МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ БУРЕНИЯ — вращательный способ

Технологический процесс механического бурения складывается из операций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомога­тельных операций. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).
Измельченный грунт транспортируют на поверхность двумя методами: гидравлическим, при котором грунт удаляют путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением, и сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или винтовым конвейером.
Механическое бурение ведут тремя основными способами: вра­щательным, ударным и вибрационным.
При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе — нанося удары по грунту буровым снарядом, при вибрационном — воздействием колебаний высокой частоты (до 2500 колебаний в 1 мин). В некоторых случаях для получения наибольшей эффективности при бурении пользуются комбинированными способами — ударно-вращательным или вибровращательным.

Технологический процесс механического бурения складывается из операций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомога­тельных операций. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).
Измельченный грунт транспортируют на поверхность двумя методами: гидравлическим, при котором грунт удаляют путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением, и сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или винтовым конвейером.
Механическое бурение ведут тремя основными способами: вра­щательным, ударным и вибрационным.
При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе — нанося удары по грунту буровым снарядом, при вибрационном — воздействием колебаний высокой частоты (до 2500 колебаний в 1 мин). В некоторых случаях для получения наибольшей эффективности при бурении пользуются комбинированными способами — ударно-вращательным или вибровращательным.
Механическое бурение выполняют буровыми станками и маши­нами. Ручное бурение ведут при незначительных объемах работ, в мягких грунтах с глубиной бурения не более 5 м.
Вращательный способ бурения характеризуется высокой про­изводительностью (в 3…5 раз превышающей производительность ударного бурения), более низкой стоимостью буровых работ, воз­можностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя исти­рается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.
Основные виды вращательного способа бурения — шнековое, колонковое ,и роторное, выполняемые с помощью самоходных уста­новок или станков.
Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 110 …125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах. Шнековые буровые станки (рис. VI. 1,а) имеют металлическую раму, состоящую из двух направляющих стоек, установленных на перед­вижной платформе или на полозьях. По (направляющим стойкам рамы перемещается электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги. Рабочие штанги дли­ной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по вин­товой линии наварены стальные полосы — реборды. Извлекают штанги € помощью ручной лебедки. По мере углубления скважины штанги наращивают, соединяя их между собой специальными пат­ронами. Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, которые при вращении штанг врезаются в поро­ду. Выбуренная порода с помощью винтового конвейера выдается на поверхность.
Колонковое бурение применяют для проходки скважин диамет­ром 45…130 мм и глубиной до 200 м. Колонковые установки или станки имеют лебедку подъема трубчатых штанг и механизм для их вращения. На конце штанги находится рабочая часть — колон­ковый снаряд (рис. VI. 1,6) с кольцевой коронкой, армированной резцами из твердых сплавов или алмазами (рис. VI. 1,в). При вра­щении бурового снаряда колонка под действием осевого давления внедряется в породу, образуя кольцевую выработку породы вокруг керна, входящего в колонковую трубу. После проходки на необхо­димую глубину буровые штанги вместе с колонковым снарядом и керном поднимают лебедкой на поверхность. В процессе бурения в забой скважины насосом через бурильные трубы подают глинистый раствор (или воду). Смешиваясь с частицами разрушенной породы, глинистый раствор выносит их на поверхность по кольцевому пространству между штангами и стенками скважины. Глинистый раствор охлаждает бурильный инструмент и одновременно предотвращает обрушение стенок скважины.
 

Станки и инструмент вращательного бурения

VI.1. Станки и инструмент вращательного бурения а —схема станка шнекового буреиня; 1—резец; 2 — платформа; 3 — лебедка; 4 — направ­ляющая стойка- 5 — штанга с ребордой; 6 — электродвигатель; б — колонковый снаряд; 1 — кольцевая коронка; 2 — колонковая труба; 3 —переходная муфта; 4 — вращающаяся штанга станка- в — кольцевые коронки армированные; 1 — резцы, армированные твердыми сплавами- 2 — алмазные резцы; г — схема станка роторного бурения; 1— бурильная труба; 2 — лебедка- 3 — вращатель-ротор; 4 — вертлюг; 5 — вышка; 6 — рабочая труба; 7 — соеди­нительная труба- 8 — насос; 9 — бак с глиняным раствором; 10 — долото; д — рабочие на-конечники- 1 — шарошечное долото; 2 — лопастное уступчатое долото; 3 — лопастное до­лото «рыбий хвост»
Роторное бурение чаще всего используют для устройства сква­жин значительных диаметров (300…400 мм) и большой глубины (150…1200 м). Роторная бурильная установка состоит из враща­теля— ротора, сборной вышки и оборудования для промывки сква­жины глинистым раствором (рис. VI.1,г). Рабочая (ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора, который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе. Размеры вкладышей ро­тора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позво­ляет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз. Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота (рис. VI.1,5), которые разрабатывают грунт по всей площади забоя скважины. Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом, к нему присоединен рукав от насоса, по­дающий в бурильные трубы глинистый раствор. Всю систему рабо­чих и бурильных труб с вертлюгом подвешивают к крюку. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.
Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мяг­ких и средней твердости породах, а также в мерзлых грунтах. Раз­личают электрические сверлильные машины легкие (с ручной подачей) и тяжелые (колонковые). В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бу­рильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют авто­матическую подачу. Буровую штангу сверл закрепляют в патроне шпинделя. К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины с помощью замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной шлам или буровую мелочь удаляют из шпура путем быстрого изв­лечения сверла, без прекращения его вращения. При работе ко­лонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой.