7.5. Бурение гидроударными машинами

7.5.1. Технические средства для гидроударного бурения

Основной целью применения забойных ударных машин является стремление интенсифицировать процесс разрушения породы и, следовательно, увеличить скорость бурения. Используются при этом буровые установки для вращательного бурения, рассчитанные на требуемую глубину скважин. Дополнительная энергия для привода гидроударника поступает с промывочной жидкостью от буровых насосов НБ4-320/63, НБ5-320/100, ГР и 9ГР, которые при этом работают, обычно, при полной нагрузке. Энергия потока жидкости реализуется в забойной машине в виде гидравлического удара, возникающего при мгновенном перекрытии потока клапаном.

СКБ «Геотехника» разработана широкая гамма гидроударных машин ряда «ГМ» и инструмента к ним для большинства видов геологоразведочного бурения (табл. )  .

Гидроударники с успехом включаются в различные колонковые наборы:

• при вращательно-ударном бурении с серийными твердосплавными и алмазными коронками (ГМ-76В, ГМ-59В);

• при алмазном бурении со съемными керноприемниками (ССК-59ГС, ССГ-76);

• при ударно-вращательном бурении по твердым породам и специальными твердосплавными коронками (ГМ-76У);

• с колонковыми наборами для снижения подклиниваний и увеличения выхода керна (ГРЭС-59);

• при бурении с гидротранспортом керна (кольцевой гидроударник ГК);

• при бурении гидрогеологических, технических и технологических скважин большого диаметра (М151У)  ;

• при бурении горизонтальных скважин из подземных выработок (ГВ-5, ГВ-6)  .

Модернизированные гидроударные машины типа ГМ предназначены для бурения скважин в породах VI-XII категорий по буримости. При перенастройке обеспечивается возможность работы в двух режимах – ударно-вращательном (при высокой энергии удара и средней частоте ударов – ГМ76У) и вращательно-ударном (при малой энергии ударов и высокой частоте – ГМ76В, ГМ-59В рис. ). Предельные глубины эффективного применения гидроударников приведены в табл. .

7.5.2. Ударно-вращательный способ бурения

Ударно-вращательный способ применяется при бурении скважин в породах VI-IX, частично Х категории по буримости на глубину до 1200 м. Разрушение породы происходит главным образом под действием ударных нагрузок. Скорость бурения можно рассматривать как суммарный эффект ударных нагрузок, крутящего момента и осевой нагрузки. С увеличением энергии скорость бурения увеличивается. Вращение инструмента носит вспомогательный характер. В связи с этим используется специальный буровой инструмент: гидроударник с повышенной энергией удара – Г76У, колонковый набор ОК-81, эжектор ОК-80М-76, двойной колонковый набор ОК-70М.

Колонковый набор ОК-81 (рис. ) включает специальную твердосплавную коронку КГ-3-76-4, кернорватель, колонковую трубу, делитель потока (при необходимости), отражатель. Учитывая значительные напряжения, возникающие при прохождении ударного импульса по инструменту к забою, детали колонкового набора имеют повышенную прочность. Колонковая труба изготавливается из трубной заготовки диаметром 70 мм с толщиной стенки 6 мм и длиной 4-6 м. Специальные трапецеидальные присоединительные резьбы СП-63 и СП-62 имеют шаг 4,0 мм и высоту профиля 1,25.

Эжектор ОК-80М-76 (рис. ) предназначен для увеличения выхода керна при бурении в трещиноватых и разрушенных породах. Эжектор устанавливается между колонковой трубой и гидроударником. Благодаря высокой скорости потока жидкости, вытекающей из сопла-насадки, вблизи нее образуется зона пониженного давления, в которую по каналам из колонковой трубы засасывается жидкость. Таким образом создается обратная призабойная циркуляция, способствующая значительному увеличению отбора керна и шлама. Следует отметить, что наличие поглощения жидкости на забое при использовании эжектора может вызвать прижог коронки.

Техническая характеристика коронки КГ-3-76-4

Наружный диаметр, мм ………………………………………. 76

Внутренний диаметр, мм ……………………………………. 52

Высота, мм …………………………………………………….. 117

Число резцов …………………………………………………. 4

Размер резцов ……………………………………………….. 12х10х19

Марка твердого сплава ……………………………………. ВК-15

Форма резцов ………………………………………………… Г-57

Отработка коронок выполняется по круговой схеме во избежания конушения скважины: сначала отрабатываются все новые коронки диаметром 76,0 мм, затем перезаточенные диаметром 75,9, далее – 75,8 и т.д. Коронки диаметром 74,5 применять не рекомендуется. Не следует продолжать бурение после снижения механической скорости до 30-40 % от первоначальной скорости ввиду затупления резцов. Заточка резцов выполняется на кругах из карбида кремния; при этом площадка притупления лезвия должна быть шириной 0,3-0,5 мм.

Кернорватель КЦ-76МВ цангового типа размещается в конусной проточке колонковой трубы и обеспечивает надежный захват и удержание керна.

Техническая характеристика кернорвателя КЦ-76-МВ

Диаметр, мм:

• наружный ……………………………………………………….. 60

• внутренний ……………………………………………………… 51

Высота, мм …………………………………………………………. 80

Масса, кг …………………………………………………………….. 0,085

Ресурс работы, м ………………………………………………….. 60

Двойной колонковый снаряд ОК-70М (см.рис. ) применяется в неустойчивых разрушенных породах, в зонах интенсивного поглощения. В снаряде обеспечивается обратная призабойная циркуляция жидкости за счет разделения потока ниже кернорвателя: часть потока направляется на забой, основная часть поднимается с керном и выходит через каналы в верхнем переходнике в затрубное пространство. Керноприемная труба выполнена секционной, что упрощает операцию по извлечению керна. Ввиду передачи высокочастотных ударных нагрузок требуется повышенное внимание к ее техническому состоянию.

Ловушка Л-76 предназначена для очистки забоя от осколков твердого сплава буровых коронок. Корпус на наружной поверхности имеет четыре винтовых паза. Ловушка спускается с гидроударником. Жидкость к забою поступает по двум закрытым пазам и поднимается вверх с осколками по двум другим пазам, попадая во внутреннюю шламоприемную емкость.

Отражатель гидроударных волн применяется с гидроударником Г76У для улучшения показателей его работы, что видно из сравнения значений энергии единичного удара:

Тип гидроударника	ГМ76У	ГМ76У с отражателем
Расход жидкости, дм3/мин	180-200	160-180
Перепад давления, МПа	1,2-1,5	4,0
Энергия единичного удара, Дж	60-80	90

Используется эффект отражения гидроударной волны от тупика трубопровода в результате чего происходит удвоение амплитуды давления.

Гидроударник ГМ-151У предназначен для интенсификации вращательного бурения гидрогеологических, инженерно-геологических, технических и других скважин диаметром от 151 до 222 мм в твердых породах глубиной до 300 м шарошечными долотами (рис. , см.табл. ).