Наиболее перспективный способ бурения, горных твёрдых и очень твёрдых пород, благодаря высоким скоростям проходки скважин.

Бурение погружными пневмоударниками – способ, широко используемый в горном деле, строительстве дорог, промышленных и гражданских зданий, а также других буровых работах. В настоящее время ударно–вращательный способ является одним из наиболее перспективных способов бурения, в особенности горных пород твёрдых и очень твёрдых, благодаря высоким скоростям проходки скважин.

Площадь затрубного пространства может быть вычислена с помощью следующей формулы:

Область применения:

Применение пневмоударников большого диаметра, которые устанавливаются на мощные буровые установки с длинной мачтой, и интегрированным зажимным устройством для труб, способными обеспечить высокую производительность при бурении свай большого диаметра в скальных породах.

Для обычной очистки скважины (914,4 м/мин. Однако, если это возможно, скорость откачки не должна превышать 2133 м/мин. Скорость откачки может быть определена с помощью деления количества воздуха, потребляемого пневмоударником, выраженного в куб. метрах в минуту, на площадь затрубного пространства, выраженную в квадратных метрах.

Может использоваться следующая формула:

Скорость (м/мин) = Расход воздуха [м3/мин) - Площадь затрубного пространства (кв. м)
где:

Особенности:

Существует эмпирическое правило, согласно которому усилие подачи пневмоударника составляет приблизительно 9 кг на миллиметр диаметра долота при максимальной мощности бурения. Часто операторы просто увеличивают давление подачи до тех пор, пока давление вращения не начнет пульсировать, а затем немного снижают давление подачи до тех пор, пока вращение не становится равномерным. В самом начале забуривания, если вес первой штанги или бурильной трубы недостаточен для подачи пневмоударника, необходимо направить давление вниз.

По мере прохождения скважины, когда к бурильной колонне добавляется вес, величина направленного вниз давления должна быть снижена. Когда вес бурильной колонны превышает нужную силу подачи пневмоударника, потребуется перейти в режим приложения силы назад.

Работа погружного пневмоударника вхолостую может повредить инструмент и долота в течение короткого периода времени. Система подачи бурового станка должна иметь достаточно быстрый отклик, чтобы среагировать на прохождение полости или мягкой породы и увеличить подачу на долото.

Оптимальное значение угла поворота штыря долота зависит от таких параметров, как энергия удара (давление), твердость породы, диаметр долота и т. п.

Выбор оптимальной частоты вращения долота обеспечивает наилучший баланс между скоростью проходки при бурении, сроком службы долота и плавностью работы. Это обычно происходит при максимальных размерах кусков выбуренной породы.

Определение оптимальной частоты вращения должно выполняться для каждого конкретного применения. Существует хорошее эмпирическое правило — чтобы определить оптимальную частоту вращения долота, нужно разделить 300 на диаметр долота в дюймах. Это позволит приблизительно определить частоту вращения. Однако точное значение частоты вращения также должно быть скоррелировано со скоростью проходки. Было установлено, что при правильном выборе частоты вращения перемещение долота обычно 9,525-15,875 мм на каждый оборот пневмоударника. Это измерение может быть выполнено при работе бурильной установки с помощью нанесения мелом спирали на бурильную трубу во время работы бурильной установки.

Способы повышения скорости выноса

1. Перейдите на пневмоударник большего объема или на жесткий клапан большего объема.
2. Замените дроссель пневмоударника, чтобы увеличить потребление воздуха. Использование большего дросселя может также снизить производительность пневмоударника, но в то же время оно улучшает продувку и снижает обратное давление. Благодаря улучшенной продувке часто повышается скорость проходки, что компенсирует недостатки в производительности пневмоударника.
3. Снижение размера скважины.
4. Увеличение размера буровой трубы.
5. Использование перепускного переходника. Этот метод используется, как правило, для увеличения скорости выноса буровой мелочи без пропускания дополнительного воздуха через пневмоударник. Благодаря этому отмечается более низкое падение производительности, чем прприменении дросселя пневмоударника, но недостаток такого способа в более сложной настройке.
6. Увеличение рабочего давления. Вспомогательные компрессоры часто используются с дополнительными компрессорами для преодоления высокого обратного давления в глубоких скважинах. Это не только помогает преодолеть статический напор, но и увеличивает потребление пневмоударником воздуха при сохранении высокой скорости воздуха. Если есть высокое обратное давление, то рабочее давление до 52 бар считается нормальным.
7. Использование бандажа скважины для уменьшения кольцевой площади (обычно применяется для больших скважин).
8. Использование пены для улучшения выноса буровой мелочи на поверхность и для замещения воды в скважине.
9. Закачивание воды для выноса мелких фракций буровой мелочи на поверхность в потоке воздуха.

Средний ресурс пневмоударника при бурении известняков 6000-8000 метров, ресурс долота 3000-5000 метров.

Средний ресурс пневмоударника при бурении гранита/базальта 3000-5000 метров, ресурс долота 600 – 1500 метров.

При благоприятных условиях работы ресурс может быть выше на 30 %.

Скорость проходки при бурении с погружным пневмоударником прямо пропорциональна давлению воздуха, т.е., она тем больше, чем выше давление.

Давление и производительность пневмоударника зависят от потока воздуха, проходящего через пневмоударник. Давление и эффективность пневмоударника зависят от расхода воздуха, производимого компрессором, выраженного в стандартных куб. в минуту. Для определения давления, создаваемого пневмоударником (без подачи воды и подачи масла), необходимо учитывать фактический объемный или массовый расход воздуха, подаваемого компрессором. Номинальная производительность компрессоров указывается в фактических кубических метрах в минуту (ACFM), которые равны стандартным кубическим футам в минуту (SCFM) при стандартных условиях: высоте на уровне моря и температуре на входе 60 °F (16 ° С). При изменении плотности воздуха на впуске вследствие повышения или понижения температуры, производительность компрессора в стандартных куб. метрах в минуту будет изменяться.

Давление воздуха является основным фактором производительности погружного пневмоударника. Именно оно обуславливает величину ударной энергии и частоту ударов, если для его поддержания имеется достаточный объём воздуха.

10,3 бар/ 30 м3 – 695 ударов в минуту
13,8 бар/ 47,5 м3 - 805 ударов в минуту
17,2 бар/ 59,3 м3 – 915 ударов в минуту
20,7 бар/ 70,8 м3 – 1025 ударов в минуту
24,1 бар/ 82 м3 - 1135 ударов в минуту

Производительность воздушного компрессора выбирается с учетом того, что в идеальном случае объемная подача должна быть эквивалентной расходу воздуха на пневмоударнике при требуемом выходном давлении с учетом минимум 20-процентного запаса на непредвиденные потребности.

Кроме того, при определении правильного выходного давления и объемной подачи компрессора следует учесть и влияние большой высоты над уровнем моря, где воздух более разрежен

Высокое давление подачи воздуха обеспечит:

Для смазывания пневмоударника необходимо использовать лубрикатор типа Вентури. При давлении воздуха 25 бар необходимо добавлять 0,16 литра масла в час на 2,8 м3 воздуха. Перед каждым запуском необходимо влить 1 литр масла в рукава для подачи воздуха, для более быстрого образования масляной плёнки на стенках рукавов подачи воздуха и внутренних элементах пневмоударника.

Диаметр наружный: 284,7 мм
Длина с долотом: 2080 мм
Вес без долота: 650 мм
Минимальный размер долота: 380 мм
Максимальный размер долота: 558 мм
Зависимость частоты ударов от давления воздуха давление/объём воздуха:
10,3 бар/ 30 м3 – 695 ударов в минуту
13,8 бар/ 47,5 м3 - 805 ударов в минуту
17,2 бар/ 59,3 м3 – 915 ударов в минуту
20,7 бар/ 70,8 м3 – 1025 ударов в минуту
24,1 бар/ 82 м3 - 1135 ударов в минуту
Усилие подачи: 1500 – 3000 кг
Частота вращения: 15-25 оборотов в минуту

Крутящий момент: (27 Н-м на миллиметр) максимального диаметра долота.
Частота вращения: 10 — 20 об/мин.
Усилие давления на забой: (9 кг на миллиметр) максимального диаметра пневмоударника
Усилие удержания: Зависит от глубины скважины и веса бурильной колонны. Должно быть способно удерживать вес 66 кг на сантиметр глубины.
Рабочее давление воздуха: 24,1 бар
Объем воздуха: 0,165 — 0,22 м3/мин. на миллиметр диаметра пневмоударника.
Смазка: 0,16 л в час на 2,8 м3/мин.

Максимальное усилие подачи: 9 * 508 = 4572 кг
Давление воздуха: 20 - 24 бар
Объём воздуха: 0,165-0,22 *508 = 83 – 111 м 3
Скорость очистки скважины должна находится в интервале 914 -2000 м/мин:
При использовании штанг 168 мм скорость составит – 60 / (0,508-0,168) = 176 м/мин
При использовании штанг 450 мм скорость составит – 60/(0,508-0,450) = 1034 м/мин
Скорость вращения: 300/20,32 = 15 об/мин
Количество смазки: (0,165*60) /2,8 =3,5 л/час

Похожие статьи

Информационные полезные статьи о бурении