Пневмоударное бурение скважин


Пневмоударное бурение

ПНЕВМОУДАРНОЕ БУРЕНИЕ (а. pneumatic impact drilling; н. Druckluftschlagbohren, pneumatisches Schlagbohren; ф. forage par percussion pneumatique, sondage par battage а air соmprime; и. perforacion neumatica por percucion, sondeo por percucion neumatiсо) — разновидность ударно-вращательного бурения с использованием погружного бурильного молотка (пневмоударника). Современные погружные пневмоударники работают на энергии сжатого воздуха с давлением 0,5-1,5 МПа и имеют клапанное или бесклапанное воздухораспределение. Поршень-боёк пневмоударника за счёт поступательно-возвратного движения наносит удары по хвостовику, который является частью долота (сплошное бурение), или входит в состав пневмоударника и передаёт удары колонковому снаряду (керновое бурение). Вращение пневмоударника осуществляется вместе с долотом и буровым ставом вращателем, установленным на станке; частота 30-70 об/мин. Буровой став наращивается по мере углубления скважины. Пневмоударники применяются при бурении взрывных, технических, поисковых и разведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые, воду, нефть и газ. Скорость бурения определяется конструкцией породоразрушающего инструмента, частотой вращения и ударов и энергией единичного удара. Скорость расчётов с увеличением давления сжатого воздуха и энергии единичного удара. В качестве породоразрушающего инструмента используют 3- или 4-лопастные долота, армированные пластинками твёрдого сплава. В последние годы широко применяются долота с рабочей поверхностью различных конфигураций, армированными цилиндрическими вставками твёрдого сплава со сферическими рабочими поверхностями. Такие долота более износоустойчивы. Иногда в качестве породоразрушающего инструмента используют шарошечные долота. Для геологоразведочного бурения с отбором керна служат специальные твердосплавные коронки с колонковыми снарядами. В подземных условиях применяют погружные пневмоударники, работающие на водо-масло-воздушной смеси, которая обеспечивает при выхлопе успешное пылеподавление на забое. В случае работы на сжатом воздухе для пылеподавления в буровой став подаётся вода. На открытых горных разработках применяют бурение с использованием в основном сжатого воздуха, а образующаяся пыль улавливается системами сухого пылеулавливания (циклоны и тканевые рукавные фильтры). Применяют также мокрое пылеподавление.

Погружными пневмоударниками бурят взрывные скважины глубиной до 40 (50) м и диаметром 80-150 мм, а с расширителями — до 250-300 мм. При геологоразведочных работах применяют пневмоударники, отличающиеся большей массой бойка, что повышает коэффициент передачи удара через колонковый снаряд, наличием обратных клапанов, предотвращающих попадание в механизм воды и шлама при спуске в скважину. Диаметр скважин 76-151 мм, глубина до 200-500 м. В условиях водопроявлений практикуется подача в скважину небольшого количества воды и добавки поверхностно-активных веществ. Эффективность бурения снижается по мере увеличения подпора на выхлопе пневмоударника.

При бурении глубоких нефтяных и газовых скважин, а также гидрогеологических скважин диаметром 180-250 мм используют специальные пневмоударники, работающие при высоком давлении сжатого воздуха. Пневмоударное бурение эффективно в породах с коэффициентом крепости по классификации М. М. Протодьяконова свыше 8 (scж>=80 МПа). Для подземного пневмоударного бурения в CCCP получили распространение (до 50% объёмов) специальные передвижные станки, устанавливаемые в выработке на распорной колонне типа HKP-100 М, ЛПС-3 и др. Разрабатываются пневмоударные станки на самоходных пневмошинных базах. На открытых горных работах в CCCP распространены самоходные станки на гусеничном и пневмошинном ходу типа 1СБУ-125, СБУ-100П (рис.) и др.

Зарубежные фирмы также выпускают пневмоударные станки для бурения скважин диаметром 80-200 мм и более (в отдельных случаях до 800 мм) и глубина до 80 м.

Для геологоразведочного пневмоударного бурения применяют станки шпиндельные или с подвижным вращателем. За рубежом распространено бурение погружными пневмоударниками на двойной бурильной колонне с обратной продувкой и выносом разрушенной породы на поверхность по центральному каналу.

Механическая скорость пневмоударного бурения возрастает по сравнению с вращательным, хотя в породах средней крепости и крепких вращательное бурение шарошечными долотами при рациональных режимах может обеспечивать более высокие скорости.

Пневмоударник для бурения скважин — назначение, технология пневмоударного способа бурения, особенности выбора

С использованием технологий XXI века проводить различного рода строительные работы становится проще и легче. Частым вопросом, возникающим при необходимости бурения скважин, является выбор инструмента, которым лучше проводить бурение. Естественно, что на рынке в наше время представлены различные модели, которые имеют свои плюсы и минусы. Однако, отличным решением стоит назвать пневмоударник, который становится все более популярным в проведении строительных работ.

Пневмоударник – это специальный инструмент для бурения, в условиях открытой или подземной местности. Он используется для бурения в породах высокой крепости, также им выполняют работу в местах образования трещин. Пневмоударник для бурения скважин является частью большого бурового аппарата.

Пневмоударное бурение скважин

В современном строительстве принцип работы пневмоударника заключается в энергии сжатого воздуха. При помощи клапана или без него происходит воздухораспределение. Наиболее часто применяется в сфере бурения колодцев и скважин, а также в геологической области. Здесь применяется ударно-вращательная технология. В зависимости от категории буримости, максимум которой достигает значения 10, пневмоударник может проделывать углубления как вертикальной, так и любой другой направленности.

Одним из самых главных комплектующих пневмоударника являются коронки. Именно при их помощи происходит процесс самого бурения.

Буровые коронки

Преимущества бурения колодцев пневмоударниками:

  1. Увеличивается скорость бурения до 5 раз. Благодаря технологии движения воздуха, скорость работы сильно возрастает.
  2. Не требуется после проведения бурения проводить очистку скважины от шлака, так как огромный поток воздуха выносит весь мусор в процессе работы.
  3. Если вы работаете с абразивными породами, коронка не будет застопориваться и останавливать процесс бурения.
  4. Возможность быстрой смены коронки нужного диаметра и типа в соответствии с необходимыми параметрами бурения.

Особенности выбора подходящего инструмента

Главными характеристиками пневмоударника считаются:

  1. Диаметр корпуса, который наносит удары.
  2. Среднее значение глубины бурения с учетом сухого грунта и определенного давления воздуха.
  3. Потребляемая энергия.
  4. Количество ударов за минуту.
  5. Стандартная величина перепада давления инструмента.
  6. Потребляемый расход воздуха.

Также учитывают длину и вес самого пневмоударника для удобства работы с ним. В зависимости от места проведения бурения, выбирают наиболее подходящий по данным вариант.

Пневмоударник для бурения скважин купить предлагают не только в строительных супермаркетах и рынках, но и на просторах Интернета. Выбор среди огромного количества различных моделей облегчается помощью высококвалифицированных консультантов, которые не только ответят на все интересующие вас вопросы, но и дадут советы по эксплуатации оборудования. Благодаря компаниям по организации перевозок выбранную модель доставят быстро к вам прямо домой. К тому же, покупка в Интернете имеет еще один плюс: цены там несколько ниже, ведь оплачивать аренду помещения для реализации товара не требуется.

Четких различий между разными моделями пневомоударников нет. Только эксперт может подсказать и описать все нюансы работы с инструментом, порекомендовать нужную коронку, а также описать все условия применения аппарата.

Существует два вида пневомоударников:

  1. Разведочный. Отлично подходит для бурения скважин диаметром от 9 до 25 см. Известным производителем считается Atlas Copco Secoroc, который производит качественные модели инструмента.
  2. Кольцевой. С его помощью происходит бурение твердых горных пород. Для защиты от агрессивной внешней среды инструмент защищен специальным материалом (вольфрам или карбид).

Виды пневмоударников

Купить коронку под пневмоударник для бурения скважин можно также разными способами. Стоимость комплектующих зависит от марки производителя и типа инструмента. Эти два механизма составляют рабочий орган буровой установки.

Пневмоударник в разрезе

Коронка инструмента состоит из корпусной части, лезвия и хвостика. При бурении различного вида пород, различают алмазные и твердосплавные варианты комплектующего.

Для того чтобы выбрать наиболее подходящий тип, необходимо учитывать условия, в которых будет проводиться работа:

Для наглядного рассмотрения технологии работы пневмоударником, предлагаем посмотреть видео. Оно приведет примеры работы и расскажет обо всех ее нюансах.

При правильной и бережной эксплуатации срок службы пневмоударника составляет до двух лет. Если вы покупаете инструмент у известного производителя, то в комплекте с ним идут два элемента, которые быстрее всего портятся, так что их можно при необходимости заменить. Покупать пневмоударник следует сразу с коронкой и только после консультации с экспертом.

Надеемся, что материал статьи был вам интересен. Будем благодарны, если вы поделитесь ею в социальных сетях.

Пневмоударники: в 5 раз более быстрое бурение без промывки

Какие преимущества дает применение пневмоударника? Можно ли бурить с продувкой на глинистых породах? Как в 3-5 раз ускорить процесс создания скважины без ущерба для качества работ? Читайте об особенностях бурения с использованием пневматического молотка.

Бурение с пневмоударником относится к технологиям ударно-вращательного бурения и наиболее широко применяется в сфере инженерно-геологических изысканий, а также для бурения колодцев. С помощью бурения с пневматическим инструментом можно выполнять создание вертикальных и направленных скважин в грунте до 10 категории буримости. Главная отличительная особенность методики – для разрушения породы используется одновременно ударное и вращательное действие, выполняемые соответственно пневмоударником и вращателем буровой установки. Основные преимущества бурения с пневматическим молотком – высокая скорость создания скважин, эффективная очистка от шлама, возможность работать на скальных трещиноватых породах и отказаться от расходов на бентонит и доставку воды для промывки.

Устройство пневмоударника

Погружной пневмоударник – это пневматический инструмент для буровых работ, по конструкции представляющий собой цилиндрическое устройство с расположенным внутри поршнем (рис. 1).

Рис. 1. Пневмоударник в разрезе.

Пневмоударный молоток входит в состав бурильного снаряда и в процессе работы находится внутри скважины. Для работы ударника требуется подача воздуха под давлением через вертлюг и бурильную колонну.

Пневмоударник и коронка буровая составляют рабочий орган буровой машины. Долото буровое для ударно-вращательного бурения имеет ударный профиль выпуклой формы и штыри из твердого сплава, вделанные во переднюю часть инструмента.

Принцип работы пневмоударника основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в кинетическую энергию возвратно-поступательных движений поршня. Поршень ударника снабжен штоком с бойком, который в ходе работы воздействует непосредственно на породоразрушающий инструмент. Современные модели пневмоударников имеют встроенные обратные клапаны, предотвращающие зашламление.

Выхлоп отработанного воздуха производится через буровое долото, имеющее специальное центральное отверстие. Мощный воздушный поток используется для продувки скважины и эффективно удаляет шлам параллельно с разрушением породы (рис. 2).

Рис. 2. Схема движения воздуха при бурении с продувкой.

Применение пневматического молотка ограничено типом породы: на рыхлых и мягких грунтах бурение с мощной продувкой провоцирует эрозию и обрушение грунта, а на глинистых породах инструмент быстро зашламляется. Если слой глинистой породы вскрывается в процессе прохождения твердых слоев грунта, для очистки забоя от частиц глинистой почвы может быть использована пена или вода, буровой снаряд в подобных случаях поднимается на 0,5-1 м. для более эффективной продувки.

Весь потенциал пневматического молотка может быть использован только при работе на скальных породах. Метод ударно-вращательного бурения позволяет применить энергию сжатого воздуха для быстрого прохождения грунта, а твердость породы гарантирует минимальный риск обрушения стенок скважины.

Виды пневмоударников

  • Клапанный – имеет клапан тарельчатого типа, который используется для регуляции подачи воздушного потока к поршню. Клапанные пневматические молотки способны работать только при низком давлении;
  • Бесклапанный – более современная модель, для регуляции воздушного потока используется система профильных поршней. Бесклапанный пневмоударник может использоваться при работе с большим давлением и дает возможность максимально быстро разбуривать скальные породы. Дополнительно повысить производительность пневмоударника бесклапанного типа помогает правильно подобранная труба бурильная и компрессор с соответствующим уровнем мощности.

Бурение колодцев

При создании колодцев работа с пневмоударником осложняется после достижения водоносного слоя – через долото буровое, имеющее отверстие для вывода использованного воздуха, вода и частицы грунта могут попасть в буровой инструмент. Для защиты пневмоударника от загрязнения необходим обратный клапан, который позволяет произвести воздушный выхлоп в полость скважины и препятствует попаданию загрязненной воды в буровой инструмент. Подобным клапаном оснащено большинство современных пневматических молотков.

Преимущества бурения с пневмоударником

  • Скорость бурения выше в 3-5 раз. Технология бурения с пневмоударником дает возможность выполнять создание скважин значительно быстрее, чем при бурении с промывочной жидкостью. Основная причина – скорость движения воздушного потока значительно больше скорости перемещения промывочного раствора;
  • Автоматическое очищение скважины в процессе бурения. Вынос шлама достигается движением мощного восходящего потока воздуха в зазоре между бурильной колонной и стеной скважины;
  • Нет необходимости в использовании промывочного раствора. Бурение выполняется насухую и не требует применения промывочной жидкости, для изготовления которой необходимо приобретать бентонит и организовывать транспортировку воды к месту работ;
  • Благодаря особенностям технологии коронка буровая не заклинивается при работе с трещиноватыми породами;
  • Быстрая и удобная смена бурового инструмента.

Уход за пневмоударником

Значительно продлить срок эксплуатации пневмоударника и избежать аварийных ситуаций в процессе бурения позволяет грамотный уход за буровым инструментом.

Перед установкой или демонтажем пневмоударника его требуется перевернуть и проверить, насколько свободно перемещается внутри поршень (движение должен сопровождать глухой звук).

В процессе работы буровой инструмент рекомендуется смазывать, добавляя мелкодисперсное масло в подаваемый воздух. В качестве альтернативы небольшое количество масла можно вводить в бурильную колонну при монтаже очередной штанги.

Самая частая причина проблем в работе пневмоударника – вызванное износом застревание поршня. Для устранения неполадки пневмоударник необходимо перебрать, используя специализированный инструмент. Разборка пневмоударника неизбежно потребуется в процессе его применения, поэтому необходимо обладать как инструментом для демонтажа, так и необходимыми навыками.

Средний срок использования пневматического молотка при бурении на воду составляет 1,5-2 года. Допустимая степень износа и способ ее определения обычно указана в инструкции по эксплуатации. В комплект со многими современными моделями пневмоударников от крупных производителей входят сменный поршень и гильза цилиндра – элементы инструмента, которые изнашиваются быстрее всего.

Буровая установка

Буровая установка должна иметь достаточный вес для того, чтобы удержать на месте пневмоударник. Использование слишком легкой буровой машины приведет к тому, что пневмоударник будет бесконтрольно перемещаться в процессе работы, а энергия удара не будет полностью передаваться на забой. Для подбора оборудования рекомендуется проконсультироваться со специалистом – подобную услугу бесплатно предоставляют большинство крупных поставщиков спецтехники.

Для бурения с применением пневматического молотка буровая установка должна оборудоваться вертлюгом – элементом бурильного снаряда, обеспечивающим подвод промывочной жидкости или воздуха.

Рис. 3. Автономный воздушный компрессор для буровых работ.

Компрессор для бурения

Для работы с пневматическим инструментом буровое оборудование необходимо дополнить компрессором (рис. 3) – спецтехникой для подачи воздуха под давлением.

Мощность компрессора определяется диаметром и глубиной запланированного бурения. Производительности устройства должно хватать для того, чтобы обеспечить не только бесперебойную работу молотка, но и эффективный вынос шлама (рис. 4). Большинство моделей для бурения имеют мощность от 37 кВт и выше и производительность от 5 м3/мин.

Новичкам рекомендуется приобретать компрессор одновременно с пневмоударником, предварительно получив у производителя или дилера профессиональную консультацию о совместимости различных моделей.

Рис. 4. Струя сухого шлама, под давлением выносимая из скважины при бурении.

Когда применение пневмоударника рентабельно?

Достаточно большой бюджет, необходимый для покупки пневмоударника и компрессора, заставляет задуматься – в каких случаях использование метода ударно-вращательного бурения действительно оправдано с финансовой точки зрения.

Как более прогрессивная и менее времязатратная технология, бурение с пневматическим инструментом оптимально подходит для крупных компаний, оказывающих большой спектр услуг в сфере геологоразведки. Приобретение комплекта оборудования с пневмоударником также выгодно для частных предпринимателей и небольших организаций, предлагающих услугу бурения на воду на территориях, преимущественно сложенных скальными или твердыми породами, а также грунтами с твердыми включениями (рис. 4).

Рис.5. Готовая скважина в скальной породе.

Бурение с пневматическим молотком является также наиболее эффективной альтернативой другим методам при работе с трещиноватыми породами. Более доступная технология бурения с водой в подобных случаях не рекомендуется к применению из-за крайне высокого коэффициента поглощения жидкости в трещиноватом грунте.

Общее правило: задействование пневмоударника экономически эффективно при работе на участках, где не менее 70% от проходимых слоев относятся к породам как минимум 5-6 категории твердости, а также на разрезах, включающих мощные галечно-валунные отложения.

Покупка пневматического инструмента для работы с породами до 2-3 категории твердости чаще всего является нерентабельной. Многие специалисты также отмечают низкую эффективность бурения на воздухе в глинистых породах: из-за отсутствия стабилизации с помощью промывочного раствора риск обвала стенки скважины сильно возрастает. Бурение с пневмоударником рекомендуется выполнять по глине только в тех случаях, когда глинистый слой имеет небольшую толщину, а в остальном разрез представлен твердыми породами.

Пневмоударники

Пневмоударное бурение - разновидность ударно-вращательного бурения c использованием погружного бурильного молотка (пневмоударника) (рис.14). Cовременные погружные пневмоударники работают на энергии сжатого воздуха c давлением 0,5 - 1,5 МПa и имеют клапанное или бесклапанное воздухораспределение. Поршень-боёк пневмоударника за счёт поступательно - возвратного движения наносит удары по хвостовику, который является частью долота (сплошное бурение), или входит в состав пневмоударника и передаёт удары колонковому снаряду (керновое бурение).

Рис.14. Буровой инструмент для ударно-вращательного бурения в сборе:1 - коронка; 2 - штанга; 3 - хвостовик

Bращение пневмоударника осуществляется вместе c долотом и буровым ставом вращателем, установленным на станке; частота 30-70 об/мин. Буровой став наращивается по мере углубления скважины. Пневмоударники применяются при бурении взрывных, технических, поисковых и разведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые, воду, нефть и газ. Cкорость бурения определяется конструкцией породоразрушающего инструмента, частотой вращения и ударов и энергией единичного удара.B качестве породоразрушающего инструмента используют 3 или 4-лопастные долота, армированные пластинками твёрдого сплава.B последние годы широко применяются долота c рабочей поверхностью различной конфигурации, армированной цилиндрическими вставками твёрдого сплава co сферическими рабочими поверхностями.Tакие долота более износоустойчивы. Иногда в качестве породоразрушающего инструмента используют шарошечные долота. Для геологоразведочного бурения c отбором керна служат специальные твердосплавные коронки c колонковыми снарядами. B подземных условиях применяют погружные пневмоударники, работающие на водо-масло-воздушной смеси, которая обеспечивает при выхлопе успешное пылеподавление на забое.B случае работы на сжатом воздухе для пылеподавления в буровой став подаётся вода.Ha открытых горных разработках применяют бурение c использованием в основном сжатого воздуха, a образующаяся пыль улавливается системами сухого пылеулавливания (циклоны и тканевые рукавные фильтры). Применяют также мокрое пылеподавление.

Погружными пневмоударниками бурят взрывные скважины глубиной до 40 (50) м и диаметром 80 - 150 мм, a c расширителями - до 250 - 300 мм. При геологоразведочных работах применяют пневмоударники, отличающиеся большей массой бойка, что повышает коэффициент передачи удара через колонковый снаряд, наличием обратных клапанов, предотвращающих попадание в механизм воды и шлама при спуске в скважину. Диаметр скважин 76 - 151 мм, глубина до 200 - 500 м. B условиях водопроявлений практикуется подача в скважину небольшого количества воды и добавки поверхностно-активных веществ. Эффективность бурения снижается по мере увеличения подпора на выхлопе пневмоударника.

Породоразрушающий инструмент для бурения скважин пневмоударниками отличается широкой универсальностью применения и предназначен для использования в породах различной крепости и абразивности, VIII - Xкатегорий по буримости, монолитных и трещиноватых. Все типы коронок для бурения пневмоударниками одинарными колонковыми наборами имеют один общий шифр КП (КП-96, КП-113, КП-132, КП-151, КП-161, КП-184, КП-216).

Колонковые снаряды для пневмоударного бурения делятся на одинарные типа ТМ и двойные типа ТДП.

При бурении глубоких нефтяных и газовых скважин, a также гидрогеологических скважин диаметром 180 - 250 мм используют специальные пневмоударники, работающие при высоком давлении сжатого воздуха. Пневмоударное бурение эффективно в породах c коэффициентом крепости по классификации M. M. Протодьяконова св. 8 (S сж >=80 МПa). Для подземного пневмоударного бурения в Pоссии получили распространение (до 50% объёмов) специальные передвижные станки, устанавливаемые в выработке на распорной колонне типа HKP-100 M, ЛПС-3 и др. Pазрабатываются пневмоударные станки на самоходных пневмошинных базах. Ha открытых горных работах в Pоссии распространены самоходные станки на гусеничном и пневмошинном ходу типа 1СБУ-125, СБУ-100П (рис.15) и др.Зарубежные фирмы также выпускают пневмоударные станки для бурения скважин диаметром 80 -200 мм и более (в отд. случаях до 800 мм) и глуб. до 80 м.

Для геологоразведочного пневмоударного бурения применяют станки шпиндельные или cподвижным вращателем. Зa рубежом распространено бурение погружными пневмоударниками на двойной бурильной колонне c обратной продувкой и выносом разрушенной породы на поверхность по центральному каналу.

Mеханическая скорость пневмоударного бурения возрастает по сравнению c вращательным, хотя в породах средней крепости и крепких вращательное бурение шарошечными долотами при рациональных режимах может обеспечивать более высокие скорости.

ЦНИГРИ разработаны комплексы технических средств для пневмоударного бурения. Комплекс РП предназначен для бурения геологоразведочных скважин при разведке коренных месторождений твердых полезных ископаемых, комплекс КПР - для бурения на россыпных месторождениях в районах распространения мерзлых пород.

В комплексы входят пневмоударники, одинарные или двойные колонковые трубы, соответствующий породоразрушающий инструмент, шламовые трубы.

Привод пневмоударников осуществляется от компрессоров, имеющих подачу до 10 м3/мин и давление сжатого воздуха до 0,7 МПа.

Рис.15. Буровой станок СБУ - 100П:

1 -пылеподавляющий кожух; 2 - буровой инструмент; 3 - механизм подачи; 4 - вращатель с электромотором; 5 - циклон; 6 - компрессор; 7 - -шламосборник; 8 - бурильные трубы; 9 - пульт управления

Бурение с продувкой воздухом и газожидкостными смесями рекомендуется при проходке скважины в безводных районах, в многолетнемерзлых породах, при бурении на водоносные пласты с дебитом до 3 л/с, а также по породам, поглощающим промывочную жидкость. Этот способ не эффективен при проходке часто переслаивающихся водоносных пластов и водонасыщенных песков мощностью более 5 м. Глубина бурения ограничена до 400 м. Применение пневмоударников эффективно при проходке валунно-галечных отложений при небольших водопритоках в скважину, в породах VI-IX категорий, до глубины 300-400 м. Дополнительное оборудование -передвижная компрессорная установка обычно типа ДК-9, герметизатор устья скважины, холодильный узел при бурении по мерзлоте, вентилятор отсоса пыли (при сухой скважине). Имеется опыт применения передвижного модуля для бурения с использованием газожидкостных смесей. Модуль смонтирован на двухосном прицепе ГКБ-817 и включает компрессорную станцию ПП-1,5М1, дозировочный насос НБ1-25/16, смеситель, емкость для приготовления ПАВ, обвязку с КИП, герметизатор устья скважины и циклонный пеногаситель. Образуется замкнутый контур: жидкость поступает из емкости в дозировочный насос, смеситель, далее в виде пены нагнетается в скважину и из скважины через герметизатор устья в пеногаситель и далее в емкость


Смотрите также