Пневмоударный инструмент: виды и применение в бурении
Пневмоударный инструмент используют при ударно-вращательном бурении, когда породу разрушают серией ударов непосредственно в забое с одновременным вращением коронки. Такой способ особенно востребован при проходке крепких и скальных пород. Сжатый воздух приводит в действие ударный механизм и одновременно участвует в очистке скважины от разрушенной породы.
Под пневмоударным инструментом понимают не одно устройство, а группу оборудования и оснастки: пневмоударники, буровые коронки, расширители, комплексы, переходники и комплектующие. Их подбирают как единую систему с учетом условий бурения и характеристик буровой установки.
Что такое пневмоударный инструмент
Инструмент для пневмоударного бурения предназначен для разрушения породы сочетанием ударного воздействия и вращения. Во время работы коронка одновременно получает ударные импульсы и поворачивается, благодаря чему последовательно разрушает породу по всей площади забоя. Энергию для ударного механизма обеспечивает поток сжатого воздуха от компрессора.
При таком способе основная работа по разрушению породы выполняется повторяющимися ударами, а вращение меняет положение режущих элементов относительно забоя. Эффективность зависит от правильного сочетания инструмента и рабочих параметров.
Виды пневмоударного инструмента
К пневмоударному оборудованию и буровой оснастке относится несколько групп изделий, каждая из которых выполняет свою задачу. У каждой своя задача, поэтому элементы необходимо рассматривать в составе общей компоновки.
Пневмоударники
Пневмоударник создает ударные импульсы, которые передаются буровой коронке непосредственно в забое. Сжатый воздух приводит в движение поршень-ударник внутри корпуса, а тот наносит повторяющиеся удары по хвостовику коронки. Одновременно буровая установка обеспечивает вращение всей компоновки, благодаря чему рабочие элементы коронки последовательно воздействуют на разные участки забоя.
Оборудование различается типоразмером, рабочим давлением, расходом воздуха и системой присоединения коронки. При подборе учитывают требуемый диаметр бурения, характеристики компрессора и совместимость с остальными элементами буровой колонны.
Пневмоударные буровые коронки
Коронка непосредственно взаимодействует с породой и разрушает забой. На ее рабочей поверхности расположены твердосплавные элементы, которые воспринимают повторяющиеся ударные нагрузки. Конструкция коронки выбирается с учетом свойств породы, требуемого диаметра скважины и используемого пневмоударника.
Хвостовик должен соответствовать системе присоединения конкретного пневмоударника. Также учитывают форму и расположение твердосплавного вооружения, поскольку они влияют на характер разрушения породы и износ рабочей части.
Пневмоударные комплексы
Пневмоударные комплексы применяют, когда требуется согласованная компоновка для конкретной технологии, назначения или диаметра скважины. В состав могут входить ударные механизмы, породоразрушающий инструмент и соединительные элементы, совместимые по геометрии и рабочим характеристикам.
Расширители
Расширители используют, когда необходимо увеличить диаметр уже формируемой или предварительно пройденной скважины. Их конструкция рассчитана на разрушение породы по периферии забоя. Размер и исполнение расширителя выбирают исходя из исходного и требуемого диаметра, а также применяемой буровой компоновки.
Переходники и комплектующие
Переходники соединяют элементы с различающимися присоединительными размерами или конструкцией. К комплектующим относятся и детали для сборки, ремонта и поддержания работоспособности оборудования. Несовместимые или изношенные соединения повышают нагрузки и ускоряют износ.
Как работает пневмоударный инструмент при бурении
В бурении такой пневматический ударный инструмент работает за счет энергии сжатого воздуха. Компрессор подает его через бурильную колонну к пневмоударнику. Воздух приводит в действие ударный механизм, импульсы передаются коронке, а буровая установка одновременно вращает колонну. После каждого удара твердосплавные элементы меняют положение относительно забоя и последовательно разрушают породу по всей площади.
Отработанный воздух выходит в забой, захватывает шлам и способствует его выносу к устью по пространству между бурильной колонной и стенками скважины. Поэтому поток воздуха обеспечивает и работу ударного механизма, и очистку забоя.
Для стабильной проходки важно, чтобы объема и давления воздуха хватало и для работы пневмоударника, и для удаления разрушенного материала. Недостаточная очистка приводит к накоплению шлама, ухудшению условий работы коронки и снижению скорости бурения.
Где применяют пневмоударный инструмент
Пневмоударное бурение востребовано прежде всего в породах средней и высокой крепости, включая скальные, абразивные, трещиноватые и разрушенные массивы. Ударное воздействие позволяет эффективно разрушать материал, который трудно проходить только резанием или скалыванием при вращении.
Область применения зависит от геологического разреза, диаметра и глубины скважины, возможностей установки и требований к результату. Пневмоударный инструмент используют:
- при бурении скважин на воду в твердых породах;
- в геологоразведочных и инженерно-геологических работах;
- при сооружении технических скважин;
- в горнодобывающей промышленности и на карьерах;
- при буровзрывных работах;
- в строительстве, когда необходимо проходить прочные породные слои.
Технология не универсальна для любых грунтов. В слабых, рыхлых или сильно обводненных отложениях выбор метода зависит от устойчивости стенок, необходимости крепления и условий удаления продуктов разрушения. Поэтому сначала оценивают геологию, а затем подбирают способ и инструмент.
Основные характеристики пневмоударного инструмента
Работоспособность компоновки определяется сочетанием нескольких параметров, которые необходимо оценивать вместе.
Диаметр бурения. Он определяется размером породоразрушающего инструмента и должен соответствовать проектной задаче. Диаметр также связан с типоразмером пневмоударника и размерами бурильной колонны.
Рабочее давление. Пневмоударники рассчитаны на определенный диапазон давления воздуха. Его недостаток не позволяет получить расчетный режим работы, а применение оборудования вне допустимых параметров способно ускорить износ.
Расход воздуха. Компрессор должен обеспечивать объем воздуха, необходимый не только ударному механизму, но и очистке скважины. Требования возрастают с изменением диаметра и условий бурения.
Тип присоединения. Пневмоударник, коронка, переходники и другие элементы должны быть механически совместимы. Для коронок применяются различные варианты хвостовиков и соединений, поэтому одного совпадения по диаметру недостаточно.
Конструкция коронки. Учитываются форма рабочей поверхности, схема размещения и форма твердосплавных элементов. Эти характеристики выбирают в зависимости от свойств разбуриваемой породы и режима работы.
Как выбрать пневмоударный инструмент для бурения
Подбор начинают с условий задачи. Сначала оценивают геологический разрез: крепость, абразивность, трещиноватость и неоднородность пород, затем определяют проектный диаметр и глубину скважины.
Дальнейший подбор удобно вести последовательно:
- определить условия и назначение бурения;
- установить необходимый диаметр скважины;
- подобрать породоразрушающую коронку для конкретной породы;
- выбрать совместимый с ней пневмоударник;
- проверить требуемые давление и расход воздуха;
- сопоставить эти параметры с производительностью компрессора;
- проверить совместимость компоновки с бурильной колонной и буровой установкой.
Такой порядок снижает риск несовместимости элементов. Производительный пневмоударник не даст ожидаемого результата, если компрессор не обеспечивает необходимый воздушный режим, а совпадение по диаметру не заменяет проверку типа соединения.
Преимущества и ограничения пневмоударного инструмента
Одно из главных преимуществ технологии состоит в передаче ударного воздействия непосредственно в забойной части компоновки. Это помогает эффективно разрушать крепкие породы. К другим преимуществам относятся:
- сочетание ударного и вращательного воздействия;
- одновременная работа сжатого воздуха в качестве источника энергии и очистного агента;
- возможность подбирать инструмент под разные диаметры и геологические условия;
- применение без постоянной подачи промывочной жидкости в тех случаях, где это допускают технология и состояние скважины;
- широкий выбор коронок, пневмоударников и вспомогательной оснастки.
Ограничения связаны прежде всего с воздушным режимом и геологическими условиями. Нужен компрессор соответствующей производительности, а при росте диаметра и количества шлама возрастают требования к очистке. В рыхлых и неустойчивых породах может потребоваться укрепление стенок скважины.
Что влияет на ресурс пневмоударного инструмента
Срок службы зависит не только от материалов. Даже правильно подобранный инструмент быстрее изнашивается при нарушении рабочего режима.
На ресурс прежде всего влияют:
- соответствие давления и расхода воздуха требованиям оборудования;
- абразивность и крепость породы;
- качество очистки забоя от шлама;
- состояние коронки и ее твердосплавных элементов;
- исправность соединений;
- соблюдение требований к смазке;
- правильная осевая нагрузка и частота вращения;
- своевременная замена изношенных деталей.
Важно следить за всей компоновкой, а не только за одним элементом. Изношенная коронка повышает нагрузки на пневмоударник, поврежденные соединения ухудшают передачу усилий, а недостаточная подача воздуха снижает производительность и качество очистки забоя.
Наилучший результат достигается, когда коронка, ударный механизм, соединительные элементы, компрессор и буровая установка подобраны как единая система. Соответствие оборудования геологическим условиям и рабочим параметрам определяет устойчивость процесса и ресурс инструмента.
Рекомендуемые товары
Получите консультацию
