Машины ударно-вращательного бурения

Ударно-вращательный способ бурения совмещает в себе признаки ударного и вращательного бурения резанием. При этом способе удары высокой энергии осуществляются погружным ударником (преимущественно пневматическим). На эти удары накладываются относительно небольшие осевое усилие и момент вращения. Порода разрушается ударом долота, а оставшиеся гребешки срезаются при его повороте.

Станки ударно-вращательного бурения погружными

Пневмоударниками.

Станки ударно-вращательного бурения предназначены для проходки вертикальных и наклонных скважин по крепким, очень крепким и абразивным породам с коэффициентом крепости f = 6 - 18.

Таблица 3.1.

Техническая характеристика станков ударно-вращательного бурения

Параметры	Модель бурового станка
2СБУ-100-32	3СБУ-100-32	СБУ-100-35	СБУ-125-24	СБУ-125У-52
Диаметр скважины, мм		85, 100, 125	100, 125		125 – 160
Глубина бурения по вертикали, м			35, 50	24, 32
Угол наклона скважины, градус	0, 15, 30	Манипулятор	0, 15, 30	0, 15, 30	0 - 30
Длина буровой штанги, мм

Станок СБУ-125У-52 (см. рис.3.1.) на гусеничном ходу 1, балансирно связанным с рамой платформы 2, имеет мачту 3, вращатель 4, пневмоцилиндр 5 подачи бурового става и кассету 6 со штангами.

Рис. 3.1. Буровой станок СБУ-125У-52

1 – гусеничный ход; 2 – платформа; 3 – мачта; 4 – вращатель;

5 – пневмоцилиндр подачи; 6 – кассета; 7 – долото; 8 – пневмоударник;

9 – штанга; 10 – кабина; 11 – задний гидродомкрат;

12 – передний гидродомкрат; 13 – кузов.

Разрушение породы на забое скважины осуществляется долотом 7, установленным в пневмоударнике 8, соединенном со штангой 9. Процессом бурения машинист управляет из кабины 10. Горизонтирование станка обеспечивается тремя гидродомкратами – одним задним 11 и двумя передними 12. В кузове 13 расположены маслостанция системы управления приводами и вспомогательные механизмы.

Станки типа СБУ выпускаются с механизмами подачи двух видов – с пневмоцилиндром (см. рис.3.1.) и с пневмодвигателем (см. рис.3.2.).

Рис. 3.2. Кинематическая схема вращательно-подающего механизма

станка СБУ-125-24

1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – буровой став; 4 – переходник;

5 – пневмоударник; 6 – долото; 7 – втулочно-роликовая цепь; 8 – звездочка;

9 – пневмодвигатель; 10 – редуктор; 11 – направляющие.

В последнем случае вращательно-подающий механизм состоит из электродвигателя 1, который сообщает вращение через редуктор 2 буровому ставу 3, переходнику 4, пневмоударнику 5 и долоту 6. Подающий механизм содержит две втулочно-роликовые цепи 7, концы которых крепятся к коромыслу вращателя. Привод цепи осуществляется звездочкой 8 от пневмодвигателя 9 через двухступенчатый редуктор 10. Буровой став перемещается вдоль мачты по направляющим 11 при включении двигателя 9.

Комплект бурового инструмента для ударно-вращательного бурения состоит из буровых штанг, переходника, погружного пневмоударника и долота. Буровая штанга служит для передачи крутящего момента от вращателя к долоту и одновременно выполняет функции подачи сжатого воздуха к пневмоударнику и забою скважины. Переходник соединяет став буровых штанг с пневмоударником. Он имеет унифицированные со штангой муфту и ниппель и более короткую длину трубы.

При ударно-вращательном бурении буровой машиной является погружной пневмоударник, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение и при рабочем ходе наносит удар по хвостовику бурового инструмента. Погружной пневмоударник выполняется без встроенного поворотного устройства и работает на сжатом воздухе или воздушно-водяной смеси. Вращение и подача пневмоударника на забой осуществляется через буровую штангу от установленных вне скважины вращателя и податчика.

Выпускаются пневмоударники с бесклапанной и с клапанной (см. рис.3.3.) системами воздухораспределения.

Рис. 3.3. Пневмоударник с клапанной системой воздухораспределения.

1 – корпус; 2 – ударник; 3 – клапанная коробка; 4 – клапан; 5 – переходник;

6 – сетка; 7 – долото; 8 – шпонка; 9 – верхняя камера; 10 – нижняя камера;

11 - отверстие; 12, 13, 14, 15 – каналы.

Корпус 1 пневмоударника представляет собой толстостенный цилиндр. Внутри корпуса находятся ударник 2 и клапанная коробка 3. Клапанная коробка имеет седла, между которыми движется клапан 4. Клапанная коробка прижимается к торцевой проточке корпуса с помощью переходника 5, который соединяется с буровой штангой. Внутрь переходника вставлена сетка 6 для очистки сжатого воздуха от посторонних примесей. В передней части пневмоударника находится долото 7, которое крепится в корпусе с помощью шпонки 8.

Пневмоударник работает следующим образом. Сжатый воздух по буровой штанге поступает в переходник и затем через сетку проходит к клапанной коробке. Далее воздух под клапаном проходит в верхнюю камеру 9. Под действием давления сжатого воздуха ударник 2 начнет двигаться вниз. Воздух, находящийся в нижней камере 10, будет выходить через выхлопные отверстия 11 наружу. Ударник, пройдя нижней кромкой отверстия 11, начнет сжимать воздух, находящийся в нижней камере 10. Давление сжатого воздуха будет передаваться по каналам 12 и 13 на клапан 4. После того, как откроются выхлопные отверстия 11, клапан 4 перекинется в нижнее положение, а ударник, перемещаясь вниз, нанесет удар по долоту и начнет перемещаться вверх за счет отскока от долота и под действием сжатого воздуха, который после перекидки клапана поступает по каналам 12 и 13 в нижнюю камеру 10.

При движении вверх ударник будет сжимать воздух, оставшийся в камере 9 и давление передастся на клапан 4. Когда ударник откроет отверстия 11, давление в канале 13 упадет почти до атмосферного и произойдет перекидка клапана в верхнее положение. Сжатый воздух при этом снова будет поступать в верхнюю камеру, и цикл повторится.

Удаление буровой мелочи производится сжатым воздухом, который проходит по каналам 14 и 15 вдоль корпуса пневмоударника к забою скважины.

Хвостовик долота закрепляют в пневмоударнике шпонкой или шариковым замком. Лыска на хвостовике позволяет долоту смещаться в осевом направлении, что необходимо для обеспечения запуска пневмоударника прижатием долота к забою и открытия каналов перемещения поршня.

Долота с опережающим лезвием БК-155 (рис.3.4.а) применяют для забуривания скважины.

Они состоят из головки 1 с опережающим лезвием 2 и тремя твердосплавными лезвиями 8 и хвостовика 3. Хвостовик служит для передачи импульса от пневмоударника и крутящего момента через твердосплавные лезвия к забою скважины.

Наибольшее распространение имеют четырехперые Х-образные долота К-105КА и К-130К (см. рис.3.4.б) с осевым каналом 4 для продувки забоя скважины. При бурении погружными пневмоударниками также широко применяют долота типа КНШ (рис.3.4.в), армированные штырями 6 из карбида вольфрама со сферической рабочей поверхностью.

Рис. 3.4. Долота для ударно-вращательного бурения:

а – БК-155; б – К105КА; в – КНШ-110

1 – головка; 2 – опережающее лезвие; 3 – хвостовик; 4 – осевой канал;

5 – лыска; 6 – штыри; 7 – шариковый замок; 8 – твердосплавное лезвие.

Для сохранения высокой скорости бурения штыри долота требуют периодической заточки.