§ 3. Способы бурения скважин

По способу разрушения горных пород буровые станки подраз­деляются на две группы: 1) с механическим воздействием буро­вого инструмента на забой скважины; 2) с физическим воздействием

на забой скважины. К первой группе относятся: станки ударно-канатного бурения — СБК; вращательного бурения режущими ко­ронками — СБР; вращательного бурения шарошечными долота­ми — СБШ; ударно-вращательного бурения погружными пневмо-ударниками — СБУ.

Ко второй группе относятся станки огневого (термического) бурения — СБО, а также разрабатываемые в настоящее время установки с гидравлическим, ультразвуковым, звуковым, взрыв­ным и другими физическими способами разрушения горных пород.

Основные объемы буровых работ на современных карьерах выполняют буровыми станками первой группы.

Ударно-канатное бурение скважин

Ударно-канатное бурение является наиболее старым способом, бурения скважин на карьерах. Сущность его заключается в том, что буровой снаряд весом до 3000 кг, подвешенный на канате, периоди­чески поднимается на высоту 0,45—1,2 м и затем, падая на забой скважины, разрушает породу. После каждого удара буровой сна­ряд поворачивается на некоторый угол, обеспечивая тем самым равномерное разрушение породы по всему забою скважины, круг­лое сечение и вертикальное направление скважины. В процессе бурения в скважину систематически подливают воду, которая, смешиваясь с измельченной породой, образует буровой шлам. Шлам периодически вычерпывают из скважины специальным приспособлением — желонкой.

Станки ударно-канатного бурения широко применялись для бурения скважин в средней крепости и крепких горных породах и продолжительное время являлись основным буровым оборудова­нием на карьерах. Наиболее широкое распространение имели удар-

Таблица 8

Техническая характеристика станков ударно-канатного бурения

Показатели Станки

БУ-2 БС-1 БС-1м

Максимальная глубина бурения, м…………… 300 100 300

Максимальный диаметр скважины, мм...................200 300 300

Вес бурового снаряда, т............................................1100-1300 2000-2700 2000-3000

Число ударов бурового инструмента в минуту .....54 52 48-52

Скорость подъема бурового снаряда, м/сек............1,2-2,0 0,9 0,9

Скорость подъема желонки, м/сек...........................1,35 1,6 0,8

Мощность двигателя, кВт.........................................20 40-75 55-75

Скорость передвижения станка, км/ч......................0,9 0,9 0,9

Вес станка, т...............................................................11,5 10,08 21,6

но-канатные станки БУ-2 и БС-1 (по новому ГОСТу последний будет именоваться СБК-320), техническая характеристика которых приведена в табл. 8. Эти станки приспособлены для бурения верти­кальных скважин в любых породах диаметром до 300 мм и глубиной до 30 м и более.

Производительность станков ударно-канатного бурения зависит от крепости породы, веса бурового снаряда, высоты подъема его над забоем скважины, частоты ударов, диаметра долота и формы его лезвия, плотности и высоты шламового столба в скважине. Из-за цикличности работы разрушающего инструмента производи­тельность станков ударно-канатного бурения весьма низкая изменяется от 2 до 3 м в смену в крепких породах, до 40 м и более в слабых породах. Поэтому в настоящее время эти станки в основ­ном заменены на карьерах более перспективными станками враща­тельного, ударно-вращательного и огневого бурения.

Вращательное (шнековое) бурение скважин

Вращательное бурение скважин с применением режущих коро­нок и штанг шнекового типа (шнековое бурение) широко применяют на угольных карьерах и карьерах нерудных ископаемых в породах крепостью до 6. В более крепких породах скорость бурения резко уменьшается, и применение этого способа бурения становится нецеле­сообразным. Также нецелесообразно применять вращательное бу­рение в вязких и липких глинистых породах, так как налипание глины на шнеки затрудняет процесс бурения.

Сущность вращательного бурения режущими коронками за­ключается в следующем. Коронка при вращении в забое скважины срезает породу, которая, превращаясь в мелочь, непрерывно уда­ляется из скважины спиральными витками штанг шнекового типа. Буровой инструмент состоит из нескольких последовательно соеди­ненных штанг и коронки (резца). Штанга представляет собой трубу с приваренной к ней спиралью из полосовой шнековой стали (рис. 98, а). На концах трубы имеются патрон и хвостовик для соединения штанг. Коронки применяются различной формы. Наибольшее рас­пространение получили коронки с двумя закругленными лезвиями, армированные твердым сплавом (рис. 98, б).

Производительность станков вращательного бурения зависит от крепости пород, осевого давления на коронку и скорости вращения бурового инструмента. Современные станки вращательного бурения развивают осевое давление до 4000 кгс при скорости вращения бурового инструмента 50—200 об/мин. Горная порода разрушается более интенсивно при больших скоростях вращения бурового ин­струмента, но в крепких породах большие скорости вращения при­водят к перегреву и быстрому износу режущих коронок. Поэтому при бурении скважин в породах крепостью до 4 применяют наиболь­шие скорости вращения бурового инструмента, а в более крепких

породах скорость вращения снижают до 80 —130 об/мин и увеличи­вают осевое давление.

Наиболее распространенными станками вращательного бурения являются СБР-125 и СБР-160 (табл. 9).

Эти станки просты по устройству и обслуживанию, имеют не­большой вес и приспособлены для бурения вертикальных и наклон­ных скважин диаметром 110—160 мм и глубиной 20—30 м. Произ­водительность их при бурении мягких пород и угля достигает 150 м

Рис. 98. Буровой инструмент при вращательном (шнековом) бурении

и более в смену. Стойкость коронок при этом составляет 800—1000 м скважин.

К достоинствам вращательного бурения скважин режущими коронками относятся: высокая производительность станков, пре­вышающая в 3—4 раза и более производительность станков ударно-канатного бурения; возможность бурения вертикальных, горизон­тальных и наклонных скважин; простота устройства и обслужива­ния станков; невысокая стоимость бурения.

Основным недостатком вращательного бурения является воз­можность применения его только в мягких и средней крепости по­родах.

Таблица 9