Ударно-вращательного бурения

Комплект бурового инструмента для ударно-вращательного бурения состоит из буровых штанг, переходника, погружного пневмоударника и долота.

Буровая штанга станков ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками служит для передачи крутящего момента от вращателя к долоту и одновременно выполняет функции подачи сжатого воздуха к пневмоударнику и забою скважины. Штанга состоит из трубы, соединительной муфты и ниппеля. Переходник соединяет став штанг с пневмоударником и является разбурником при обратном ходе става. Он имеет унифицированные со штангой муфты и ниппель, но более короткую длину трубы. Штанги изготовляют из стальных труб (сталь 35СГ, 36Г2С, 45 и др.) с последующей их закалкой и нормализацией. Различают три основных вида соединения штанг: замковое с конусной резьбой, муфтовое и ниппельное.

Наибольшее распространение получили замковые соединения. Параметры буровых штанг приведены ниже.

СБУ-100Г( П,Н) СБУ-125-24 СБУ-125У-52

Диаметр, мм:

наружный........ 83 89 108

внутренний ..... 71 77 94

Длина

(полезная), мм .. 900 2930 4250

Масса, кг ........... 10,6 32,5 42,5

Буровые долота классифицируют:

– по форме головок на лезвийные и штыревые;

– по числу разрушающих твердосплавных лезвий (штырей) на долотчатые, трех- и четырех перые, Х-образные;

– по расположению разрушающих лезвий — на одно-, двухступенчатые (с опережающим лезвием) и многоступенчатые;

– по способу удаления буровой мелочи из забоя скважин с центральной, внецентренной и внешней продувкой.

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 четырьмя лезвиями могут быть крестовыми и с Х-образным расположением лезвий. Долота с тремя и четырьмя лезвиями износоустойчивы, хорошо формируют стенки скважины по диаметру и почти не заклиниваются при бурении трещиноватых пород. Их недостатки: трудность заточки лезвий, относительно небольшая скорость бурения из-за небольшой удельной энергии удара на единицу длины лезвия долота.

Долото с опережающим лезвием БК-155 (рис. 9.2, 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 выполняются сплошными. Соединение хвостовиков долот с пневмоударником — шпоночное (коронки БК-105, БК-155), либо шариковое с байонетным затвором (К-110, К-110Ш, К-125, К-125Ш). Последнее соединение обеспечивает быструю замену долота и более высокую скорость бурения.

Наибольшее распространение имеют четырехперые Х-образные долота К-105КА (рис. 9.2, б) и К-130К с диаметрами бурения соответственно 110 и 130 мм, хвостовиком 52 и 60 мм и массой 3,5 и 5,9 кг.

Хвостовик долота закрепляют в пневмоударнике на шлицах или шариковым замком. Лыска на хвостовике позволяет долоту смещаться в осевом направлении, что необходимо для обеспечения запуска пневмоударника прижатием долота к забою и открытия каналов перемещения поршня. Корпус долота изготовля- ют из легированной стали марки 45X11 и армируют твердым сплавом ВК-15.

Срок службы бурового инструмента зависит от типа и вида пластин твердого сплава, совершенства технологии их припайки, а также качества эксплуатации инструмента, и в первую очередь от его своевременной переточки.

Стойкость долот К-105КА и К-130К при бурении пород с f = 8÷16 изменяется соответственно в пределах 180-40 м и 200-60 м.

В России и за рубежом при бурении погружными пневмо- ударниками широко применяют долота типа КНШ с диаметрами 110 и 125 мм (рис. 9.2, в), армированные штырями из карбида вольфрама со сферической рабочей поверхностью, имеющими высокую стойкость. Для сохранения высокой скорости бурения штыри долота требуют периодической заточки для устранения образующихся на них площадок затупления и усталостных трещин.

При внешней продувке забоя скважины струя воздуха выбрасывается из каналов передней части пневмоударника между лезвиями долота к забою скважины, минуя корпус долота (внутренние каналы отсутствуют). В штыревых долотах с центральной и внецентренной продувкой предусматриваются каналы пропускающие сжатый воздух.

Погружные пневмоударники. При ударно-вращательном бурении буровой машиной является погружной пневмоударник, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение и при рабочем ходе наносит удар по хвостовику бурового инструмента. Погружной пневмоударник выполняется без встроенного поворотного устройства, работает на сжатом воздухе или воздушно-водяной смеси, которая обеспечивает эффективное пылеподавление. Вращение и подача пневмоударника на забой осуществляется через штангу от установленных вне скважины вращателя и податчика.

К числу основных факторов, определяющих эффективность бурения взрывных скважин погружными пневмоударниками, относятся: величина энергии единичного удара поршня по буровому инструменту, частота ударов, геометрия разрушающего инструмента и физические свойства буримой породы.

Погружные пневмоударннки выпускают трех типоразмеров Пневмоударники с бесклапанной системой воздухораспределения (рис. 9.3) имеют поршень-ударник 5, который при рабочем движении в цилиндре 4 перемещается на величину хода l₂ ≤ L ≤≤ l₁+l₂ саморегулируя подачу сжатого воздуха из полости б трубки 6 в полости а и в, а также на продувку долота при любом положении поршня в цилиндре через каналы поршня и буксы. Долото 3 вставляется в буксу 1 и фиксируется от выпадения шариками 2, имея некоторую свободу хода l₁. Настройка пневмоударника обеспечивается гайкой 8 и седлом 7.

Запуск пневмоударника в действие обеспечивается прижатием долота к забою. Долото, смещаясь внутри пневмоударника на шлицах, сдвигает поршень и открывает каналы подачи воздуха в полости а и в.

Технические характеристики пневмоударников бесклапанного типа.

П-110-2,8 П-130-4,0 П-160А

Номинальный диаметр бурения, мм....... 105 125 165

Номинальное давление воздуха, МПа 0,5 0,5 0,5

Работа единичного удара, Дж.................. 96 140 280

Частота ударов, с-¹ ............................ 27 21 21

Расход свободного воздуха, м³/мин........ 2,7 3,4 7,5

Ударная мощность, кВт.................... 2,8 4,0 7,9

Наружный диаметр пневмоударника, мм ... 92 112 142

Масса без долота, кг.......................... 22 30 56