Ударно-вращательное бурение пневмоударниками.

При ударно-вращательном 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 от 2 до 4 раз. В крепких породах до Х – ХI категорий, где при продувке не рационально алмазное бурение, применение пневмоударников позволяет использовать коронки с твердосплавными резцами.

В отличие от гидроударного бурения, где ударная мощность создается при сравнительно небольшой скорости потока жидкости за счет концентрации энергии с помощью гидравлического удара, при бурении с продувкой, расход очистного агента (сжатого воздуха или пены) и соответственно скорость потока в десятки раз выше – 20 – 30 м/с Соответственно и кинетическая энергия потока воздуха и без гидроудара получается больше чем гидравлическая энергия с гидроударом.

Параметры режима бурения пневмоударниками осевая нагрузка и частота вращения те же, что и при ударно-вращательном бурении гидроударниками. Ударная мощность потока сжатого воздуха складывается из энергии удара и частоты ударов. 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 воздуха при расходе воздуха Q = 6 - 12 м³/мин. Для эффективной работы пневмоударника необходим компрессор, развивающий давление P = 0,6 – 2,0 МПа. Причем чем выше расход и давление 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 в геологоразведке передвижных компрессорных станций с давлением до 0,8 – 1,0 мПа пневмоударное бурение возможно лишь до глубины 300 – 400 м, а в скважинах с водопроявлениями глубина пневмоударного бурения может ограничиваться 100 – 150 м.

При пневмоударном бурении геологическая информация может получаться не только за счет керна, но за счет полного сбора шламового материала. При бурении с продувкой «сухих» скважин можно собирать практически 100% разбуренной породы. Это позволяет значительно шире использовать бескерновый вариант бурения с использованием долот с плоским торцом, которые повсеместно называют «коронки сплошного забоя». – КПС. Такое название неточное, но общепринятое. Еще более качественное геологическое опробование по шламу может быть получено при использовании кольцевых пневмоударников, работающих на двойной колонне труб, когда весь шлам разрушенной породы поднимается по внутренней трубе и полностью собирается на поверхности.

Основные сложности пневмоударного бурения (как и вообще бурения с продувкой), связаны с водопроявлениями в скважине, При малых водопроявлениях шлам намокает, становится липким и налипает на бурильные и колонковую трубы и на стенки скважины, образуя «сальники», которые могут перекрывать кольцевое пространство скважины и приводить к затяжкам и прихватам снаряда. При больших водопритоках в скважину, может нехвавтить давления компрессора, чтобы продавить водяную пробку. Такие водопроявления можно преодолеть, применяя в качестве очистного агента пену. Использование пены при пневмоударном бурении, кроме предотвращения осложнений не только не снижает показатели пневмоударного бурения, но еще резко повышает эффективность этого вида бурения, расширяет возможности его использования в сложных геологических условиях.

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.

Кроме бурения геологоразведочных скважин для разведки ТПИ, пневмоударное бурение успешно применяется при бурении скважин на воду и очень широко применя-ется (является основным видом) при бурении взрывных и технических скважин, особенно при бурении из подземных горных выработок.