буріння свердловини

Інструмент і установка для проведення ударно-канатного

При ударно-канатному cпocoбi буріння порода у свердловині руйнується ударами важкого бурового снаряду, який скидається у забій з висоти 0,35...1,0 м. Розпушену породу виймають періодично (у мipy її накопичення) желонкою.

Принципова схема ударно-канатного способу (рис. 4.1) буріння така. Важкий буровий снаряд висить на каната, який огинає ролик бло­ка на вершині щогли, а також відтяжний i напрямний ролики, i намотується на барабан лебідки. Від електродвигуна головний вал набуває обертів, які передає шестерні. На цій шестерні змонтовано кривошипно-шатунний механізм, що перетворює обертальну дiю шестерні на зворотно-поступальний рух кінця балансирної рами, на якому насаджено відтяжний ролик. Кінець рами з напрямним роликом шарнірно закріплено на paмі верстата. Таким чином, у момент, коли відтяжний ролик i кінець рами йдуть донизу, вони натягують канат i піднімають буровий снаряд. Коли ролик іде в гору, він відпускає канат, i снаряд падає на забій. Така система забезпечує 40...50 ударів за хвилину. У мipy розпушення породи поступово відпускають канат з барабана i буровий снаряд поглиблює свердловину. Завдяки обертанню каната навколо своєї oci буровий снаряд розвертається на кут 10... 15 градусів при кожному наступному ударі, що надає свердловині круглої форми в поперечному пepepiзi.

Після заглиблення свердловини на 0,5... 1,0 м інструментальний канат намотують на барабан i повністю виймають буровий снаряд iз свердловини. В свердловину опускають желонку на желонковому тросі. Цей канат огинає свій ролик на вершиш щогли (поруч iз роликом 7) i намотується на желонковий барабан, розміщений на paмi верстата поряд із барабаном 10. Намотавши трохи троса на желонковий барабан, піднімають желонку, а потім різко відпускають гальмо барабана. Желонка падає на забій i частково наповнюється грунтом.

Виконавши кілька разів такі операції, желонку повністю наповнюють Грунтом. Наповнену желонку піднімають на денну поверхню, висипають грунт, i якщо в свердловині залишився розпушений грунт, знову скидають ц у свердловину. Так діють доти, поки не звільнять свердловину від розпушеного Грунту. Після цього знову опускають у свердловину буровий снаряд i так далі.

При спорудженні свердловин на воду використовують пересувні бурові установки ударно-канатного буріння, однією з яких є станок УГБ - ЗУК. Bci установки ударно-канатного буріння мають ударний механізм, три лебідки (інструментальна, желоночна, талева), щоглу, які розміщенні на загальній станиш. Бурові установки (станки) базуються на причіпних рамах з пневмоколесною ходою. В задній частиш верстата розташований електродвигун, який живиться вщ електромережі або вщ пересувної електростанції. Через клинореміну передачу двигун передав оберти на головний вал. На валу є декілька фрекційних муфт, через які передаються оберти великій шестерні ударного механізму та барабанам лебідок. Щогла станка висувна (телескопічна) i в зібраному положенні може обертатись на шарнірі на 90 градусів i переходити з горизонтального (транспортного) положення в вертикальне або навпаки. Висування проводиться за допомогою троса, який намотується (при опусканні щогли випускається) на спеціальний барабан в передній частині станка. В робочому стані щоглу закріплюють трубчастими розтяжками та, для більшої стійкості, чотирма тросовими розтяжками. На вершині щогли є інструментальний, желонковий та талевий блоки, через які перекидаються троси від желонкового, талевого (для підняття та спуску обсадних труб під час буріння i виконання вантажопіднімальних операцій при виправленні можливих неполадок i аварій), інструментального барабанів. Операції по зборці та розбірці бурового снаряду проводиться за допомогою укосини з кішкою та блоком.

Зміна кількості ударів бурового снаряду забезпечується шляхом заміни шківів з різними діаметрами на валу електричного двигуна, що забезпечує три швидкості обертання головного вала i відповідно вcix механізмів. Зміна величини ходу бурового снаряду забезпечується шляхом перестановки пальців в кривошипно-шатунному механізмі. Управління роботою станка проводиться системою рукояток, які винесені на окрему панель. Буровий інструмент, який використовується для ударно-канатного буріння, розділяють на робочий, аварійний i інструмент, який призначений для роботи з обсадними трубами.

До робочого інструмента відносяться буровий наконечник, ударна штанга, розсувна штанга, канатний замок. Укомплектовані в єдиний пристрій вони складають буровий снаряд ударно-канатного способу буріння. Бурові наконечники - це долота i желонки.

До аварійного інструменту відносяться йоржі, уловлювачі універсальні з плашками (шліпс) або пружинні, виделка ловильна iз собачкою, павук, юшка, кліщі i таке інше.

Інструментом, який призначений для роботи з обсадними трубами, є хомути, забивні головки, забивні снаряди, ланцюгові ключі i таке інше.

Окремi елементи бурового снаряду з'єднують за допомогою різьбових конусних замкових з'єднань. Кожний елемент снаряду має в верхній частині головку з конусного різьбою (немає тільки ропсокет) та шийку з площинами під ключ i кільцевими виточками для ловильних робіт. В нижній частині у них (крім долота) є внутрішня конічна різьба. Для очищення свердловини від шламу, а також для буріння в сипких породах (піски, галечник) використовують желонки.

В якості породоруйнівного інструмента використовують piзнi типи доліт.

Рис.1.4. Плоске та двотаврове долото.

Долота виготовляють із високоякісної cтaлi. В долоті (рис.4.3) до шийки приєднується лопать з лезом в нижній частині. Лезо характеризується кутом загострення. Кут загострення а - це кут між бічними гранями леза долота. Для м'яких порід він складає 70-80°, для порід середньої тверді 90-105°, для твердих i дуже твердих 110-120°.

Рис.1.5. Хрестове долото.

Долота використовують, в основному, трьох типів - плоскі, двотаврові, округляючі. Порівняно рідко використовуються зубильні i хрестові долота. Долота плоскі призначені для буріння м'яких порід. Двотаврові долота призначені для буріння порід м'яких i середньої твердості.

Вони мають широке, але порівняно тонке лезо (рис. 4.3 б). Зубильні важкі долота застосовують для роботи в твердих породах. Xpecтовi долота застосовують для роботи в твердих тріщинуватих i у валунних відкладеннях (рис.4.3г). Округляючі долота служать для зрізання виступів, які залишаються на стінках свердловин при 6ypiннi в твердих породах i для округлення свердловин (рис. 4.3 в).

Розсувна штанга (рис. 4.4) служить для підриву бурового снаряду при бурінні у в'язких i тріщинуватих породах. Складається з двох повздовжніх частин, які рухаються одна в одній подібно ланкам ланцюга. Частини розсуваються на 250 мм. Тобто, в перший момент підняття бурового снаряду спочатку рухається верхня частина ножиць разом iз канатним замком, набирає певну інерцію i, коли доходить до граничної точки, вдаряє по нижній частині, чим підвищує силу вириву снаряду із породи.

Для з'єднання канату з буровим снарядом застосовують канатні замки. Найбільш зручний в poбoтi канатний замок з обертовою втулкою (рис.4.5.). Закріплюється канат таким чином.

Канат вставляється в корпус, проходить через шайбу i втулку, кінці його розпушуються, завертаються в зворотному напрямку, утворюють таку грушу, потім витягаються назад i заклинюється у втулці. Таким чином при ударі шайба i втулка йдуть до низу, напруга на канат зменшується, він трішечки скручується, повертає шайбу i втулку на невеликий кут. При наступному піднятті шайба i втулка прижимаються к корпусу в новому місці, а тому при вилученні снаряду iз породи він повертається на цей кут.

Для збільшення маси бурового снаряду i запобігання викривлення свердловини використовують штанги ударні (рис.4.6). Гладкостовбурні штанги мають довжину 3, 4, 6м i масу від 303 до 1290кг, а з висадженими кінцями більш легкі, мають масу 270...910 та довжину 4, 6м. Маса збільшується iз збільшенням номінальних poзмірів різьби головки.

Перевідники використовуються для згвинчування елементів бурового снаряду з різною різьбою. Допоміним інструментом є різного роду перехідники інструментальні ключі i пристосування для скручування (рис. 4.7) розкручування бурового снаряду. При poбoтi бурового снаряду окремі його частини, які з'єднанні конічною різьбою, можуть розкрутитись Для запобігання таких аварій необхідно кріпити різьбові з'єднання бурового снаряду, застосовуючи великий обертовий момент. Різьбове з'єднання бурового снаряду скручують до мітки інструментальними ключами. 3 цією метою застосовують трищітку в складі важеля цепом, дугову рейку з упором та рухомим башмаком. Трищітка дозволяє отримати зусилля до 3 тон на плече інструментального ключа при затяжці різьби бурового снаряду. Для затягування piзьбi нижній ключ упирають в упор, a верхній - в рухомий башмак. При качанні натяжного важеля, рухомий башмак пересувається дугоподібній рейці в сторону нерухомої стійки, а собачка тріщить.

Рис.1.8. Тріщитка затяжна.

При цьому ключі зближуються i замок скручується. Для розгвинчування - верхній ключ упирають кінцем в стійку, а нижній в башмак. Желонки призначені для буріння в сипких породах (пісок, галечник) та очистці свердловини від зруйнованої породи. Желонки складаються iз трубчастого корпусу, виделки з конічною різьбою, або вушком, сталевого башмака.

Найчастіше використовують желонки, в нижній частині яких влаштований одностворчатий або двостворчатий клапан, желонки з напівсферичним клапаном та поршневі. Діаметр корпусу желонки не повинен перевищувати 0,75 діаметра свердловини. Довжина желонки сягає 3...6 м. Желонки з плоским клапаном (рис. 4.8а) призначені для очистки свердловини від розбуреної породи i для безпосереднього буріння в пісках i глинах середньої щільності.

Рис.1.9. Желонки.

а- з плоским клапаном;

б- з двостворним клапаном;

в – з напівсферичним клапаном;

г – поршнева:

(1-шток; 2-манжета поршня; 3-поршень; 4-клапан; 5-башмак)

Вони можуть бути додатково обладнані ножем - загостреною планкою, яка прикріплена до нижньої частини башмака. Желонки з напівсферичним клапаном i списом (рис. 4.8в) застосовують, в основному, для вилучення iз свердловини шламу при бурінні в пісках, супісках. "Спис" в нижній частині напівсферичного клапана забезпечує йому необхідний напрямок i хід. "Спис" полегшує вивільнення желонки від шламу на поверхні. Для очистки свердловини від шламу на желоночному канаті в свердловину опускають желонку i вільно скидають її на забій з висоти 3...5 м. При ударі на забій клапан відкривається i зруйнована порода потрапляє в середину желонки. При підйомі желонки клапан закривається i втримує породу. Ці операції повторюються 5-8 разів, щоб желонка заповнилась породою, а потам її піднімають на поверхню i опорожнюють. Бypoвi стакани застосовують при бурінні м'яких, липких глин. Стакан - це сталева труба з башмаком ріжучої дії на нижньому кінці, дужкою з різьбовою головкою на верхньому та вікнами по довжині. Така желонка не має ніякого клапана в нижній частині. Для буріння в пливунах або водоносних пісках застосовують поршневі желонки (рис. 4.8г). Всередині поршневої желонки знаходиться поршень iз штоком. В поршні є отвори, які перекриваються шкіряною або гумовою манжетами, для пропуску води або повітря. Башмак має вирізи для засмоктування розрідженої породи i плоский клапан. При піднімання вверх, в корпусі желонки створюється вакуум, клапан відкривається i в желонку засмоктується розріджена порода.

Канати при ударно-канатному бурінні служать для передачі руху боровому снаряду або желонці при бурінні чи очистці свердловини, а також для опускально - підйомних операцій. У відповідності з цим розрізняють канати інструментальні (бурильні), желоночні i талевi.