Буровой забойный инструмент

При колонковом бурении выбуривается керн, столбик породы, которой необходимо оторвать с забоя и поднять на поверхность. С этой целью применяется буровой снаряд (рис. 8.4, а), состоящий из следующих частей: коронки 1, рвательного корпуса 2 с рвательной пружиной-кольцом 3 для отрыва керна, колонковой трубы 4 для приема выбуриваемого керна и стабилизации направления (траектории) скважины; переходника 5 с колонковой трубы на штанги 6.

Коронка или корончатое кольцо представляет собой пустотелый стальной цилиндр, имеющий на верхнем конце наружную нарезку под рвательный корпус или под колонковую трубу; в нижнюю торцевую плоскость коронки вставляются алмазы или резцы из твердых сплавов; высота коронки 50 мм, толщина стенки 6,5 мм, наружный диаметр корончатых колец по стандарту 44,5; 58,5; 75; 91; 110; 130; 150 мм.

Рвательный корпус в нижней части имеет расширенную кверху конусную расточку. В этой расточке находится рвательная пружина. Роль рвательного корпуса сводится к удержанию на месте пружины, чтобы она

не поднималась кверху вместе с керном; для этой цели верхнее отверстие в рвательном корпусе имеет меньший диаметр по сравнению с наружным диаметром пружины.

Рвательная пружина представляет собой разрезанное по образующей коническое пружинное кольцо с внутренними выступами, которые можно рассматривать как клинья. При бурении эти клинья-выступы слегка касаются керна, но как только снаряд будет подниматься кверху, они заклинят керн в конусе коронки. Рвательный корпус с установленной в нем рвательной пружиной (в сборе) называют кернорвателем.

Колонковая труба изготавливается из цельнотянутых труб с толщиной стенок 3,5–5 мм; длина колонковых труб – 1,5; 3,0; 4,5 м и более; диаметр на 1–4 мм меньше наружного диаметра коронки. Колонковая труба имеет на нижнем и верхнем концах внутреннюю ленточную резьбу.

Колонковый снаряд для дробового бурения (рис. 8.4, б) несколько отличается от вышеописанного – дробовая коронка 1; колонковая труба 2; тройной переходник 3 с колонковой трубы на штанги 5 и на шламовую трубу 4.

Дробовая коронка 1 представляет собой патрубок с резьбой на верхнем конце под колонковую трубу и внутренней конусной расточкой для заклинки керна; внизу коронка имеет вырез (часто называемый магазином) размерами: длина 12–15 см, ширина вверху 2 см, внизу до 1/4 и даже 1/3 средней окружности торца коронки. Задняя часть выреза имеет дугообразную форму для облегчения попадания дроби под торец коронки.

Шламовая труба представляет собой патрубок, навинчиваемый нижней левой резьбой на переходник; верхний конец открыт; внутри шламовой трубы проходят штанги.

При дробовом бурении, поскольку дробь не закреплена в коронке, нельзя давать большую промывку, чтобы не вымывать дробь с забоя. В небольшом кольцевом зазоре между колонковой трубой и стенками скважины скорость восходящего потока жидкости подбирается для подъема частиц породного и дробового шлама; но при выходе жидкости в большой кольцевой зазор между стенками скважины и стенками штанг скорость восходящего потока падает во столько раз, во сколько раз увеличилось кольцевое сечение. Падает и несущая способность струи, поэтому крупный шлам не может быть вынесен на поверхность, он сосредоточивается у переходника с колонковой трубы. Если бы не было шламовой трубы, куда оседает шлам, то такое скопление могло бы привести к зашламованию и прихвату колонкового снаряда, т. е. к аварии.

Диаметр шламовых труб совпадает с диаметром сопряженных колонковых труб; длина: 1,0; 2,0; 3,0 м.

Двойные колонковые трубы служат для улучшения выхода керна легко разрушающихся пород при алмазном и твердосплавном бурении. Двойная колонковая труба состоит из наружной трубы, к которой привинчивается коронка, и внутренней, в которую входит керн. Внутренняя труба изолирует слабоустойчивый керн от механического воздействия промывочной жидкости, направляющейся в зазор между трубами, и от вибраций колонкового снаряда. При вхождении в нее керна она прекращает вращаться и является защитным футляром для керна. Для выхода жидкости из трубы, заполняемой керном, служит клапан. Для срыва керна служит кернорватель, оснащенный кольцевой пружиной, захватывающий крепко керн при подъеме бурового инструмента на поверхность.

Для взятия керна в слабоустойчивых породах существует большое количество различных систем двойных колонковых труб.

В наборе буровых инструментов имеются боковые грунтоносы различных систем (пружинные, гидравлические, стреляющие) для взятия образцов пород со стенок скважины, т. е. из уже пробуренной скважины.

Для свинчивания колонкового снаряда применяются шарнирные и дуговые ключи.

При бурении не всегда требуется получение керна из верхних мягких пород; тогда в целях повышения производительности за счет уменьшения спуско-подъемных операций (не нужно поднимать керн, а можно бурить до затупления породоразрушающего инструмента, т. е. 25–40 м и более на один рейс вместо 1,0–2,0 м) применяют лопастные долота, шарошечные долота для сплошного бурения или пикобуры.