Бурение. Как добывают нефть. Винтовой забойный двигатель
Доброго дня вам, уважаемые читатели.
безумно приятно понимать, что мои посты оказываются кому-то интересны.
и вдвойне приятно понимать, что такой важный аспект нашей Экономики, как Нефть (не случайно с большой буквы) интересует граждан нашей необъятной Родины. (не случайно с большой Буквы)))
Ну и по пожеланию @Alexeich56, этот пост я решил написать не из аэропорта. И не с телефона. (Посмотрим, отразится ли это на его содержании, а так-же орфографии и пунктуации.))
в общем, перейдем к теме.
Ранее мы уже рассмотрели принцип работы породоразрушающего инстрмуента Бурение. Как добывают нефть.Породоразрушающий инструмент. Лопастные долота PDC
и основы наклонно направленного бурения Как добывают нефть.Наклонно направленное бурение
и, продолжая разговор, в разрезе Компановки низа бурильной колонны (далее КНБК), скажу что между долотом (породоразрушающий инструмент) и Телесистемой (прибор для набора параметров кривизны скв., если очень упрощенно) в КНБК как раз и находится ВЗД (Винтовой Забойный Двигатель). Забегая вперед, скажу: что ВЗД это далеко не единственное технологическое решение, но мы рассмотрим его, как самое широко распространенное и самое применяемое в нашей стране, в настоящее время. Насколько мне известно — более 75% всех скважин в России в бурится с ВЗД.
итак, ВЗД (движок, мотор, Дшка, турбина, Клюшка и т.д.) — это машина гидростатического действия, основными элементами конструкции которой являются:
предназначена для превращения энергии потока жидкости во вращательное движение. (а мы не забываем, что ВЗД, это в первую очередь труба, через которую проходит раствор (под давлением в среднем 150-250 атм. (значения могут быть и иными))
своими словами: раствор течет по трубе под большим давлением, которое приводит во вращение по планетарной оси ротор.
а вот так это работает
Ротор же, в свою очередь, за счет своего строения, под действием сил давления раствора, приходит в движение и передает это движение (вращение) на шпиндель двигателя.
(Прежде чем мы перейдем к шпиндельной секции, необходимо отметить, что самая важная часть конструкции пары (Ротор/статор) это во первых, отличие в числе зубьев ротора (на единицу меньше числа зубьев статора), именно этот факт и придает всей конструкции планетарную ось вращения. А так-же необходимо понимать, что внутри стального статора, как и по внешней площади ротора привулканизирован резиновый слой.
который иногда и приводит к выходу из строя движка, или забитию гидромониторных насадок на долоте. Но, без него, к сожалению, никак.
это соответственно, часть ВЗД, прикрепленная к ротору и превращающая планетарное вращение ротора в соосное вращение вала шпинделя и служащая для предачи гидравлической энергии ротора на подшипник шпинделя.
своими словами: раствор течет, ротор крутится, ротор приводит во вращение шпиндель, шпиндель приводит во вращение долото, долото бурит скважину, скважина дает нефть, Сечин покупает новый дворец, ну и так далее.
Важно отметить: так как ВЗД имеет возожность установки угла перекоса т.е. труба то, по факту, не прямая, а несколько изогнутая ( +- до 3 градусов, что вроде немного, но, в разрезе размера трубы, визуально довольно хорошо видно). так-вот, дабы минимизировать проблемы связанные с изломом этой самой трубы, узел соединения ротора и выходного вала шпинделя, бывает либо гибким (здесь вопросов быть не должно, гибкий он и есть гибкий), либо двухшарнирным карданным соединением (что чаще всего) разнесенным между собой на Максимальное расстояние и соединенных по конусным поверхностям по средством промежуточной трубы.
в случае если непонятно, готов пояснить в комментариях)
В общих чертах шпиндель имееет: корпус, выходной вал (на который установлен переводник, на который установлено долото), а так-же осевую и радиальные опоры.
так-же, как правило, в верху двигателя установлен переливной клапан, он нужен для снижения гидродинамики, а так-же минимизации вращения ВЗД в процессе СПО (спуско подьемных операций ( это когда трубы по тем или иным причинам гоняют туда сюда) (причин для таких опреаций бывает огромное количество), а так-же потерь бурового раствора при этих процессах.)
а над клапаном установлен фильтр. (его предназначение думаю очевидно)
таким образом, у нас осталась нетронутой одна часть ВЗД — регулятор угла перекоса.
верху для наглядности картинка, как все это выглядит в реальности.
по сути своей, регулятор угла перекоса состоит из кривого вала, с наружными шлицами; муфты, с торцевыми зубьями (это сделано для фиксации угла перекоса в нужном положении); и переводника.
они соединены между собой не соосно, и именно это факт и позваляет нам искривить ВЗД (сломать движок, выставить угол перекоса)
принцип следующий: расслабляем муфту, на которой заводом изготовителем обозначены деления, соответствующие тому или иному значению перекоса ( у ВЗД разных производителей, значения могу отличаться друг от друга) соединяем необходимое значение на муфте с таким-же значением на валу при помощи вышеупомянутых шлицев и зубьев. Затягиваем все обратно.
В идеале, это единственная резьба в конструкции ВЗД которую необходимо расслаблять на буровой, все остальное должно быть затянуто заводом изготовителем, однако перед спуском ВЗД в скважину, ответственное лицо (как правило инженер ННБ), все-таки должен протянуть резьбы и убедиться в прочности их затяжки. Но даже если эта, единственная тронутая на буровой резьба вдруг раскрутится, то конструктивно Двигатель выполнен таким образом, что если мы оперативно среагируем, на падение давления и поднимем КНБК для ревизии, он останется. Отвернутым, но целым. что спасет скважину и дальнейшие работы от аварии, а бригаду от лишения премии. так-что мое почтения господам конструкторам, которые продумали и эти моменты.
после всех манипуляций с ВЗД, сверху устанавливается телесистема, снизу долото и можно бурить.
Главное перед этим не забыть опрессовать ВЗД на устье и убедиться в его работоспособности.
вот в принципе и все, что хотелось рассказать о винтовых забойных двигателях.
конечно, это далеко не все элементы КНБК, о других приспособлениях я продолжу рассказывать в следующих постах.
спасибо тем, кто осилил очередной пассаж, надеюсь было интересно.
вахтовикам хорошей вахты.
остальных поздравляю с окончанием праздников)
Источник
Инструмент для буровых машин
Способность буровой машины разрушать породу определенной крепости зависит, прежде всего, от типа применяемого рабочего инструмента, способа приложения к нему рабочих нагрузок (способы бурения) и его диаметра. На рис. 1 показаны целесообразные области применения различных типов и размеров долот.

Рисунок 1 — Области применения различных типов инструмента в зависимости от коэффициента крепости породы f и диаметра долота D. I — перфораторов; II – погружных пневмоударников со штыревыми коронками: III — шарошечных долот или погружных пневмоударников; IV — режущих коронок или шарошечных долот; V — режущих коронок.
Для бурения слабых пород широко применяют режущие долота (коронки). По мере увеличения крепости породы и диаметра скважины более эффективными оказываются долота шарошечного или комбинированного типа (режущешарошечные). Наиболее крепкие породы при малых диаметрах бурения рационально обрабатывать, используя перфораторы с внескважинными врашательно-ударными головками и зубильными или штыревыми долотами. Для бурения скважин с большим (до 400 мм) диаметром и особо крупным (до 700 мм) диаметром в крепких породах в мировой практике нашли применение погружные пневмоударники со штыревыми долотами.
Инструмент для станков ударно-вращательного вращательного (пневмоударного) бурения.
Буровая штанга станков ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками служит для передачи крутящего момента от вращателя к долоту и одновременно подаёт сжатый воздух к пневмоударнику и забою скважины. Штанга состоит из трубы, ниппеля и соединительной муфты. Переходник соединяет став штанг с пневмоударником и является разбурником при обратном ходе става. Он имеет унифицированные со штангой муфты и ниппель, но более короткую длину трубы. Штанги изготовляют из стальных труб (сталь 35СГ, 36Г2С, 45 и др.) с последующей их закалкой и нормализацией. Различают три основных вида соединения штанг: замковое с конусной резьбой, ниппельное и муфтовое.
- По форме головок (штыревые и лезвийные)
- По числу разрушающих твердосплавных лезвий, называемых также штырями (долотчатые, трех- и четырехперые, Х-образные)
- По расположению разрушающих лезвий (одно-, двухступенчатые (с опережающим лезвием) и многоступенчатые)
- По способу удаления буровой мелочи из забоя скважин (с внешней продувкой, центральной и внецентренной)

Рисунок 2 Инструмент для станков ударно-вращательного (пневмоударного) бурения; а — К100В и БК-155; б — К105КА и К130К; в — КНШ-110.
Долота с одним лезвием (зубильные) просты и легко затачиваются. Высокая энергия удара на лезвии долота обеспечивает большую скорость бурения, однако в процессе бурения (особенно по абразивным породам) диаметр долота уменьшается, образуется конус и долото заклинивается. Заклинивание может происходить также при бурении по трещиноватым породам.
Многолезвийные долота могут быть с опережающим лезвием и без него. Долота с четырьмя лезвиями могут быть крестовыми и с Х-образным расположением лезвий. Долота с тремя и четырьмя лезвиями хорошо формируют стенки скважины по диаметру, износоустойчивы и почти не заклиниваются при бурении трещиноватых пород. Их недостатками являются трудность заточки лезвий и относительно небольшая скорость бурения, из-за небольшой удельной энергии удара на единицу длины лезвия долота.
Долото с опережающим лезвием (рис. 2, а) применяется при забуривании скважины. Оно состоит из головки 1 и хвостовика 2. Хвостовик служит для передачи импульса от ударника и крутящего момента головке и через твердосплавное вооружение — забою скважины. Хвостовик и головка долота представляют собой одну, литую деталь. Соединение хвостовиков долот с пневмоударннком — шпоночное (коронки БК-105, БК-155), либо шариковое с байонетным затвором (К-110, К-110Ш, К-125, К-125Ш). Последнее соединение обеспечивает более высокую скорость бурения и быструю замену долота.
Наибольшее распространение имеют четырехперые Х-образные долота К-110КА (рис. 2, б) и К-130К с диаметрами бурения 110 и 130 мм, хвостовиком 52 и 60 мм и массой 3,5 и 5,9 кг соответственно.
Хвостовик долота закрепляют в пневмоударнике шариковым замком или на шлицах. Лыска на хвостовике позволяет долоту смещаться в осевом направлении, что необходимо для обеспечения запуска пневмоударника прижатием долота к забою и открытия каналов перемещения поршня. Корпус долота изготовляют из легированной стали марки 45X11 и армируют твердым сплавом ВК-15.
Срок службы бурового инструмента зависит от типа и вида пластин твердого сплава, совершенства технологии их припайки, а также качества эксплуатации инструмента, в первую очередь от его своевременной переточки.
При бурении пород с f=8…16 стойкость долот К-110КА и К-130К изменяется в пределах 180—40 м и 200—60 м соответственно.
При бурении погружными пневмоударниками широко применяют долота типа КНШ с диаметрами 110 и 125 мм (рис. 2, в), с имеющими высокую стойкость армированными штырями из карбида вольфрама и сферической рабочей поверхностью. Для сохранения высокой скорости бурения штыри долота требуют периодической заточки для устранения образующихся на них усталостных трещин и площадок затупления.
При внешней продувке забоя скважины струя воздуха выбрасывается из каналов передней части пневмоударника между лезвиями долота к забою скважины, минуя корпус долота (так как внутренние каналы отсутствуют). В штыревых долотах с центральной и внецентренной продувкой предусматриваются каналы, пропускающие сжатый воздух.
Погружные пневмоударники.
В современной промышленности наиболее широкое применение получила технология ударно–вращательного бурения, к которой относится бурение с пневмоударником.
Буровое долото для ударно-вращательного бурения имеет ударный профиль выпуклой формы со штырями из твердого сплава, встроенными в 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 воздействует непосредственно на породоразрушающий инструмент. Для предотвращения зашламления, современные пневмоударники имеют встроенные обратные клапаны.

Рисунок 3 – Погружной пневмоударник
1 Головная часть (2 3/8 API). 2. Кольцо 3. Клапан 4. Пружина 5. Кольцо 6. Газоразрядный механизм 7. Внутренний цилиндр 8. Поршень 9. Основная труба 10. Кольцо 11. Полукольца 12. Нижняя гайка 13. Буровая коронка
Через центральное отверстие бурового долота производится выхлоп отработанного воздуха, которым удаляется шлам, параллельно с разрушением породы.
Применение пневмоударника эффективно только при бурении скальных пород, на рыхлых и мягких грунтах мощная продувка провоцирует эрозию и создает опасность обрушения стенок скважины, а на глинистых породах инструмент быстро зашламляется.
- Скорость бурения в 3-5 раз выше за счет большой скорости движения воздушного потока, выносящего шлам.
- Автоматическая очистка скважины.
- Бурение выполняется насухую, то есть не требует подачи промывающей жидкости.
- Буровая коронка не заклинивается при работе с трещиноватыми породами.
- Быстрая и удобная смена бурового инструмента.
Инструмент для станков вращательного бурения шарошечными долотами.
Универсальным методом бурения является вращательное бурение, так как позволяет осуществлять проходку скважин диаметром от 127 мм и более (при соответствующем выборе инструмента и режимов бурения) в породах от слабых с f < 6…8 (долотами режущего и комбинированного типов) до весьма крепких f<18 (шарошечными долотами), а в отдельных случаях коэффициентом f>18.
Частота вращения бурового става при этом варьируется от 0,5 до 2,5 с-1, момент на вращателе — от 25 до 60 Нм на 1 кН осевого усилия подачи. Удельная осевая нагрузка на долото обычно не превышает 1,8 МН/м диаметра долота. Суммарное осевое усилие (от веса бурового става и осевого усилия подачи), развиваемое на буровом ставе, может достигать 50—70 % веса станка.
Комплект бурового инструмента станков вращательного бурения (рис. 4) с верхним вращателем состоит из упругой муфты, служащей для гашения вертикальных колебаний бурового става и устанавливаемой между шпинделем вращателя и сменным переходником (адаптором), удлинителя става, гладкой штанги соответствующего диаметра, стабилизатора и долота.

Рисунок 4 — Комплект бурового инструмента станков вращательного
бурения шарошечными долотами: 1— шпиндель вращателя; 2 — упругая муфта; 3 — переходник-адаптер; 4 — буровая штанга; 5 — удлинитель штанги; 6 — стабилизатор; 7- долото.
При вращательном бурении используют следующие виды долот: режущие, штыревые и комбинированные, двух и трехшарошечные.
Наиболее распространенные трехшарошечные долота используют для разработки пород от мягких до очень крепких с вооружением шарошки в виде фрезерованных на ней зубьев (рис. 5, а) различной длины и конфигурации или впрессованных в нее штырей из твердого сплава — карбида вольфрама (рис. 5, б).
Режущие долота предназначены для бурения мягких пород. Хотя абсолютные значения осевых усилий подачи, необходимых для внедрения режущего долота в породу при одинаковых диаметрах долота, меньше, чем шарошечных, потребный вращательный момент на режущем долоте, приходящийся на единицу осевого усилия подачи, должен быть больше, чем у шарошечного инструмента.
Это объясняется спецификой процесса взаимодействия инструмента с породой.
Комбинированный инструмент станков вращательного бурения объединяет в себе элементы режущего и шарошечного долот и эффективно используется при проходке скважин в породах с перемежающимися слоями твердых и мягких напластований.
Трехшарошечные долота (рис. 5), применяемые в горнорудной промышленности, состоят из трех сварных секций (лап), на которых монтируют шарошки 1.
Опоры шарошек в зависимости от размеров долот выполняют по различным схемам. В горной промышленности трехшарошечные долота применяют с опорами (Р-ШР), имеющими два силовых роликоподшипника 6 и 8 и одним шариковым (замковым) между ними.

Рисунок 5 – Конструктивные схемы трехшарошечных долот: а — зубчатого с фрезерованным вооружением шарошек и периферийной продувкой; б — штыревого с вооружением цилиндрическими элементами из твердого сплава и центральной продувкой; 1 — шарошка; 2 — лапа долота; 3 — присоединительный ниппель с резьбой; 4 — периферийный (а) и центральный (б) продувочные каналы; 5 — канал для подачи замкового ряда шарикового подшипника с фиксатором; б — роликовый подшипник опоры; 7 — замковый (шариковый) подшипник; 8 — роликовый подшипник опоры; 9 –элементы породоразрушающего фрезерованного (а) и твердосплавного (б) вооружения шарошки; 10 — корпус шарошки; 11 — опорная пята шарошки; 12— воздушный канал к подшипникам шарошки; 13—воздухо-направляющий винт.
На долотах малых диаметров нижний подшипник может быть шариковым (Р-Ш-Ш) или скользящего типа. Долота для тяжелых условий эксплуатации снабжают упорной пятой скольжения (УПС).
Шарошки и лапы долот в основном изготовляют из хромоникелевой малоуглеродистой (12ХН2), (20ХНЗЛ) и никель-молибденовой (17НЗМА) сталей и подвергают химико-термической обработке.
Тип шарошечного долота выбирают в зависимости от назначения, конструкции, формы шарошек, расположения последних относительно оси долота и забоя, числа и размера зубьев, абразивной стойкости зубьев и способа очистки от буровой мелочи (воздухом или водо-воздушной смесью).
- для крепких пород, у которых обычно образуются мелкие частицы, штанга должна быть на 38 мм меньше диаметра долота, что позволяет пропускать частицы размером до 15 мм.
- для пород средней крепости штанга должна быть на 50 мм меньше, чем долото (минимальная скорость выноса 1525 м/мин.), чего достаточно для прохода частиц до 25 мм;
- для мягких пород штанга должна быть на 75 мм меньше диаметра долота (при выносной скорости частиц не менее 1220 м/мин), что позволяет транспортировать частицы размером до 50 мм и более в зазоре между скважиной и штангой без повторного дробления частиц и его заштыбовки;
Для бурения шарошечными станками (с продувкой воздухом) типов СБШК СБШК-200, СБШ-200 и СБШ-250 слабых и средней крепости пород (f<7) используют режущие буровые долота (рис 6). Долота, имеющие диаметры 215,9; 244,5 и 269,9 мм оснащены восьмью-десятью сменными резцами, армированными пластинками твердых сплавов.
Сжатый воздух к забою подается через наклонные каналы и отверстия, расположенные между резцами.

Рисунок 6 — Режущие долота для бурения с продувкой: а — ЗРД215,9; б — 1РД244,5; в —1РД269,9 1 — хвостовик; 2 — съемный корпус. 3 — сменный зубок: 4 — замковый палец; 5 — корпус долота.
Режущие долота с воздушной продувкой предназначены для бурения многолетнемерзлых пород повышенной влажности с гравийно-галечными включениями и могут использоваться для бурения пород с обычным температурным режимом.
Комплект бурового инструмента состоит из режущих долот и шнековых штанг.

Рисунок 7 – Режущие долота для бурения со шнековой очисткой скважин: а — РК4М; б — 8РД160Ш; в — 10РД160ШП; 1 — хвостовик; 2 — съемный корпус; 3 — соединительный палец; 4, 5— укороченные резцы типа ШБМ2С; 6 — литой корпус.
Шнековый способ очистки скважин от шлама является пассивным, поскольку не обеспечивает принудительного удаления продуктов разрушения из призабойной зоны.
Поступление буровой мелочи на первый виток шнека, который отстоит от забоя на высоту долота, происходит за счет вытеснения ее буровым инструментом. Шнековый способ очистки скважины применяется только в сочетании с режущим буровым инструментом.

Рисунок 8 – Секции шнековых буровых штанг для очистки скважин со спиралью: а — сплошной; б — полой коробчатой; в — полой уступчатой; г — ленточной; д — с радиальными отверстиями в трубе; е — секционной.
- по числу режущих лучей (перьев). Выделяют двухлучевые (двухперые); трехлучевые, четырехлучевые; с круговым расположением резцов. Двухлучевые долота чаще имеют сплошное армирование режущей кромки и при шнековой очистке обеспечивают наименьший коэффициент перекрытия скважины. В трещиноватых породах целесообразно применение трехлучевых долот. Четырехлучевые долота и долота с круговым расположением резцов имеют большой коэффициент перекрытия скважины и рекомендуются для бурения с продувкой;
- по форме режущей кромки и расположению резцов по высоте. Выделяют инструменты со сплошной режущей кромкой (бесступенчатая форма забоя); с прерывистой режущей кромкой (ступенчатая форма забоя); с превышением резцов в каждой последующей линии над предыдущими (ступенчатая форма забоя);
- по способу армирования твердым сплавом. Выделяют инструменты со вставками по торцу или по передней грани; с несъемными резцами; со сменными резцами. Армирование производится пластинами твердого сплава типа ВК или трубчато-зернообразным твердым сплавом типа ТЗ. Инструмент со сменными резцами является перспективным на породах повышенной крепости.
Шнековый буровой став (рис. 8) служит для передачи крутящего момента долоту, а также очистки скважины. Он состоит из секций, каждая из которых, в свою очередь, складывается из трубы 1 диаметром D, приваренной к ней спирали 2 , шага 5 из полосовой стали и хвостовиков 3 и 4. Не имеющие продувки секции между собой соединяются с помощью продеваемых сквозь отверстия хвостовиков валиков. Аналогичным образом верхний шнек става соединяется с переходником шпинделя, а к нижней штанге присоединяется долото. Штанги для шнекопневматической очистки имеют резьбовое соединение, различную форму спирали и сквозное внутреннее отверстие. Для станков шнекового бурения применяют три типа штанг диаметром по спирали 107 — 155 мм, длиной 1800 — 8190 мм и массой 20 — 270 кг. В зависимости от абразивности и крепости породы долговечность штанги до разрушения составляет от 3 до 44 тыс м. Наружный диаметр шнека D для уменьшения трения о стенки скважины должен быть на 10 % меньше диаметра долота.
Источник
Буровые шпиндели
В компании «ТехТайм» представлены к продаже различные буровые шпиндели от российских и иностранных производителей. Поставляем сертифицированную продукцию по всем городам России.
Особенности буровых шпинделей
Шпиндель (SAVER SUB-анг.) — переходник, который соединяет каретку вращения с буровой колонной. Т.е. то устройство, которое передает момент с выхода редуктора непосредственно на буровую штангу. С одной стороны характеризуется конической резьбой.
Чаще всего присоединяется к каретке вращения редуктора болтовым соединением. В основном это все модели Vermeer, DitchWitch (DW)и др. Бывает прилепляется конической резьбой. Например, xcmg, связано это с унификацией редуктора с машинами с разными техническими показателями. Либо цилиндрической резьбой (jove, hanlyma и др.) для «тащи» — «толкай» и шестигранной муфтой для передачи крутящего момента.
Изготавливаются детали из высококачественной стали марки S135. Это важно, так как они принимают на себя большую нагрузку. А этот металл позволяет увеличить надежность и эксплуатационный срок изделия. В нашей компании вы найдете оборудование для всех видов установок горизонтально-направленного бурения.
Заказать шпиндели, объединяющие элементы буровой колонны в единое целое можно у нас. Чтобы связаться с нашими менеджерами воспользуйтесь наиболее удобным для вас способом. Оставьте свою заявку на сайте с помощью специальной формы или позвоните по телефону, который указан на странице с контактной информацией.
Источник
Инструмент для буровых машин
Способность буровой машины разрушать породу определенной крепости зависит, прежде всего, от типа применяемого рабочего инструмента, способа приложения к нему рабочих нагрузок (способы бурения) и его диаметра. На рис. 1 показаны целесообразные области применения различных типов и размеров долот.

Рисунок 1 — Области применения различных типов инструмента в зависимости от коэффициента крепости породы f и диаметра долота D. I — перфораторов; II – погружных пневмоударников со штыревыми коронками: III — шарошечных долот или погружных пневмоударников; IV — режущих коронок или шарошечных долот; V — режущих коронок.
Для бурения слабых пород широко применяют режущие долота (коронки). По мере увеличения крепости породы и диаметра скважины более эффективными оказываются долота шарошечного или комбинированного типа (режущешарошечные). Наиболее крепкие породы при малых диаметрах бурения рационально обрабатывать, используя перфораторы с внескважинными врашательно-ударными головками и зубильными или штыревыми долотами. Для бурения скважин с большим (до 400 мм) диаметром и особо крупным (до 700 мм) диаметром в крепких породах в мировой практике нашли применение погружные пневмоударники со штыревыми долотами.
Инструмент для станков ударно-вращательного вращательного (пневмоударного) бурения.
Буровая штанга станков ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками служит для передачи крутящего момента от вращателя к долоту и одновременно подаёт сжатый воздух к пневмоударнику и забою скважины. Штанга состоит из трубы, ниппеля и соединительной муфты. Переходник соединяет став штанг с пневмоударником и является разбурником при обратном ходе става. Он имеет унифицированные со штангой муфты и ниппель, но более короткую длину трубы. Штанги изготовляют из стальных труб (сталь 35СГ, 36Г2С, 45 и др.) с последующей их закалкой и нормализацией. Различают три основных вида соединения штанг: замковое с конусной резьбой, ниппельное и муфтовое.
- По форме головок (штыревые и лезвийные)
- По числу разрушающих твердосплавных лезвий, называемых также штырями (долотчатые, трех- и четырехперые, Х-образные)
- По расположению разрушающих лезвий (одно-, двухступенчатые (с опережающим лезвием) и многоступенчатые)
- По способу удаления буровой мелочи из забоя скважин (с внешней продувкой, центральной и внецентренной)

Рисунок 2 Инструмент для станков ударно-вращательного (пневмоударного) бурения; а — К100В и БК-155; б — К105КА и К130К; в — КНШ-110.
Долота с одним лезвием (зубильные) просты и легко затачиваются. Высокая энергия удара на лезвии долота обеспечивает большую скорость бурения, однако в процессе бурения (особенно по абразивным породам) диаметр долота уменьшается, образуется конус и долото заклинивается. Заклинивание может происходить также при бурении по трещиноватым породам.
Многолезвийные долота могут быть с опережающим лезвием и без него. Долота с четырьмя лезвиями могут быть крестовыми и с Х-образным расположением лезвий. Долота с тремя и четырьмя лезвиями хорошо формируют стенки скважины по диаметру, износоустойчивы и почти не заклиниваются при бурении трещиноватых пород. Их недостатками являются трудность заточки лезвий и относительно небольшая скорость бурения, из-за небольшой удельной энергии удара на единицу длины лезвия долота.
Долото с опережающим лезвием (рис. 2, а) применяется при забуривании скважины. Оно состоит из головки 1 и хвостовика 2. Хвостовик служит для передачи импульса от ударника и крутящего момента головке и через твердосплавное вооружение — забою скважины. Хвостовик и головка долота представляют собой одну, литую деталь. Соединение хвостовиков долот с пневмоударннком — шпоночное (коронки БК-105, БК-155), либо шариковое с байонетным затвором (К-110, К-110Ш, К-125, К-125Ш). Последнее соединение обеспечивает более высокую скорость бурения и быструю замену долота.
Наибольшее распространение имеют четырехперые Х-образные долота К-110КА (рис. 2, б) и К-130К с диаметрами бурения 110 и 130 мм, хвостовиком 52 и 60 мм и массой 3,5 и 5,9 кг соответственно.
Хвостовик долота закрепляют в пневмоударнике шариковым замком или на шлицах. Лыска на хвостовике позволяет долоту смещаться в осевом направлении, что необходимо для обеспечения запуска пневмоударника прижатием долота к забою и открытия каналов перемещения поршня. Корпус долота изготовляют из легированной стали марки 45X11 и армируют твердым сплавом ВК-15.
Срок службы бурового инструмента зависит от типа и вида пластин твердого сплава, совершенства технологии их припайки, а также качества эксплуатации инструмента, в первую очередь от его своевременной переточки.
При бурении пород с f=8…16 стойкость долот К-110КА и К-130К изменяется в пределах 180—40 м и 200—60 м соответственно.
При бурении погружными пневмоударниками широко применяют долота типа КНШ с диаметрами 110 и 125 мм (рис. 2, в), с имеющими высокую стойкость армированными штырями из карбида вольфрама и сферической рабочей поверхностью. Для сохранения высокой скорости бурения штыри долота требуют периодической заточки для устранения образующихся на них усталостных трещин и площадок затупления.
При внешней продувке забоя скважины струя воздуха выбрасывается из каналов передней части пневмоударника между лезвиями долота к забою скважины, минуя корпус долота (так как внутренние каналы отсутствуют). В штыревых долотах с центральной и внецентренной продувкой предусматриваются каналы, пропускающие сжатый воздух.
Погружные пневмоударники.
В современной промышленности наиболее широкое применение получила технология ударно–вращательного бурения, к которой относится бурение с пневмоударником.
Буровое долото для ударно-вращательного бурения имеет ударный профиль выпуклой формы со штырями из твердого сплава, встроенными в 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 воздействует непосредственно на породоразрушающий инструмент. Для предотвращения зашламления, современные пневмоударники имеют встроенные обратные клапаны.

Рисунок 3 – Погружной пневмоударник
1 Головная часть (2 3/8 API). 2. Кольцо 3. Клапан 4. Пружина 5. Кольцо 6. Газоразрядный механизм 7. Внутренний цилиндр 8. Поршень 9. Основная труба 10. Кольцо 11. Полукольца 12. Нижняя гайка 13. Буровая коронка
Через центральное отверстие бурового долота производится выхлоп отработанного воздуха, которым удаляется шлам, параллельно с разрушением породы.
Применение пневмоударника эффективно только при бурении скальных пород, на рыхлых и мягких грунтах мощная продувка провоцирует эрозию и создает опасность обрушения стенок скважины, а на глинистых породах инструмент быстро зашламляется.
- Скорость бурения в 3-5 раз выше за счет большой скорости движения воздушного потока, выносящего шлам.
- Автоматическая очистка скважины.
- Бурение выполняется насухую, то есть не требует подачи промывающей жидкости.
- Буровая коронка не заклинивается при работе с трещиноватыми породами.
- Быстрая и удобная смена бурового инструмента.
Инструмент для станков вращательного бурения шарошечными долотами.
Универсальным методом бурения является вращательное бурение, так как позволяет осуществлять проходку скважин диаметром от 127 мм и более (при соответствующем выборе инструмента и режимов бурения) в породах от слабых с f < 6…8 (долотами режущего и комбинированного типов) до весьма крепких f<18 (шарошечными долотами), а в отдельных случаях коэффициентом f>18.
Частота вращения бурового става при этом варьируется от 0,5 до 2,5 с-1, момент на вращателе — от 25 до 60 Нм на 1 кН осевого усилия подачи. Удельная осевая нагрузка на долото обычно не превышает 1,8 МН/м диаметра долота. Суммарное осевое усилие (от веса бурового става и осевого усилия подачи), развиваемое на буровом ставе, может достигать 50—70 % веса станка.
Комплект бурового инструмента станков вращательного бурения (рис. 4) с верхним вращателем состоит из упругой муфты, служащей для гашения вертикальных колебаний бурового става и устанавливаемой между шпинделем вращателя и сменным переходником (адаптором), удлинителя става, гладкой штанги соответствующего диаметра, стабилизатора и долота.

Рисунок 4 — Комплект бурового инструмента станков вращательного
бурения шарошечными долотами: 1— шпиндель вращателя; 2 — упругая муфта; 3 — переходник-адаптер; 4 — буровая штанга; 5 — удлинитель штанги; 6 — стабилизатор; 7- долото.
При вращательном бурении используют следующие виды долот: режущие, штыревые и комбинированные, двух и трехшарошечные.
Наиболее распространенные трехшарошечные долота используют для разработки пород от мягких до очень крепких с вооружением шарошки в виде фрезерованных на ней зубьев (рис. 5, а) различной длины и конфигурации или впрессованных в нее штырей из твердого сплава — карбида вольфрама (рис. 5, б).
Режущие долота предназначены для бурения мягких пород. Хотя абсолютные значения осевых усилий подачи, необходимых для внедрения режущего долота в породу при одинаковых диаметрах долота, меньше, чем шарошечных, потребный вращательный момент на режущем долоте, приходящийся на единицу осевого усилия подачи, должен быть больше, чем у шарошечного инструмента.
Это объясняется спецификой процесса взаимодействия инструмента с породой.
Комбинированный инструмент станков вращательного бурения объединяет в себе элементы режущего и шарошечного долот и эффективно используется при проходке скважин в породах с перемежающимися слоями твердых и мягких напластований.
Трехшарошечные долота (рис. 5), применяемые в горнорудной промышленности, состоят из трех сварных секций (лап), на которых монтируют шарошки 1.
Опоры шарошек в зависимости от размеров долот выполняют по различным схемам. В горной промышленности трехшарошечные долота применяют с опорами (Р-ШР), имеющими два силовых роликоподшипника 6 и 8 и одним шариковым (замковым) между ними.

Рисунок 5 – Конструктивные схемы трехшарошечных долот: а — зубчатого с фрезерованным вооружением шарошек и периферийной продувкой; б — штыревого с вооружением цилиндрическими элементами из твердого сплава и центральной продувкой; 1 — шарошка; 2 — лапа долота; 3 — присоединительный ниппель с резьбой; 4 — периферийный (а) и центральный (б) продувочные каналы; 5 — канал для подачи замкового ряда шарикового подшипника с фиксатором; б — роликовый подшипник опоры; 7 — замковый (шариковый) подшипник; 8 — роликовый подшипник опоры; 9 –элементы породоразрушающего фрезерованного (а) и твердосплавного (б) вооружения шарошки; 10 — корпус шарошки; 11 — опорная пята шарошки; 12— воздушный канал к подшипникам шарошки; 13—воздухо-направляющий винт.
На долотах малых диаметров нижний подшипник может быть шариковым (Р-Ш-Ш) или скользящего типа. Долота для тяжелых условий эксплуатации снабжают упорной пятой скольжения (УПС).
Шарошки и лапы долот в основном изготовляют из хромоникелевой малоуглеродистой (12ХН2), (20ХНЗЛ) и никель-молибденовой (17НЗМА) сталей и подвергают химико-термической обработке.
Тип шарошечного долота выбирают в зависимости от назначения, конструкции, формы шарошек, расположения последних относительно оси долота и забоя, числа и размера зубьев, абразивной стойкости зубьев и способа очистки от буровой мелочи (воздухом или водо-воздушной смесью).
- для крепких пород, у которых обычно образуются мелкие частицы, штанга должна быть на 38 мм меньше диаметра долота, что позволяет пропускать частицы размером до 15 мм.
- для пород средней крепости штанга должна быть на 50 мм меньше, чем долото (минимальная скорость выноса 1525 м/мин.), чего достаточно для прохода частиц до 25 мм;
- для мягких пород штанга должна быть на 75 мм меньше диаметра долота (при выносной скорости частиц не менее 1220 м/мин), что позволяет транспортировать частицы размером до 50 мм и более в зазоре между скважиной и штангой без повторного дробления частиц и его заштыбовки;
Для бурения шарошечными станками (с продувкой воздухом) типов СБШК СБШК-200, СБШ-200 и СБШ-250 слабых и средней крепости пород (f<7) используют режущие буровые долота (рис 6). Долота, имеющие диаметры 215,9; 244,5 и 269,9 мм оснащены восьмью-десятью сменными резцами, армированными пластинками твердых сплавов.
Сжатый воздух к забою подается через наклонные каналы и отверстия, расположенные между резцами.

Рисунок 6 — Режущие долота для бурения с продувкой: а — ЗРД215,9; б — 1РД244,5; в —1РД269,9 1 — хвостовик; 2 — съемный корпус. 3 — сменный зубок: 4 — замковый палец; 5 — корпус долота.
Режущие долота с воздушной продувкой предназначены для бурения многолетнемерзлых пород повышенной влажности с гравийно-галечными включениями и могут использоваться для бурения пород с обычным температурным режимом.
Комплект бурового инструмента состоит из режущих долот и шнековых штанг.

Рисунок 7 – Режущие долота для бурения со шнековой очисткой скважин: а — РК4М; б — 8РД160Ш; в — 10РД160ШП; 1 — хвостовик; 2 — съемный корпус; 3 — соединительный палец; 4, 5— укороченные резцы типа ШБМ2С; 6 — литой корпус.
Шнековый способ очистки скважин от шлама является пассивным, поскольку не обеспечивает принудительного удаления продуктов разрушения из призабойной зоны.
Поступление буровой мелочи на первый виток шнека, который отстоит от забоя на высоту долота, происходит за счет вытеснения ее буровым инструментом. Шнековый способ очистки скважины применяется только в сочетании с режущим буровым инструментом.

Рисунок 8 – Секции шнековых буровых штанг для очистки скважин со спиралью: а — сплошной; б — полой коробчатой; в — полой уступчатой; г — ленточной; д — с радиальными отверстиями в трубе; е — секционной.
- по числу режущих лучей (перьев). Выделяют двухлучевые (двухперые); трехлучевые, четырехлучевые; с круговым расположением резцов. Двухлучевые долота чаще имеют сплошное армирование режущей кромки и при шнековой очистке обеспечивают наименьший коэффициент перекрытия скважины. В трещиноватых породах целесообразно применение трехлучевых долот. Четырехлучевые долота и долота с круговым расположением резцов имеют большой коэффициент перекрытия скважины и рекомендуются для бурения с продувкой;
- по форме режущей кромки и расположению резцов по высоте. Выделяют инструменты со сплошной режущей кромкой (бесступенчатая форма забоя); с прерывистой режущей кромкой (ступенчатая форма забоя); с превышением резцов в каждой последующей линии над предыдущими (ступенчатая форма забоя);
- по способу армирования твердым сплавом. Выделяют инструменты со вставками по торцу или по передней грани; с несъемными резцами; со сменными резцами. Армирование производится пластинами твердого сплава типа ВК или трубчато-зернообразным твердым сплавом типа ТЗ. Инструмент со сменными резцами является перспективным на породах повышенной крепости.
Шнековый буровой став (рис. 8) служит для передачи крутящего момента долоту, а также очистки скважины. Он состоит из секций, каждая из которых, в свою очередь, складывается из трубы 1 диаметром D, приваренной к ней спирали 2 , шага 5 из полосовой стали и хвостовиков 3 и 4. Не имеющие продувки секции между собой соединяются с помощью продеваемых сквозь отверстия хвостовиков валиков. Аналогичным образом верхний шнек става соединяется с переходником шпинделя, а к нижней штанге присоединяется долото. Штанги для шнекопневматической очистки имеют резьбовое соединение, различную форму спирали и сквозное внутреннее отверстие. Для станков шнекового бурения применяют три типа штанг диаметром по спирали 107 — 155 мм, длиной 1800 — 8190 мм и массой 20 — 270 кг. В зависимости от абразивности и крепости породы долговечность штанги до разрушения составляет от 3 до 44 тыс м. Наружный диаметр шнека D для уменьшения трения о стенки скважины должен быть на 10 % меньше диаметра долота.
Источник