Группа компаний Семиречье- бурение скважин на воду, бурение артезианских скважин, водоснабжение, проектирование водозаборов   Перейти на главную страницу сайта Компании Семиречье Контакты компании Семиречье Карта сайта компании Семиречье Заявка на бурение артезианских скважин
    Телефоны группы компаний Семиречье

Системы водоснабжения

 

Ударно-вращательное бурение

 
 

 

Разрушающее усилие при ударно-вращательном бурении достигается благодаря совместному воздействию вращения и ударов инструмента, разрушающего породу.

К основным механизмам ударно-вращательного бурения относятся:

  • гидравлические
  • пневматические
  • пневмо-гидравлические механизмы.

Гидравлические и пневматические механизмы применяют в виде нескольких периферийно расположенных гидро- и пневмоударников либо пневмопробойников, которые связаны с корпусом породоразрушающего инструмента.

Данные механизмы применяются преимущественно в устройствах для расширения скважин.

1. Рассмотрим принцип работы механизма с несколькими периферийно расположенными пневмопробойниками.

В подготовленное устье водоносной скважины вставляют головную часть устройства. Из-за воздействия сжатого воздуха происходит образование ударных импульсов, благодаря чему головная часть вместе с кожухом инструмента погружается в породу. В процессе движения головная часть, соприкасаясь с породой, уплотняет её, создавая при этом силы сцепления, которые компенсируют инерционные нагрузки.

2. Принцип работы механизмов с пневмоударниками.

Сжатый воздух, проходя сквозь коллектор, проникает в рабочие цилиндры, приводя к возвратно-поступательному движению пневмоударников. В свою очередь ударники воздействуют на хвостовики буровых коронок, в результате происходит разрушение забоя расширенной скважины.

Для повышения эффективности пневматических механизмов, выдвинут ряд технических решений. Например, сотрудники Института горного дела Сибирского отделения АН СССР, Н.А. Беляев и Н.И. Есина, полагают, что увеличение ударной мощности на единицу площади забоя скважины достигается благодаря расположению рабочих цилиндров и буровых коронок эксцентрично относительно друг другу, при этом показатель эксцентриситета определяется по формуле:

формула_1, где:

D –диаметр скважины после расширения;

dдиаметр скважины до расширения;

Пmin –минимальное, конструктивно допустимое сближение рабочих цилиндров;

R –минимальное расстояние от оси буровой коронки по стенке рабочего цилиндра.

Гидропневматический ударный механизм ударно-вращательного бурения включает: цилиндр, с бойком и поршнем со штоком внутри. Возвратно-поступательное движение происходит от силового привода в виде кривошипно-шатунного механизма, и газо-гидравлического компенсатора.

В настоящее время существует множество механизмов и устройств для вращательного бурения. Вот некоторые из них.

Для повышения эффективности ударно-вращательного бурения, в политехническом институте Кузбасса создали комбинированное устройство (рис.1), позволяющее осуществлять разрушение породы резцами за счёт отрыва, благодаря чему обеспечивается образование в породе растягивающих и частично скалывающих напряжений.

Конструкция устройства включает:

  • 1 - корпус
  • 2 - забурник
  • 3 - резцы
  • 4 - ось для периодического сдвижения и раздвижения резцов
  • 5 - поршень-боёк
  • 6 - толкатель
  • 7 - пружина
  • 8 - плечи рычагов
  • 9 - плечи рычагов для взаимодействия с приводными механизмами (5 и 6), вогнуты внутрь корпуса.
комбинированное устройство

Рис.1

Комбинированное устройство для бурения скважин

Принцип работы данного устройства:

Резцы (3) при вращении устройства поворачиваются в результате удара, который наносит по их изогнутым концам (8 и 9) поршень-боёк (5) и через промежуточное тело (10) создают, в образованном опережающим забурником уступе породы, растягивающее напряжение и разрушают породу. Во время подъёма поршня-бойка (5) резцы при помощи подпружиненного толкателя (6) возвращаются в прорези корпуса (1). Затем цикл повторяется.

Через канал (12) воздух проходит в опережающую скважину, через канал (11) –в подпружиненный толкатель (6), а затем сквозь прорези - в призабойную часть скважины, причём воздушный поток блокирует попадание частиц породы в прорези и препятствует заклиниванию резцов.

Для лучшей эффективности разрушения твёрдых пород создана машина для ударно-вращательного бурения(рис. 2), которая получает удельную энергию удара на лезвие буровой коронки благодаря высоковольтным импульсным разрядам в жидкости.

буровая машина

Рис. 2

Буровая машина ударно-вращательного действия

Устройство машины ударно-вращательного бурения:

  • 1 - полый шнек
  • 2 - ёмкость с жидкостью внутри шнека
  • 3 - электрод
  • 4 - ударник
  • 5 - коронка
  • 6 - узел привода.
  • 7 - эластичная связь, соединяющая 2 части ёмкости для жидкости
  • 8 - верхняя крышка ёмкости
  • 9 - неподвижная труба, в которой проходит электрод
  • 10 - нижняя крышка ёмкости
  • 11 - забурник
  • 12 - кулачки в хвостовой части ударника, на которую насажена быстросъёмная коронка.

Принцип работы машины ударно-вращательного бурения:

При включении буровой машины на электрод (3) от силового электрического блока подаётся высокое напряжение, в результате происходит разряд в ёмкости с жидкостью между электродом и нижней крышкой, которая соединена через шнек с землёй. При разряде давление в ёмкости с жидкостью резко увеличивается и ударник вместе с крышкой ударяет коронкой по материалу и разрушает его.

В исходное положение ударник возвращается вследствие эластичной связи ёмкости (7) и поступательного движения буровой машины на забой. Силу и частоту удара можно регулировать, изменяя параметры электрического блока.

Также широкое применение получил пневмоударный бур, изобретённый М.М. Розиным и П.А.Широконосовым (рис. 3).

колонковый бур

Рис. 3

Колонковый пневмоударный бур, включающий:

  • 1 - корпус
  • 2 - пневмоударник
  • 3 - долото
  • 4 - выдвижные элементы
  • 5 - выдвижные элементы
  • 6 - верхняя часть
  • 7 - механизм подрезки стержня
  • 8 - воздухораспределитель
  • 9 - воздухопровод
  • 10 - калибрующие резцы
  • 11 - керноприёмная камера
  • 12 - окна

Принцип работы бура:

Сжатый воздух от распределителя поступает через воздуховоды к пневмоударникам, приводя в действие долото. Отработанный воздух через окна и отверстия в нижнем торце корпуса очищает забой. В это время выдвижные элементы находятся в корпусе, а калибрующие резцы осуществляют обработку стенок керна и скважины. После прохождения скважины с кольцевым забоем на необходимую глубину прекращают подачу бура. Воздействуя на верхнюю часть механизма подрезки, при вращении бура перемещают выдвижные элементы по направлению к керну и подрезают его. Затем бур поднимают на поверхность, удаляют керн и перемещают выдвижные элементы в исходное положение.

Важной составляющей устройств ударно-вращательного бурения являются ударные механизмы, в качестве привода которых используются пневмопривод, электропривод, а также приводы кулачкового типа в сочетании с аккумуляторами энергии.

Интересны с точки зрения эффективности устройства для ударно-вращательного бурения, которые снабжены генератором тока с турбинным приводом. Например, устройство, ударник которого оснащён обратными клапанами, которые предотвращают передачу избыточного давления на забой (рис.4).

устройство для бурения

Рис.4

Устройство для ударно-вращательного бурения, состоящее из:

  • 1 - штанга
  • 2 - ударник
  • 3 - пружина
  • 4 - дифференциальный клапан
  • 5 - шпиндель
  • 6 - бурт
  • 7 - отверстия
  • 8 - обратные клапаны
  • 9 - шлицевой разъём
  • 10 - отверстия

Для перемещения ударника в скважине используют расширители (центраторы), которые установлены над (под) ударником.

Когда устройство опускают в скважину, ударник, шпиндель и клапан зависают на ограничителях. Скважину промывают через клапаны в штанге и зазор между шпинделем и клапаном.

Во время бурения ударник, шпиндель и клапан поднимаются вверх и перекрывают поток промывочной жидкости. В результате увеличивается давление полости над клапаном, что ведёт к перемещению ударника вверх. При этом сжимается пружина. Пройдя расстояние до ограничителя хода клапана, ударник поднимает клапан и движется вместе с ним по инерции.

Через получившийся зазор промывочная жидкость проникает к долоту, уменьшается давление и ударник под воздействие сжатой пружины опускается вниз, а клапан –наверх за счёт разности давления. В конце хода ударника зазор уменьшается, и клапан опускается вниз. Затем цикл повторяется.