Технология колонкового бурения. Ударно-вращательное бурение с помощью гидроударников

Для привода гидроударника используется энергия потока промывочной жидкости, подаваемой через колонну бурильных труб к породоразрушающему инструменту. При этом кинетическая энергия жидкости преобразуется забойной машиной в возвратно-поступательные движения поршня-бойка, которые создают высокочастотные ударные импульсы на породоразрушающий инструмент.

Существует несколько систем забойных гидроударников. В настоящее время внедряются гидроударники прямого действия с возвратными пружинами.

Гидроударник включается между бурильной колонной и колонковым снарядом. На породоразрушающий инструмент передают осевую нагрузку и непрерывное вращение. Работает гидроударник по следующей схеме.

В исходном положении отверстие поршня-бойка перекрыто клапаном. Промывочная жидкость прижимает клапан к гнезду и передвигает поршень вниз, сжимая возвратные пружины, клапана и бойка. Совместное движение клапана и бойка продолжается до тех пор, пока сила сжатия возвратной пружины не превзойдет силы давления жидкости на клапан. В этот момент клапан оторвется от поршня, а тяжелый боек будет продолжать по инерции двигаться к наковальне.

Жидкость в это время устремится по каналу бойка и направится в колонковый снаряд. Поршень-боек после удара отскочит от наковальни и под действием пружины начнет быстро возвращаться в исходное положение. Клапан опять закроет отверстие поршня и процесс будет повторяться.

Для того чтобы повысить эффективность бурения, необходимо делать боек максимально тяжелым. При жестком соединении колонкового снаряда с колонной штанг масса бурового инструмента будет велика, удара мал. Для снижения этого недостатка колонковый снаряд необходимо соединять с гидроударником так, чтобы удар воспринимал только колонковый снаряд с относительно небольшой массой. Для этого применяются телескопические переходники.

Перед спуском в скважину нижний переходник соединяется с колонковым снарядом, а верхний 1 - с колонной бурильных труб. При спуске в скважину и подъеме, когда гидроударник находится в подвешенном состоянии, нижняя его часть в месте шлицевых разъемов опускается на 40 мм.

В таком положении промывочная жидкость свободно может проходить через машину на забой скважины. Это необходимо в случае дохождения до забоя по керну и шламу, а также для засыпки заклиночного материала и слива жидкости из бурильных труб при подъеме.

Пуск машины осуществляется в момент постановки ее на забой скважины. При этом шлицевые разъемы смыкаются, клапан перекрывает отверстие в поршне и проход жидкости мгновенно прекращается. Под действием повысившегося давления жидкости клапан совместно с поршнем-бойком с нарастающей скоростью перемещается вниз, сжимая пружины. В определенном положении клапан отрывается от поршня. В результате жидкость получает возможность свободно проходить через машину на забой сква-жины. Ударник под действием приобретенной кинетической энергии продолжает движение и наносит удар по наковальне, которая жестко соединена с колонковой трубой и породоразрушающим наконечником. После нанесения удара под действием сжатых пружин и отскока клапан и ударник с поршнем возвращаются в исходное положение, причем клапан движется с некоторым опережением. При их встрече поток промывочной жидкости перекрывается, возбуждается гидравлический удар и цикл повторяется в той же последовательности.

Подъем керна обеспечивается цилиндрическим кернорвателем.

На буровой вышке должен быть запас коронок и не менее трех гидроударников.

При ударно-вращательном бурении гидроударниками механическая скорость увеличивается в 3 - 5 раз, производительность в 1,5 - 2 раза. Коронки при ударно-вращательном бурении несут весьма большую нагрузку, поэтому твердосплавные пластинки часто выкрашиваются. Коронки для ударно-вращательного бурения армируются крупными пластинками твердого сплава повышенной вязкости с асимметричной заточкой (передний угол 30°, угол при вершине - 90°).

Если не требуется отбирать керн, то целесообразно применить бурение сплошным забоем трехперой ступенчатой коронки.

Режим гидроударного бурения определяется в основном физико-механическими свойствами горных пород и уточняется для каждого конкретного месторождения. Скорость вращения снаряда 60 - 100 об/мин. Осевая нагрузка от 300 кг для наиболее крепких пород до 800 - 1000 кг в породах VI - VII категорий.

При постановке на забой следует сначала бурить при низкой осевой нагрузке (300 кг) и малой скорости вращения.

В настоящее время ведутся работы по разработке беспружинных гидроударников двойного действия.