Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
УГ УД УЗ УК УЛ УМ УН УП УР УС УТ УУ УХ УЧ УШ УЩ УЭ

Ударно-вращательный способ

 
Ударно-вращательный способ обеспечивает эффективное разрушение пород средней твердости и твердых путем одновременного воздействия на породоразрушающий инструмент крутящего момента, статического усилия и ударных силовых импульсов определенной частоты и силы.
Ударно-вращательный способ или бурение с помощью пневмо-ударников широко распространено в горнорудной промышленности для проходки взрывных шпуров и минных скважин. Причем неплохие результаты получают при бурении пневмоударником с колонковым набором.
Схема искривления скважины при бурении с гидроударни. Ударно-вращательный способ с применением гидро - или пнев-моударников характеризуется некоторой спецификой, обусловливающей закономерности искривления скважин. При бурении этим способом более равномерно разрушаются породы на забое за счет действия высокочастотных ударных нагрузок при небольших осевой нагрузке и частоте вращения снаряда, что приводит к более направленному разрушению породы и уменьшению подработки ( фрезерования) стенок скважины.
При ударно-вращательном способе в компоновку низа бурильного инструмента входят пневмоударник, установленный над долотом и УБТ. Длина утяжеленных бурильных труб, как правило, значительно меньше, чем при роторном способе, и определяется необходимым весом инструмента для поддержания пнев-моударника в закрытом положении. Например, если для роторного способа вес УБТ должен составлять 13 тс, то для закрытия пневмоударника всего 2 - 2 2 тс. Тип сечения утяжеленных бурильных труб не лимитируется, а диаметр не должен превышать диаметра забойного двигателя.
Зависимость интенсивности искривления IQ при ударно-вращательном бурении ог зенитного угла 0 и глубины скважин L. 1 при выполаживании. 2 - при выкручивании. 3 - в среднем по скважине. При ударно-вращательном способе бурения твердосплавными коронками с применением гидроударников искривление скважин обычно небольшое и более стабильное. В апсидальной плоскости скважина может искривляться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения зенитного угла.
При ударно-вращательном способе бурения порода разрушается под действием ударных нагрузок, крутящий момент и осевое усилие ввиду их незначительности в процессе разрушения практически не участвуют. Их действие заключается во вращении става штанг с пневмоударником и коронкой независимо от ударов поршня и прижатии коронки к забою в момент удара.
При ударно-вращательном способе бурения пневмоударник жестко соединен с коронкой и погружается вместе с ней в скважину, поэтому необходимо соблюдать оптимальный зазор между стенкой скважины и пневмоударником.
Зависимость скорости бурения различными способами от категории.| Зависимость стойкости различного породоразрушающего инструмента. Основным преимуществом ударно-вращательного способа бурения относительно других механических способов, основанных только на приложении статических нагрузок ( вращательное бурение), является возможность интенсифицировать процесс разрушения пород за счет воздействия на них ударных нагрузок.
При пробивке ударно-вращательным способом отпадает надобность в применении нажимных приспособлений. Своевременная заточка твердосплавного инструмента предотвращает его преждевременный износ и повышает производительность сверления или пробивки. Коронки типа КГС при вращении образуют центральное отверстие диаметром 10 мм и прорезают кольцевую канавку пластинками твердого сплава, расположенными по периметру корпуса. Средняя часть выкалывается ударом молотка или зубила.
В последние годы ударно-вращательный способ бурения с гидроударниками и пневмоударниками все шире применяется на геологоразведочных работах.
Взаимодействие бурового инструмента с горной породой. а-ударное бурение. б - вращательное бурение. Самым распространенным является ударно-вращательный способ бурения. Инструментами, основанными на таком принципе действия, являются пневматические бурильные молотки ( перфораторы), которые могут быть ручными и колонковыми. Колонковые буровые молотки укрепляются на специальных колонках или буровых тележках и имеют массу 50 - 100 кг.

Для более широкого применения ударно-вращательного способа бурения необходимо разработать, комплекс технических средств для гидроударного способа бурения в крепких и абразивных породах, а также эффективные пылеулавливающие устройства для пневмоударного способа и на основании технико-экономического анализа определить рациональные области использования того или иного способа бурения.
Снаряд при алмазном бурении ударно-вращательным способом состоит из алмазной однослойной коронки, кернорвате-ля, колонковой трубы длиной 5 - 8 м с удлиненной резьбой, износостойкого переходника с колонковой трубы на гидроударник.
Способствует увеличению механической скорости бурения внедрение ударно-вращательного способа проходки скважин гидроударниками и пневмоударниками и внедрение оптимальных режимов. К сожалению, скорость выполнения вспомогательных операций, и в первую очередь спуско-подъемных, повышается значительно медленнее. А это приводит к тому, что с повышением механической скорости процент времени чистого бурения уменьшается. Имеются предпосылки к тому, что в ближайшее время механическая скорость достигнет 6 м / ч, что приведет к еще большему сокращению времени чистого бурения. Снижению времени чистого бурения способствует рост глубин геологоразведочных скважин. Известно, что затраты времени на спуско-подъемные операции с ростом глубины возрастают в степенной зависимости.
КЛИМЕНТОВ, ОКСАНИЧ, ТИЛЬ В.И. Сооружение скважин ударно-вращательным способом бурения.
Эффективность работы ударно-вращательного породоразрушающего инструмента и технико-экономические показатели ударно-вращательного способа в целом зависят от соблюдения рекомендаций по рациональным режимным параметрам бурения, от выполнения ряда правил и методов эксплуатации коронок и долот.
Скорость твердосплавного бурения повышается в несколько раз при бурении ударно-вращательным способом.
Твердосплавными коронками тоже можно успешно разрушать крепкие породы, если перейти на ударно-вращательный способ бурения.
Гидроударник ГВ-5. Комплекс технических средств предназначен для бурения разведочных скважин коронками диаметром 59 мм ударно-вращательным способом с отбором керна в породах VII-X категорий по буримости.
В снаряде, выполненном по схеме рис. 5, г, разрушение породы осуществляется ударно-вращательным способом. В качестве ударного механизма использован пневмоударник с клапанным воздухораспределением. Ударник 5 наносит удары по инструменту 4, на переднем конце которого установлена коронка 1, образующая опережающую скважину. В корпус 3 бурового снаряда ввернуто шарошечное долото 2, расширяющее скважину до окончательного диаметра. Расширители и комбинированные снаряды имеют большие перспективы при сооружении скважин различного назначения.
Если в интервале использования газообразных агентов геологические факторы способствуют искривлению ствола, то при применении ударно-вращательного способа низ бурильного инструмента компонуют из долота, пневмоударника и УБТ. Такие компоновки целесообразно применять в следующих случаях: при небольших глубинах, где встречаются твердные горные породы и нет места для размещения УБТ достаточной длины при роторном способе и бурении электробуром; на больших глубинах, где возможно искривление ствола скважины, но нельзя применять УБТ достаточной длины ввиду возможного возникновения осложнений.
При применении комбинированного бурового снаряда ( рис. 5, в) порода на забое скважины разрушается ударно-вращательным способом. В качестве ударного механизма используется пневмоударник М-32 К с клапанным воздухораспределением. В другом конструктивном варианте буровая коронка жестко соединена с ударником, вместе с ним совершает возвратно-поступательное движение и в конце прямого хода наносит удар по забою ( разработка Института горного дела им.
Зонднровочные скважины имеют небольшую глубину - 10 - 15 м, диаметр 2 / 2 - 3 и бурятся ручным ударно-вращательным способом, зачастую без обсадных труб.
При проектировании поисково-разведочных, контрольно-разведочных, наблюдательных, опережающих, дренажных и других скважин на воду в относительно крепких и устойчивых породах рационально предусмотреть возможность применения ударно-вращательных способов бурения с применением погружных пневмоударных и гидроударных машин.
Схема фитинга, установленного в переводнике.
При использовании тумана ствол скважины углубляют роторным и ударно-вращательным способами, а также с электробурами. Ударно-вращательный способ применяют только при бурении вертикальных скважин. Бурение наклонных скважин за рубежом осуществляют роторным способом, в отечественной практике - электробуром. Технологический процесс углубления ствола с использованием тумана включает дополнительную операцию по удалению платовой жидкости. Обычно ее проводят после спуско-подъемных операций или наращивания бурильного инструмента, когда в скважине скапливается достаточно большой объем пластовой воды с осадком шлама на забое.
При применении электробура, если долото установлено без продувки опор, частоту вращения во избежание перегрева поро-доразрушающего инструмента ограничивают до 300 - 350 об / мин. При ударно-вращательном способе скорость вращения долота зависит от формы зубьев. Обычно поддерживают низкую частоту вращения с тем, чтобы продлить срок службы долота и сохранить в работоспособном состоянии уплотняющий элемент вращающегося превентора. Пневмоударник создает равномерную ударную нагрузку при заданных расходах воздуха, долото находится под напряжением удара в течение 0 0002 с. Удар имеет достаточно высокую силу ( энергия единичного удара 45 - 60 кгс-м) и передается на породу с частотой 25 - 30 ударов / с по мере поворота долота.
Анализ показывает, что колебательные процессы бурильного инструмента снижают стойкость долота, сокращают срок службы элементов бурильной колонны и турбобура и ухудшают показатели бурения в целом. С другой стороны, ударно-вращательный способ, позволяющий повысить механическую скорость бурения, из-за отсутствия надежных вибраторов не получил широкого применения при проводке глубоких скважин.
Освоение месторождений полезных ископаемых в сложных гидрогеологических условиях не обходится без бурения скважин различного назначения. Для этого широко используется ударно-вращательный способ бурения в комбинации с вращательным способом. Они рассчитаны на использование энергии сжатого воздуха с применением перфораторов ПК-75 и механизма подачи с пневмодвигателем.
Несмотря на все преимущества, указанный способ требует дальнейшего совершенствования при сооружении скважин в сложных гидрогеологических условиях. К настоящему времени накоплен опыт бурения ударно-вращательным способом. Но, к сожалению, этот материал очень разнороден, приведен в различных источниках и недостаточно отражает особенности техники и технологии бурения разведочно-эксплуатационных и инженерно-технических скважин на воду.
Трехгранные штанги. В связи с этим для сохранения направления скважины в азимутальном направлении необходимо по возможности чередовать бурение скважины алмазным и твердосплавным породораз-рушающим инструментом. При вращательном бурении скважины, как правило, выполаживаются, а при бурении ударно-вращательным способом с помощью гидроударников при небольших зенитных углах ( до 8 - 10) происходит выкручивание скважины. Таким образом, замена вращательного способа ударно-вращательным с помощью гидроударников или их чередование способствует сохранению зенитного угла скважины.
Интенсивность искривления скважин при бурении разными по-родоразрушающими инструментами и в разных геологических условиях неодинакова. Наибольшая интенсивность искривления характерна для бурения дробью и в отдельных случаях алмазным породоразрушающим инструментом, а наименьшая - при ударно-вращательном способе бурения с применением гидроударников.
Возможные направления искривления скважин в зенитной плоскости в зависимости от положения ее оси относительно плоскостей напластования пород. Интенсивность зенитного искривления скважин при бурении в различных геолого-технических условиях неодинакова и зависит от типа породоразрушающего инструмента, действия технических, геологических и технологических факторов, а также от угла встречи оси скважины с направлением наименьшего сопротивления породы разрушению. Максимальная интенсивность зенитного искривления скважин характерна для бурения дробью и в отдельных случаях алмазным породоразрушающим инструментом, а минимальная - для ударно-вращательного способа бурения.
Колебательные процессы играют двоякую роль. С одной стороны, упорядоченные колебания, повышая динамичность работы долота, интенсифицируют процесс разрушения пород и способствуют повышению механической скорости бурения. На этом и основано применение ударно-вращательного способа бурения, использование различного рода маховиков, волноводов и резонаторов. С другой стороны, колебания вызывают расшатывание узлов и деталей забойного двигателя, долота, развивают усталостные явления, особенно в резьбах - концентраторах напряжений, и в итоге приводят к преждевременному износу и выходу их из строя. Поэтому в компоновку низа колонны, особенно в последние годы, включают различные амортизирующие устройства, способные значительно снижать амплитуду динамических осевых и моментных нагрузок.
В промысловых условиях одну из трех гидромониторных насадок герметизируют, чтобы увеличить противодавление в долоте, направить большее количество воздуха в опоры долот и изменить движение потоков воздуха в призабойной зоне. Это улучшает очистку забоя ствола вследствие быстрого перемещения шлама от центра к периферии. С целью предотвращения износа козырьков лап калибрующее вооружение изготовляют с наружным рядом твердых вставок или зубцов, что обеспечивает номинальный диаметр ствола скважины. Для ударно-вращательного способа корпус этих долот усиливают наваркой дополнительных швов в местах соединения лап долота с тем, чтобы выдержать высокие ударные нагрузки, создаваемые пневмоударником.
При осуществлении указанных выше способов бурения нижняя ( призабойная) часть бурового снаряда имеет достаточное число степеней свободы, позволяющих ему занимать несоосное положение относительно оси скважины, что и приводит к отклонению его от заданного направления. Так как породы обладают, как правило, неодинаковой способностью сопротивляться разрушению в разных направлениях, каждому способу бурения присуща в разной степени избирательность эффективного разрушения пород в направлении их наименьшего сопротивления. Наибольшая избирательность направления разрушения пород в общем случае характерна для вращательного способа бурения дробью, в меньшей степени - при вращательном бурении алмазными долотами и в еще меньшей степени - твердосплавными коронками. При ударно-вращательном способе бурения твердосплавным или шарошечным долотами искривление скважин, как правило, незначительное с более стабильной интенсивностью.
При буро-взрывных работах главным образом механизируют бурение шпуров и скважин. Машины для бурения подразделяются на ударные и вращательные. К ударным относятся пневматические и электрические буровые молоты, а к вращательным - электрические и пневматические сверла. Кроме того, различают еще ударно-вращательный способ бурения, характеризующийся одновременным вращением и ударным действием бурового инструмента.
Очевидно, при бурении мягких пород выгоднее производить разрушение породы за счет действия сил: осевой нагрузки и окружного усилия. Чем крепче порода, тем эффективнее должно быть разрушающее действие силы удара. Решающим условием эффективности ударно-вращательного бурения является конструкция бурового инструмента, в которой должно учитываться суммирующее действие всех сил, действующих на породоразрушающий инструмент в пространстве и времени: осевого усилия, силы удара и окружного усилия, а также частоты ударов, числа оборотов и диаметра бурения. Очевидно, породоразрушающий инструмент при ударно-вращательном способе бурения должен сочетать в своей конструкции элементы инструмента вращательного и ударного способов бурения.

Станок НКР-100М предназначен для бурения из подземных выработок скважин любого направления глубиной 50 - 80 м в крепких породах. Станок применяется при подземной добыче руд с массовой отбойкой, вертикальными или горизонтальными слоями. Для бурения используют пневмоударники с коронкой диаметром 105 мм. Станок можно применять для бурения опережающих скважин по оси восстающих выработок с откаточного горизонта до вентиляционного, а также может применяться для подземной геологической разведки и бурения дегазационных и дренажных скважин. Бурение в породах средней крепости и крепких ведется ударно-вращательным способом с помощью пневмоударника.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11