидроударники, использующие для получения ударного импульса энергию потока жидкости в виде энергии гидравлического удара. Подробно устройство и принцип действия гидроударников изложены в практикуме по геологоразведочному бурению на ТПИ.

Как уже указывалось, в геологоразведочном бурении применяются среднечастотные гидроударники с энергией удара – 50 – 70 (до 150) Дж и с частотой 15 – 25 с^-1 и высокочастотные гидроударники с энергией удара 10 – 15 Дж и частотой 40 – 50 с^-1. Первые – это ударно-вращательное бурение,вторые– вращательно- ударное бурение.

Ударно-вращательнный вариант гидроударного бурения.

При этой разновидности бурения основное разрушение породы на забое происходит за счет воздействия ударного импульса. В наиболее твердых и хрупких породах разрушение породы на забое происходит практически только за счет удара, - осевая нагрузка на коронку в этом случае только обеспечивает контакт резцов с поверхностью забоя и в разрушении породы не участвует. Для выполнения этой задачи достаточно поддерживать величину Сос = 1 – 3 кН. (При вращательном бурении– 10 -:- 20кН).

Не участвует напрямую в разрушении породы и вращение коронки. Вращение, как и осевая нагрузка, играет вторичную роль, обеспечивая перемещение резцов вдоль забоя после каждого удара. Для бурения в таких породах применяют специальные коронки гидроударного бурения с крупными твердосплавными резцами пикообразной формы. После передачи удара таким резцом под ним образуется «лунка выкола», размеры которой по глубине и ширине зависят от твердости породы и энергии удара. Чтобы разрушение породы на поверхности забоя проходило равномерно, вращательное перемещение резца должно обеспечивать смещение резца по ходу вращения на величины ширины лунки выкола за время между очередными ударами (рис. 45а). Если известна ширина лунки выкола и частота ударов гидроударника, то рациональную частоту вращения, обеспечивающую равномерное разрушение породы, можно определить по выражению:

Nрац. = об/мин

Где: i –частота ударов гидроударника, мин^-1, δ – ширина лунки выкола, мм, Dср – средний диаметр коронки, мм. В твердых породах ширина лунки выкола составляет от 1 до 5 мм. При этом рациональная частота вращения получается для коронок D=76 мм и при частоте ударов 1000 – 1500 мин^-1 от 10 до 30 об/мин. Поскольку в станках с коробкой передач такие малые обороты не предусмотрены, специально для ударно - вращательного бурения в твердых породах, в станке устанавливают понижающий редуктор.

А. Б.

Рис. 45.

При ударно-вращательном бурении в породах средней крепости разрушение породы на забое происходит не только за счет ударов. В этих породах в разрушении участвуют уже и осевая нагрузка и вращение коронки. Роль последних тем больше, чем слабее порода. Для бурения в таких породах применяют коронки с более острыми твердосплавными резцами с передним углом приострения, что позволяет разрушать породу, кроме ударных импульсов и за счет внедрения резца под действием осевой нагрузки и срезать часть (не разбитой ударом) породы вращением коронки. В скальных породах средней крепости ширина лунки выкола может составлять до 15 – 20 мм. ( Рис. 45 б).

Поскольку при бурении в таких породах Сос и n начинают играть существенную роль, их значения рекомендуется повышать для Сос до 8 – 10 кН и для n до 60 – 120 об/мин.

Третий параметр режима бурения – расход промывочной жидкости для этой разновидности бурения зависит не от условий очистки забоя скважины и охлаждения коронки, а, главным образом, от необходимости подавать к гидроударнику необходимое количество гидравлической энергии. Для эффективной работы среднечастотных гидроударников даже малого диаметра (76 – 59 мм), требуется расход жидкости порядка Q =100 – 200 л/мин, что значительно больше, чем нужно для вращательного бурения - (20 – 70 л/мин), а при использовании гидроударника D = 151 мм расход жидкости должен составлять Q = 350 – 600 л/мин.В тех случаях, когда излишний поток жидкости вредит процессу бурения - размывает керн или создает самозаклинивание керна, ниже гидроударника в снаряд включают делитель потока, через который лишний расход жидкости сбрасывается в затрубное пространство выше колонковой трубы.