Выбор инструмента для станков ударно-вращательного (пневмоударного) бурения

Погружные пневмоударники.

В современной промышленности наиболее широкое применение получила технология ударно–вращательного бурения, к которой относится бурение с пневмоударником.

Буровое долото для ударно-вращательного бурения имеет ударный профиль выпуклой формы со штырями из твердого сплава, встроенными в переднюю часть инструмента.

Принцип работы пневмоударника основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в кинетическую энергию возвратно-поступательных движений поршня. Поршень ударника снабжен штоком с бойком, который воздействует непосредственно на породоразрушающий инструмент. Для предотвращения зашламления, современные пневмоударники имеют встроенные обратные клапаны.

Через центральное отверстие бурового долота производится выхлоп отработанного воздуха, которым удаляется шлам, параллельно с разрушением породы.

Применение пневмоударника эффективно только при бурении скальных пород, на рыхлых и мягких грунтах мощная продувка провоцирует эрозию и создает опасность обрушения стенок скважины, а на глинистых породах инструмент быстро зашламляется.

По типу воздухораспределения выделяют два типа устройств:

  • Пневмоударники высокого давления – бесклапанные конструкции, которые способны работать как с воздушно-водяной, так и просто воздушной смесью. В целях регулировки давления в пневмоударнике используется система профильных поршней. Пневмоударники высокого давления на сегодняшний день демонстрируют более высокие показатели производительности и считаются более современными.
  • Пневмоударники низкого давления – клапанные устройства, которые могут работать только с воздушно-водяной смесью. Регулировка давления производится при помощи расположенного в устройстве тарельчатого клапана.

Пневмоударник высокого давления — погружной пневматический механизм, преобразующий энергию сжатого воздуха в энергию удара. Благодаря применению высокого давления сжатого воздуха производительность бурения и стойкость инструмента повышается, по сравнению с буровым инструментом низкого давления. Эти пневмоударники обладают большой силой удара, стабильной скоростью бурения и высокой долговечностью.

Высокое давление подачи воздуха обеспечивает увеличение проходки на долото в твердых породах. Общая проходка на долото зависит от пробуренного метража и продолжительности бурения. При бурении на 100 метров при давлении 24 бар, время бурения примерно вдвое меньше, чем при проходке такого же интервала при 12 бар (170 фунт/кв. дюйм) в идентичных условиях.

Погружной  пневмоударник  не  должен  эксплуатироваться  при  давлении  подачи  воздуха свыше рекомендуемого; в противном случае возможно повреждение его компонентов (если только избы-точное давление не служит для преодоления противодавления воды).

Преимущества пневмоударного бурения:

  1. Скорость бурения значительно выше остальных видов бурения,  за счет большой скорости движения воздушного потока, выносящего шлам.
  2. Автоматическая очистка скважины.
  3. Не требует подачи промывающей жидкости.
  4. Быстрая и удобная смена бурового инструмента.
На что следует ориентироваться, выбирая пневмоударник?

Чтобы выбрать пневмоударник, следует ориентироваться на целый ряд факторов. В первую очередь, область задействования оборудования. Отталкиваясь от этого, подбирается техника с соответствующими конструкционными и эксплуатационными данными.

Что касается конструкции, то здесь очень важно обратить внимание на диаметр корпуса ударного элемента. Также стоит учитывать скоростные показатели работы инструмента, которые определяются количеством ударов, производимых поршнем-боем в минуту.

Плюс к этому желательно изучить оборудование на предмет экономности: сколько оно потребляет электроэнергии и какое количество воздуха расходует. Важными показателями являются: 

  • стандартная глубина перепада давления пневмоударника;
  • среднее значение глубины бурения.

Марка оборудования — это уже дело вкуса и доверия производителю. Здесь ограничений нет, можно выбирать любой инструмент, главное, чтобы он имел сертификаты качества и гарантии от изготовителей. 

Пневмоударные долота.

Буровые долота классифицируют:

  1. По способу соединения  (байонетные, шлицевые);
  2. По форме головок (штыревые и лезвийные) и числу разрушающих твердосплавных лезвий (трехперые, крестовые, с одним лезвием);
  3. Типу штырей (баллистика, полубаллистика, сфера);
  4. По типу торца коронки (вогнутый, выпуклый, плоский);
  5. По способу удаления буровой мелочи из забоя скважин (с внешней продувкой, центральной и внецентренной);
Рис. 2 Инструмент для станков ударно-вращательного (пневмоударного) бурения; а — К100В и БК-155; б — К105КА и К130К; в — КНШ-110.
1. Способы соединения 

Байонетное (штыковое) соединение отличается надежным креплением с пневмоударником, а также позволяет при необходимости произвести быструю смену. Такой тип соединения достаточно широко распространен и проверен длительным временем применения.

Шлицевое  (зубчатое) соединение используется не так давно, как байонетное, но обладает целым рядом преимуществ перед ним. В частности, такой тип соединения:

  • исключает обрыв и самопроизвольное выпадение во время обратного вращения;
  • обеспечивает автоматическое центрирование коронки;
  • предохраняет хвостовик инструмента и букса пневмоударника от разбивания;
  • обеспечивает более легкую и быструю смену при любом износе.

Вне зависимости от типа соединения, эта разновидность бурового инструмента применяется при бурении по грунтам от V категории методом сплошного забоя. При этом на глубину бурения напрямую влияет мощность используемого в ходе работ компрессора.

2. Формы головок породоразрушающего  инструмента и  числу разрушающих твердосплавных лезвий.

Долота с одним лезвием (зубильные) просты и легко затачиваются. Высокая энергия удара на лезвии долота обеспечивает большую скорость бурения, однако в процессе бурения (особенно по абразивным породам) диаметр долота уменьшается, образуется конус и долото заклинивается. Заклинивание может происходить также при бурении по трещиноватым породам.

Многолезвийные долота могут быть с опережающим лезвием и без него. Долота с тремя и четырьмя лезвиями хорошо формируют стенки скважины по диаметру, износоустойчивы и почти не заклиниваются при бурении трещиноватых пород. Их недостатками являются трудность заточки лезвий и относительно небольшая скорость бурения, из-за небольшой удельной энергии удара на единицу длины лезвия долота.

Долото с опережающим лезвием (рис. 2 — а) применяется при забуривании скважины. Оно состоит из головки — 1 и хвостовика — 2. Хвостовик служит для передачи импульса от ударника и крутящего момента головке и через твердосплавное вооружение — забою скважины. Хвостовик и головка долота представляют собой одну, литую деталь.

Как правило, маркировка пневмоударной коронки состоит из буквы, указывающей ее тип (К – крестовая, КНШ – штыревая), числового обозначения номинального диаметра в миллиметрах и буквенного обозначения особых свойств.

Хвостовик долота закрепляют в пневмоударнике шариковым замком или на шлицах. Лыска на хвостовике позволяет долоту смещаться в осевом направлении, что необходимо для обеспечения запуска пневмоударника прижатием долота к забою и открытия каналов перемещения поршня.

Штыревые долота при бурении погружными пневмоударниками широко применяют типа КНШ с диаметрами от 110 (рис. 2 — в), с имеющими высокую стойкость армированными штырями из карбида вольфрама и сферической рабочей поверхностью.

3. Типы штырей

Баллистические вставки

Подходят для мягких и средних плотных низкоабразивных пород, образующих много осколков. Не подходят для плоходробимых пород.

Сферические вставки

Прочная форма для обеспечения хороших эксплуатационных характеристик и длительного срока службы при всех состояниях, в частности, подходят для очень твердых абразивных пород и глубокого бурения.

Полубаллистические вставки

Подходят для всех мягких и средних состояний породы, в  том числе раздробленной и трещиноватой пород.

Параболические вставки

Конструкция обеспечивает большую скорость проходки, чем сферическая форма и износостойкость, чем баллистическая форма. Менее подходят для сильнотрещиноватых пород.

Двойные сферические вставки

Конструкция сочетает твердость сферической формы с дополнительным куполом меньшего размера, который обеспечивает большую износостойкость, а также повышенную проницаемость баллистической формы.

4.Типы торцов коронки

Вогнутый торец

Вариант конструкции для всех состояний породы, в частности, использование направляющей коронки с вогнутым торцом при глубоком бурении позволяет улучшить центровку ствола.

Выпуклый торец

Прочная конструкция для всех состояний, особенно твердой абразивной породы. Хорошее сочетание быстрого бурения и длительного срока службы.

Плоский торец

Вариант конструкции для всех состояний породы, особенно раздробленной и трещиноватой породы, а также меняющихся пластов.

Вогнутый торец с дополнительным калибровочным рядом

Обеспечивает результат аналогичный для вогнутого торца. Дополнительный калибровочный ряд вставок защищает долото в высокоабразивных и твердых породах и породах с меняющейся твердостью.

5. Способы удаления буровой мелочи из забоя скважины

При внешней продувке забоя скважины струя воздуха выбрасывается из каналов передней части пневмоударника между лезвиями долота к забою скважины, минуя корпус долота (так как внутренние каналы отсутствуют).

В штыревых долотах с центральной и внецентренной продувкой предусматриваются каналы, пропускающие сжатый воздух.

Расширители скважин.

При необходимости расширения скважины в крепких горных породах, использование пневмоударного расширителя является наиболее эффективным решением. Пневмоударный расширитель внешне очень напоминает обычное пневмоударное долото, единственная разница — это наличие пилотной направляющей в центре расширителя, которая обеспечивает бурение по траектории ранее пробуренной скважины меньшего диаметра.

При выборе или заказе нового расширителя необходимо указать тип горных пород, диаметр расширения, пилотный диаметр бурения, а также тип хвостовика.

На данный момент, в наличии, на складе ООО “ГНК” в г. Красноярске имеются пневмоударникии и коронки КНШ производства АО “КМО”. По вопросам приобретения и уточнению деталей обращайтесь к нам по следующим контактам: Тел. +7 (391) 228-72-62 Почта. companygnk@gmail.com