Буровой инструмент, твердосплавные и алмазные коронки

2 июня 2021

Буровой инструмент для ГРР

При проведении ГРР на твердые полезные ископаемые применяют вращательный и ударно-вращательный способы бурения.

Вращательный вариант бурения состоит в разрушении горной породы под воздействием вращающегося разрушающего породу инструмента и создаваемой на него осевой нагрузки.

Технология ударно-вращательного бурения - это то же вращательное бурение, только при этом на инструмент разрушающий породу дополнительно создаются ударные нагрузки.

Крутящий момент с вращателя буровой установки через колонну буровых труб передается на ПРИ*, а ударная нагрузка создается при помощи спецмеханизмов (гидроударник или пневмоударник), которые устанавливаются в нижней части буровой колонны.

В зависимости от назначения вращательный способ разделяют на следующие варианты:

1. Колонковый используют в том случае когда требуется опробовать скважину (необходимо получить пробы породы - керн).
2. Бескерновой – в случае когда нет необходимости отбирать пробу.

Колонковый способ обладает рядом достоинств. Он дает возможность извлекать образцы породы, а именно отбирать керн, разбуривать скважины в любом нужном направлении, возводить многоствольные скважины, бурить на значительную глубину с относительно небольшим расходом энергии.

Недостатки. К недостаткам относим то, что скважина может самоискривляться, ограничена длина рейса, с этим связано невысокая производительность и увеличенная себестоимость бурения. Во время бурения мягкой почвы этот недостаток компенсируют применением бурильного снаряда с гидротранспортом керна, а при разбуривании твердых пород - применяют снаряд со съемными керноприемниками (ССК).

Читайте так же: Шнеки буровые и лопастные шнековые долота

Варианты породоразрушающего инструмента 

Для вращательного колонкового и бескернового бурения:

1. твердосплавный (твердосплавными коронками и долотами);
2. алмазный (алмазными коронками и долотами),
3. шарошечный (чаще всего шарошечными долотами).

Твердосплавное бурение горной породы I-VII категории по буримости считается самым простым, низким по стоимости и производительным. Для пород V-XII категории предпочтительным считается алмазный способ.

Достаточно производительным вариантом вращательного твердосплавного бурения для пород I-IV категорий с пропластками до VII категории скважин глубиной до 300 метров считается вариант с гидротранспортом керна, а для пород V-X категорий по буримости скважин глубиной свыше 300 метров – вариант разбуривания снарядами со съемными керноприемниками.

В этих двух случаях качество проб и производительность проводимых работ значительно растут за счет извлекаемого керна без подъема бурильного снаряда непосредственно во время бурения (в 1-ом случае потоком жидкости для промывки, во 2-ом за счет спускаемого на тросе через трубы для бурения керноприемника).

Шарошечный вариант бурения применяют для бурения пород I-XII категорий как правило при бескерновом бурении.

В качестве очистного агента при геологоразведочных работах могут применять глинистые растворы, газожидкостные смеси (пены), вода + ПАВ, сжатый воздух подаваемый от компрессора или компрессорной станции.

Самым эффективным из этих вариантов считается способ бурения с продувкой воздухом, производительность которого в два-три раза выше варианта с промывкой скважины буровым раствором. Однако есть одно - применять данный способ можно только при разбуривании «сухих» скважин (когда отсутствует подземные воды). В обводненных скважинах создаются шламовые пробки и далее бурение с продувкой невозможно.

Для бурения глубоких скважин при проведении геологоразведочных работ применяют технологию ударно-вращательного бурения с использованием гидроударника. Как правило гидроударник устанавливается внизу бурильной колонны над ПРИ. В действие он приводится за счет промывочной жидкости, которая подается через колонну бурильных труб.

Гидроударный вариант делят на вращательно-ударный и ударно-вращательный. Во время вращательно-ударного разбуривания используют высокочастотные гидроударники (удары с частотностью 800-3600 в минуту), но с малой энергией ударов (3-15 Н м). Разрушается порода в данном случает за счет истирания и микрорезания. Высокочастотная ударная сила приводит к усталостному разрушению (растрескиванию) почвы и создает так называемую «зону предразрушения», уменьшающую прочность породы. Так же ударная сила предупреждает подклинку керна породы с трещинами в колонковом снаряде. Все это дает возможность повышать механическую скорость бурения.

Читайте так же: Режим работы твердосплавными буровыми коронками

Гидроударное бурение - способ бурения с высокой производительностью, однако он имеет повышенную трудозатратность, его эффективно применяют в сложных геолого-технических условиях проходки.

Самым высокоэффективным из ударно-вращательных вариантов является пневмоударный, он позволяет увеличить производительность разбуривания в два-три раза (если сравнивать с вращательным вариантом с промывкой).

Надо понимать, что применение его ограничено из-за тех же причин, что и при вращательном бурении с продувкой воздухом.

При бурении малых по глубине скважин кроме вращательного колонкового способа используют следующие варианты:

1. медленно-вращательный способ (ручной);
2. шнековый (выемка разрушаемой почвы из скважины при бурении за счет шнековых транспортеров);
3. вибрационный (разрушение и уплотнение мягкой почвы воздействуя вибрацией);
4. ударно-канатный (отбор проб забивными стаканами, грунтоносами, желонками).

Выбирая способ разбуривания, определяют геологическую задачу, стадию разведки и тщательно изучают геологотехнические условия разбуривания: присутствие сложных интервалов (неустойчивую породу, обвалившуюся, интервалы водопоглощений и водопроявлений и т.д.), присутствие подземной воды, ее дебит и минеральный состав. За счет аналитических данных выбирают наилучший по эффективности способ, учитывающий все условия, чтобы получить качественную пробу перебуриваемых горных пород, достигнуть наибольшей производительности разбуривания с низкой стоимостью проходки 1 погонного метра скважины.

При выборе способа бурения отталкиваются от геологической задачи и геологотехнических условий. От этого зависит выбранный вариант вращательный или ударновращательный, с отбором керна или можно обойтись без него). После выбирают самый эффективный очистной агент (жидкость для промывки или воздух) и в конце, - разновидность способа по виду инструмента для разрушения породы (твердосплавный, алмазный, шарошечный) и по типу забойного снаряда (одинарными, двойными, колонковыми снарядами, снарядами с гидротранспортом керна, снарядами со съемными керноприемниками).

Из 2-х способов разбуривания (вращательного и ударно-вращательного) второй более производителен и дает возможность получить качественный керн, но в то же время требует больших затрат в денежном эквиваленте. Благодаря этому рекомендуется его использовать только при разбуривании больших объемов скважин глубиной от 300 и не более 1000 метров, при разбуривании мощных толщ клинящихся, трещиноватых, кавернозных и часто перемежаемых горных пород с высокой интенсивностью естественного искривления при достаточном водоснабжении буровой, в других случаях (при отсутствии выше перечисленных условий) наиболее эффективен вращательный вариант проходки скважин.

Выбор колонкового или бескернового варианта бурения делают также в зависимости от задач и стадии разведочных работ. На стадии поисков и предварительной разведки необходимо получать пробы (керна) на протяжении всей скважины, поэтому зачастую используют колонковый способ. При детальной разведке, когда геологический разрез достаточно изучен и требуется опробовать только полезные ископаемые, рекомендуется пробуривать скважину бескерновым вариантом, и только по пласту полезного ископаемого, его кровле и подошве разбуривание проводят колонковым снарядом.

Очистной агент чаще выбирают - воздух. Продувка сжатым воздухом при вращательном разбуривании и применение пневмоударников при ударно-вращательном разбуривании дают возможность увеличивать механическую скорость бурения в два-три раза.

Однако когда присутствуют водопритоки, вследствие образования в скважине шламовых сальников, разбуривание с продувкой воздухом невозможна. Поэтому разбуривание с применением воздуха как при вращательном, так и при ударно-вращательном случаях рекомендуют в сухих скважинах высокогорных, пустынных участков, в условиях освоения крайнего севера и многолетней мерзлоты, при присутствии в геологическом разрезе мощной зоны поглощений.

В «мокрых/влажных» скважинах (присутствуют водопроявления) можно использовать только промывочные жидкости.

Выбор инструмента для разрушения породы делают в зависимости от буримости почвы и разновидности вариантов бурения (колонкового/бескернового).

Почву/породу I-VII категории с необходимостью отбора керна рекомендуют разбуривать твердосплавными коронками, горные породы V-XII категории - алмазными. Если присутствует в разрезе горные породы I-XII категории тогда применяют как твердосплавные, так и алмазные коронки, причем при разбуривании пород средних категорий (V-VII) предпочитают твердосплавные коронки.

Если выбран бескерновой способ проходки скважины, тогда чаще всего используют шарошечные долота.

Более эффективным бурильным снарядом при разбуривании вращательным вариантом твердосплавными коронками является снаряд с гидротранспортом керна. Применяют данный снаряд при необходимости разбуривания скважин от 100 и 300 м в породах II-IV категории с пропластками пород V-VII категорий.

Снаряд со съемными керноприемниками зарекомендовал себя как достаточно эффективный для разбуривания скважин алмазными коронками при вращательном, а так же при ударно-вращательном (гидроударном) способах в породах от V до IX категории с пропластками X категории.

В других случаях оптимально применять одинарный колонковый снаряд с прямой и обратной циркуляцией жидкости для промывки. Второй вариант используют при частом самозаклинивании керна в колонковой трубе.

При разбуривании неустойчивых горных почв наиболее применяемым и производительным считают пневмоударный вариант бурения методом «обратная циркуляция».

Компания Геомаш – это производитель бурового оборудования и инструмента, в том числе производим породоразрушающий инструмент.

Акцент сделан на продажу следующего бурового инструмента:

1. буровые 3-х лопастные долота в том числе шнековые
2. лопастные долот для бурения с промывкой.
3. Шнеки буровые диаметром 62-500 мм
4. Бурильные трубы ТБСУ и тд.

С полным ассортиментом продукции можно ознакомиться в каталоге бурового инструмента.

*- ПРИ – породоразрушающий инструмент