Оборудование для ударного бурения

Установки ударного бурения

Установки ударного бурения относятся к одному из самых простых с точки зрения конструкции типу буровых установок. Наряду с установками вращательного бурения, ударно-канатные буровые наиболее часто производятся самостоятельно людьми, не желающими привлекать к буровым работам по созданию автономного источника водоснабжения профессиональные буровые бригады.

Установки ударного бурения отписывают принцип воздействия на разрушаемую породу в самом своем названии: дробление породы происходит под ударами долота, а полученные в результате такого воздействия осколки удаляются из забоя желонками. Несмотря на то, что в профессиональной среде популярность этого метода по сравнению с другими становится все ниже – в области обустройства скважин на воду у буровых установок ударного типа есть ряд преимуществ, которые не позволят данной технологии полностью исчезнуть из рабочего арсенала буровых компаний и частных мастеров по бурению.

Среди ключевых достоинств установок ударного бурения:

1. Ударная буровая установка позволяет обеспечить эффективное вскрытие водоносного пласта.
2. Ударно-канатный метод бурения не требует применения буровых растворов или воды для промывки скважины. Это позволяет легко работать в условиях, когда промывочная жидкость буквально мгновенно впитывается в окружающие слои грунта.
3. Установка ударного типа наносит наименьший ущерб чистоте водоносного горизонта, благодаря чему скважина готова к использованию практически сразу после завершения работ.
4. Диаметр скважины при использовании буровой установки ударного типа может существенно превышать диаметры скважин, пробуренных установками иного типа. В некоторых случая диаметр скважины, пробуренной ударной буровой установкой, может превышать 50 см.
5. При работе в породах, которые содержат галечно-валунные отложения, риск повредить инструмент в данном случае минимален.

Кроме того, благодаря специфике ударного метода бурения, при бурении можно взять раздельные пробы водоносного горизонта.

В свою очередь необходимо отметить и недостатки ударных буровых установок: и главный из них – маленькая скорость проведения работ. Кроме того, ударную буровую установку можно использовать далеко не в каждом типе песчаного грунта. Вряд ли такое устройство позволит Вам создать очень глубокую скважину, и точно не предполагает никаких вариантов по отклонению ствола скважины от вертикали.

Тем не менее, наличие у ударно-канатного способа бурения весомых преимуществ позволяет предположить, что эта технология найдет широкое применение в узком сегменте буровых задач.

rosprombur.ru

Ударно-вращательное бурение - описание технологии и обзор оборудования для ударно-вращательного бурения, полезная информация от компании «ПК Анкер Гео»

Ударно-вращательный способ бурения является одним из самых быстрых и эффективных методов проходки скважин на сегодняшний день. Его суть проста: на породоразрушающий инструмент одновременно подаются вращательные и ударные импульсы. Последние генерирует специальный погружной пневмоударный механизм или, проще говоря, пневмоударник.

Современный пневмоударник способен передавать в забой от 1000 до 2000 ударов в минуту. Если нужна большая производительность, можно задействовать гидроударный механизм. Он работает от энергии жидкости и способен генерировать от 1100 до 3500 ударов в минуту. Правда и обслуживать такую систему несколько сложнее.

История развития данного вида бурения в России тянется с начала прошлого века. Ещё в 1905 году инженер по фамилии Вольский впервые опробовал данный метод при бурении скважин на Кавказе. В 1930 году Комаров В. Н. усовершенствовал предложенный Вольским метод и пробурил несколько глубоких скважин на твёрдые ископаемые, залегающие в подземных пластах Урала. Полномасштабные исследовательские и экспериментальные работы по бурению ударно-вращательным методом были проведены в 1937 году советским профессором Эпштейном. С тех пор мощность гидро- и пневмоударников с каждым годом росла, а вместе с ней увеличивалась и скорость прохождения твёрдых слоёв грунта. На сегодняшней день мы имеем технологию, обеспечивающую прирост в скорости в два, а то и два с половиной раза относительно темпа вращательного бурения (при этом сфера применения ударно-вращательного способа бурения остаётся фактически той же). Вместе с тем улучшаются условия труда, что немаловажно для круглогодичного осуществления работ.

Существует большое разнообразие вибрационных, гидравлических и пневматических систем, применяемых при бурении. И каждая из этих систем хороша в своей области. Так, пневмоударник отлично справляется с обустройством взрывных скважин. Полуавтоматические пневмоударные станки позволяют внедрять системы поточной добычи твёрдых ископаемых. Если же предстоит иметь дело с твёрдыми породами 6-12 категории буримости, высокопроизводительные погружные пневмоударники представляются лучшим вариантом из всех возможных. Этот буровой инструмент ощутимо снижает кольматацию водных пластов, позволяя осуществлять их надёжное опломбирование.

Коронка буровая и её особенности

Ударно-вращательный метод бурения накладывает определённые требования на применяемый буровой инструмент и в особенности на буровую коронку. Учитывая тот факт, что разрушение пород выполняется за счёт совокупного действия осевого усилия и непрерывных ударных импульсов, передаче обеих этих сил на забой уделяется особое внимание.

Оптимальной производительности можно достичь лишь при условии, что все рабочие лезвия породоразрушающего инструмента сориентированы в нужном направлении. Их углы должны быть тщательно рассчитаны, чтобы один буровой инструмент мог передавать и вращательную, и ударную нагрузку. К настоящему моменту инженерами было проведено множество исследований в данной области. В ходе них было выявлено, что для горных пород различных категорий буримости подходят различные сочетания статических и динамических сил, подаваемых в разном соотношении. Разумеется, под это соотношение должна быть подобрана и геометрия рабочих лезвий породоразрушающего бурового инструмента. Так, например, если угол сминания породы будет слишком высоким, проходка за счёт осевого усилия может оказаться затруднительной, а инструмент будет быстро истираться.

Буровая установка

Как уже было отмечено выше, первая буровая установка, объединяющая в себе силы вращательного и ударного характера, была спроектирована и построена в Советском Союзе. Машина представляла собой совокупность кулачкового ударного механизма, редуктора и электродвигателя средней мощности. Все эти компоненты были смонтированы на небольшой площадке, способной двигаться назад-вперёд в направляющих салазках. Сами же салазки были закреплены на распорной колонке. Рабочее буровое оборудование являло собой длинную трубу, на которой была закреплена кольцевая воронка, армированная пластинами-резцами. Заострение имело форму клина с передним углом -20° и задним 30°. Несмотря на множественные недоработки, эффективность ударно-вращательного бурения была подтверждена экспериментальным путём. Уже в послевоенный период буровые установки ударно-вращательного типа начали разрабатываться сразу несколькими крупными компаниями ФРГ («Salzgitter», «Nyusse und Grefer» и «HAUSHERR»).

Современная вращательно-ударная буровая установка подчиняется тому же принципу, что и прототип 1934 года. Она состоит из ударного, вращательного и подающего механизмов, смонтированных на установочно-транспортной площадке. При этом управление всеми механизмами буровой установки осуществляется с единственного пульта.

Ударно-вращательные механизмы

В классической буровой установке, предназначенной для ударно-вращательного бурения, смонтировано сразу два механизма для разных типов нагрузок. Как правило, они компонуются в один корпус, но иногда производитель прибегает к раздельному расположению. Но это не единственное отличие ударно-вращательного оборудования от стандартных буровых установок. Ещё одной характерной чертой является наличие погружного пневмоударника, опускающегося в скважину вместе с буровой коронкой.

В отличие от вращательно-подающих установок, прибегающих к пневматике, гидравлике и электричеству, современное ударно-вращательное буровое оборудование совершает полезное действие в основном за счёт пневматической энергии. Как раз это и формирует основное преимущество такой установки, а именно — её способность передавать энергию удара на породоразрушающий инструмент, независимо от скорости его вращения и глубины забуривания в грунт.

Погружной пневмоударник

Данный элемент буровой установки аналогичен по своему устройству и принципу действия обыкновенному перфоратору. При этом он производит проходку без какого-либо встроенного поворотного механизма, вращаясь вместе с буровой колонной. Работают пневмоударники на гидро-воздушной смеси, распределение которой регулируется золотниками и кольцевыми клапанами. При этом весь сбрасываемый пневмоударником отработанный воздух отводится в нижнюю часть разрабатываемой скважины, способствуя очищению забоя от раздробленной породы.

При выборе пневмоударника обращайте внимание на его маркировку. Модели с индексом «П» сконструированы для производства работ на открытой местности. Буровой инструмент с маркировкой «ПП» предназначен для подземных работ.

Штанга и буровое долото

Корпус бурового долота испытывает большие нагрузки. Чтобы он был способен выдерживать их на протяжении длительного периода времени, его отливают из легированной конструкционной стали марки 40ХН. Что касается штанг, на которые монтируется породоразрушающий инструмент, то их также изготавливают из прочной стали марок 35 ГС и 36 Г2С.

Заключение

Как видим, ударно-вращательное бурение — самостоятельный вид производства буровых работ, отличающийся особым методом дробления горных пород. Но, несмотря на все перечисленные в статье преимущества данного метода, он всё ещё нуждается в усовершенствовании. Особенно это касается ситуаций, когда необходимо применять ударно-вращательное бурение в сложных гидрогеологических условиях.

На сегодняшний день накоплено множество материалов по бурению ударно-вращательным методом. Однако полученный за все эти годы опыт очень разнороден и часто не отражает всех нюансов сооружения инженерно-технических и эксплуатационных скважин. В связи с этим выбрать правильное буровое оборудование без инженеров-технологов зачастую бывает сложно.

www.anker-pk.ru

СБШ, СБУ, ударное, канатное, вращательное бурение

Буровые станки (БС) — самоходное либо стационарное оборудование, используемое для разработки скважин в нефтедобывающей промышленности, строительстве и водоснабжении. Существует 4 основных параметра, характеризирующих буровые станки — диаметр и глубина скважин, а также направленность (вертикальное/горизонтальное) и скорость бурения.

Буровая установка

В данной статье представлены установки для бурения скважин. Мы рассмотрим их разновидности, устройство и технические характеристики, а приведем обзор наиболее распространенных моделей оборудования.

Какое применяют оборудование для бурения скважин?

Основной характеристикой, в соответствии с которой классифицируется оборудование для разработки скважин, является принцип работы. Выделяют 5 основных способов бурения:

• вращательное;
• шнековое;
• ударное;
• шарошечное;
• ударно-вращательное.

Рассмотрим каждый из способов, а также применяемое для его реализации оборудование, более подробно.
к меню ↑

Станки вращательного (шнекового) бурения

Вращательное бурение осуществляется посредством разработки грунтовых масс вращающейся коронкой, которая с усилием подается вдоль оси скважины. Коронка состоит из нескольких режущих кромок — «перьев», которые контактируя с грунтом скалывают его, тем самым углубляясь вниз. Преимуществом данного способа является высокая скорость, недостатком — возможность применения лишь в почве средней и малой твердости.  При работе в твердых грунтах коронка не срезает, а стирает почву, что приводит к ускоренному износу резцов. Существуют специальные алмазные колонки, однако ввиду высокой стоимости такого оборудования их применение распространено крайне слабой.

Рассмотрим устройство станка вращательного бурения на примере распространенной модели СБР-160, который способен разрабатывать скважины диаметром 160-200 мм на глубину до 25 м. Схема данной машины представлена на изображении.

СБР-160

Все самоходные машины вращательного бурения базируются на  транспортной базе — гусеничной либо колесной. Модель СБР-160 обустроена на основе экскаватора Э-652А, в ней каждая из гусениц оснащена индивидуальным приводом, что значительно увеличивает проходимость машины.

Рабочий узел агрегата состоит из мачты, шнека и вращателя. Мачта представляет собой направляющую конструкцию, в которой смонтирован механизм подачи буровой колонны (шнека). Сам шнек может быть непрерывным либо секционным- пригодным к наращиванию.

Вращатель бурового станка — устройство, приводящее буровую колонну в действие. В СБР-160 вращатель состоит из асинхронного двигателя, патрона, муфты, редуктора и гидроцилиндра, посредством которого производится переключение скоростей. Технические характеристики данной модели предусматривают 4 скорости бурения — 250, 160, 125 и 80 об/мин.

БМ-811

Также в отечественной промышленности распространены следующие станки вращательного бурения:

• УРБ-2А — монтируется на шасси Урал-4320, ЗИЛ-131 либо АМАЗ-43114. Буровые станки серии УРБ-2А приводятся в действие непосредственно от двигателя базового транспорта, они комплектуются насосом типа НБ-50, компрессором для подачи бурового раствора КВ-10 либо 4ВУ1-5 (зависит от модели) и генератором БГ-16. Грузоподъемность штатной лебедки составляет 700 кг. Технические характеристики: диаметр бурения — до 190 мм, глубина — до 100 м;
• Атлас Копко DM-45 и DM-50 — агрегаты на гусеничном ходу, разрабатывают скважины диаметром 150-230 мм на глубину до 53 метров, способны развивать гидравлическое усилие на забой до 200 кН.
• СБР-160А и СБР-160Б — гусеничные станки, предназначенные для бурения горных пород с коэффициентом крепости 1-6. Диаметры бурения — 160, 180 и 200 мм. Модели отличаются между собой технической производительностью, у СБР-160А она составляет 60 м/ч, у СБР-160Б — 30 м/ч.

Среди оборудования от зарубежных производителей выделим станки вращательного бурения Sandvik, произведенные одноименным шведским концерном. В ассортименте компании представлены агрегаты для разработки скважин глубиной 27-45 м и диаметром до 311 мм.
к меню ↑

Шнековое бурение скважин станками типа ЛБУ 50 (видео)

Станки ударного бурения

Установки для ударного бурения разрабатывают скважину посредством кратковременного воздействия на дно скважины специального инструмента, совершающего возвратно-поступательные движения. В зависимости от принципа работы все буровые станки данного типа делятся на 3 разновидности:

1. Станки ударно-канатного бурения.

Их устройство не предполагает наличия осевого усилия при подаче рабочего инструмента — боек падает на дно скважины под своем весом. Такое оборудование имеет достаточно низкую производительность, но при этом она крайне эффективна при разработке хрупких горных пород.

Рабочий инструмент таких станков имеет вес 1-3 тонны, он подвешивается на лебедке и поднимается посредством кривошипно-шатунного механизма на высоту 1-2 метров над забоем. В процессе разработки на дно скважины заливается вода, размягчающая породу.  Разрушенный грунт периодически удаляется с помощью желонки.

БС-3

Установки для ударно-канатного бурения бывают как крупногабаритные на гусеничном (БС-3) либо колесном ходу (БЖ-6), так и компактные (сборного типа) для разработки скважин на воду. Общим недостатком всех агрегатов является низкая производительность, так как скорость свободного падения рабочего инструмента непосредственно зависит от силы земного притяжения и количество ударов невозможно увеличить выше отметки 50-60 шт/мин.

2. Станки шарошечного бурения.

В таких агрегатах рабочим инструментом выступает шарошечное долото, осуществляющее дробяще-скалывающую разработку породы. Буровой колонне, на которой закреплено долото, сообщается не только возвратно-поступательное движение с большим усилием по отношению к дну забоя, но и вращательное движение.

Шарошечное долото

Такие установки используются для бурения всех типов грунтов — от мягких до особо твердых (включая горные породы), они способы разрабатывать скважины диаметром 72-400 мм. Среди отечественного оборудования выделим станок СБШ-200 (глубина — 30 м, диаметр 190-243 мм) и станок СБШ-250 (глубина — 40 м, диаметр — 214-270 мм). При разработке карьеров чаще всего используется буровой станок БТС 150 на базе гусеничного трактора Т-10М.

3. Станки ударно-вращательного бурения

Установки ударно-вращательного бурения отличаются от ударно-канатных и шарошечных агрегатов тем, что при разработке скважины их рабочий инструмент вращается не только в перерывах между ударами, а непрерывно. При этом забой углубляется за вхождения коронки в грунт в момент удара, а вращение обеспечивает очистку дна скважины от выработанной породы.

Основными признаками оборудования данного типа являются низкий крутящий момент и осевое усилие, при большой ударной нагрузке. Ударно-вращательное бурение демонстрирует максимальную производительность при работе на особо твердых и абразивных породах.

СБУ-125

Среди техники отечественного производства наиболее распространенными установки серии СБУ-125, способные разрабатывать вертикальные и наклонные скважины диаметром до 125 мм на глубину до 22 метров.  Все модели СБУ-125  обустроены на базе гусеничной углепогрузочной машины УП-3.
к меню ↑

Станки колонкового бурения

Установки колонкового бурения чаще всего применяются при исследовательских и строительных работах. Основным их отличием от шнекового и ударного оборудования является то, что выработка грунта осуществляется не по всему периметру скважины, и лишь по радиусу колонкового снаряда, который представляет собой круглую трубу с наваренными на торец твердосплавными режущими зубьями.

При работе внутренняя полость колонкового снаряда заполняется вырезанным грунтом, после чего снаряд поднимается на поверхность и его содержимое извлекается. Такое принцип работы позволяет получать цельную породу, необходимую для проведения геодезических испытаний.

СКБ-4100

Также по колонковому принципу действуют все агрегаты для бурения отверстий в монолитных конструкциях из железобетона. Их рабочий инструмент оснащен специальными алмазными резцами, эффективно вскрывающими материал повышенной твердости.