Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

КОВШОВЫЕ БУРЫ

Ковшовые буры представляют собой породоразрушающий ин­струмент, с помощью которого осуществляется эффективное бурение скважин большого диаметра в мягких песчано-глинистых породах с незначительными включениями обломочного материала размером до 200 мм. С меньшей эффективностью ковшовые буры могут быть использованы при бурении гравийно-галечниковых от­ложений и обводненных пород. Скорость углубки скважины ков­шовыми бурами зависит от режима бурения, категории пород по буримости, конструктивных особенностей бура и изменяется в ши­роких пределах — от нескольких метров до нескольких десятков метров в час.

Ковшовыми бурами оснащены буровые установки типа КШК-30, ЛБУ-50, УБСР-25, МБС-1700, С0-1200 и некоторые дру­гие. Каждая из перечисленных установок имеет в комплекте ковшовый бур собственной конструкции, но несмотря на их кон­структивные различия, возможна взаимозаменяемость буров не­которых установок. После незначительных конструктивных изме­нений взаимозаменяемы ковшовые буры установок КШК-30 и ЛБУ-50, МБС-1700 и СО-1200.

Возможно применение ковшовых буров установок КШК-30 и ЛБУ-50 на установке УБСР-25 и одного из буров установки УБСР-25 на ЛБУ-50.

КОВШОВЫЕ БУРЫ УСТАНОВКИ УБСР-25

В комплект буровой установки УБСР-25 входит ковшовый бур (рис. 26) с распорами, опускаемый в скважину на канате. Корпус бура представляет собой цилиндр с наружным диамет­ром 600 мм и внутренним 590 мм, на верхней крышке которого смонтирован механизм крепления в трубах, состоящий из сектор­ных захватов, на которых смонтированы подвижные плашки с насечкой. При вращении обсадных труб плашки скользят по захватам (эксцентрикам), благодаря чему создаются дополни­тельные распирающие усилия.

Механизм подвески ковшового бура на канате представляет собой три угловых рычага и втулку с буртиком и шайбой, на которую опирается распорная пружина.

Кассета ковшового бура состоит из крышки, двух боковых стенок, днища и стягивающего штока с опережающим двухперь­евым долотом. Кассета с днищем является основным рабочим органом бура. Этот узел легко заменяется.

Днище бура представляет собой конус с углом 120° и двумя проходными отверстиями овальной формы. К днищу приварены два овальных ножа, лезвия их имеют зубчатую форму и арми­рованы твердым сплавом.

Рис. 26. Ковшовый бур с распорами уста — Рис. 27. Ковшовый бур на штангах уста­новки УБСР-25. новки УБСР-25.

/ — днище; 2 — корпус; 3 — секторный за — 1 — днище; 2 — кассета; 3 — корпус; 4—

хват; 4 — плашки; 5 — эксцентрик; 6— крышка; 5, 6 и 7 — пальцы; 8 — трехгран-

кронштейи; 7 — угловой рычаг; 8— меха — ный хвостовик,

ннэм подвески; 9 — в<гулка; 10 — распорная пружина; // — крышка; 12 — стенка кас­сеты; 13 — стягивающий шток.

Для обработки стенок скважины к днищу приварены два калибрующих сектора, режущие кромки которых также армиро­ваны твердым сплавом и выступают на 5 мм за наружный диа­метр ковшового бура. На внутренней поверхности днища бура укреплены клапаны для перекрытия приемных отверстий при подъеме бура из скважины.

Принцип работы ковшового бура заключается в следующем. При опускании его на канате в скважину распорная пружина сжата под действием веса бура, а распорные секторные захваты подняты в крайнее верхнее положение. Внутренний диаметр об­садных труб больше, чем диаметр секторных захватов, благодаря чему ковшовый бур свободно опускается в скважину. Когда бур достигает забоя скважины, натяжение каната ослабевает. Под действием распорной пружины и веса механизма подвески через угловые рычаги секторые захваты опускаются и распираются внутри обсадной трубы.

При создании нагрузки реактивная сила от действия грунта на днище ковшового бура еще больше увеличивает сцепление секторных захватов с обсадной трубой, так как механизм сцеп­ления работает на принципе самозаклинивания. При вращении в связи с эксцентричным расположением секторных захватов по отношению к радиусу обсадной трубы, усилие сцепления бура с трубами увеличивается. Этому способствуют подвижные плашки.

После окончания рейса секторные захваты канатом лебедки через тяги поворачиваются кверху, отходят от внутренней поверх­ности обсадной трубы и ковшовый бур свободно поднимется из скважины.

Разборка бура и разгрузка его от породы осуществляется в следующем порядке. Сначала выбивается верхний клин стяги­вающего штока. Затем лебедкой корпус бура снимается с кассеты и отводится на канате в сторону, выбивается нижний клин, сни­маются верхняя крышка и боковые стенки кассеты. Выбуренная порода остается на открытом днище. Собирается ковшовый бур в обратном порядке. Ковшовый бур, опускаемый в скважину на штангах (рис. 27), имеет ту же принципиальную схему, что и бур с упорами, но вместо распорного устройства предусмотрен трех­гранный хвостовик. Этот бур предназначен в основном для буре­ния скважин в устойчивых породах или для бурения с большим опережением забоя по отношению к башмаку обсадных труб. Крутящий момент и осевые усилия от ротора на бур пере­даются через специальную вилку, ведущую квадратную штангу и бурильные трубы. Сборка и разборка этого бура производятся так же, как и бура с распорами.

КОВШОВЫЙ БУР УСТАНОВКИ КІЩ-30

Ковшовый бур КШК-30 (рис. 28) состоит из цилиндрического корпуса 11, центральной трубы 6, двух фигурных створок 12 и расширителя. Полая центральная труба с двумя фигурными шпонками 13 в нижней части и посадочным кольцом 5 для рас­ширителя в верхней части соединена соосно с корпусом бура посредством траверсы 18 и наклонных перемычек 15. Створки 12 свободно поворачиваются на осях кронштейнов 14. В рабочем положении створки фиксируются с помощью полуавтоматиче­ского запирающего устройства, состоящего из собачек 3, закреп­ленных на каждой створке, и двух подпружиненных стоек 4 с фик­сатором. При этом их наружные цилиндрические поверхности образуют совместно с поверхностью корпуса цилиндр, а кониче­ские совместно с перемычками — конусное днище бура (угол ко­нусности бура 120°) с двумя проходными окнами. На перемычках 15 болтами закрепляются ножи 16 с отвалами. Через окна в бур поступает разрушенная порода, а отвалы направляют поступаю­щую внутрь бура породу вертикально вверх. В зависимости от характера разбуриваемой породы применяются ножи сплошные, с зубьями или кольцеобразные из высокопрочной стали, либо армированные твердым сплавом. Угол резания ножей устанав­ливается в пределах от 0 до 90°.

Диаметр образуемой ножами скважины на 60 мм больше диаметра корпуса бура, следовательно, между стенками сква­жины и наружными боковыми стенками бура при бурении обра­зуется зазор, равный 30 мм.

Рис. 28. Ковшовый бур установки КШК-30.

д

/—отражатели; 2 — цепи; 3 — собачка; 4 — стойка; 5 — посадочное кольцо; 6 — центральная труба; 7 — ролик; 8 — трос; 9 — иожедержатель; 10 — иож; // —корпус; 12 — откидывающаяся створка; 13—фигурная шпонка; 14 — кронштейн; 15 — наклонная перемычка; 16 — нож днища; 17 — пружина; 18 — траверса; 19 — фиксатор.

Расширение скважины до диаметра 1250 мм осуществляется поворотными ножами 10, которые устанавливаются в рабочее положение пружинами 17. Складывание ножей осуществляется с помощью троса 8, проходящего через ролик 7, расположенный на центральной трубе, и механизма складывания, который наде­вается на посадочное кольцо 5. При расширении скважины ноже — держатели 9 упираются в фиксаторы 19, закрепленные на тра­версе 18. Разрушенная ножами 10 порода поступает в бур сверху, а для устранения попадания ее в кольцевое пространство между стенками и буром на корпусе установлены отражатели 1.

Центральная труба бура надевается на гладкую бурильную колонну диаметром 114 мм, которая не поднимается на поверх­ность до окончания бурения скважины и выполняет роль направ­ляющей при подъеме и спуске бура, подвешенного на канате ле­бедки. Крутящий момент и осевая нагрузка на бур передаются через бурильную колонну, для чего предусмотрены две шпонки на нижней трубе колонны бурильных труб. Эти шпонки автома­тически входят в зацепление со шпонками 13 центральной трубы бура.

Разрушение породы на забое осуществляется ножами, геомет­рические параметры которых (выход под днищем бура, угол за­точки, передний и задний углы резания) могут изменяться в за­висимости от физико-механических свойств пород. Центральная зона забоя разрушается двухперым долотом, присоединенным к последней трубе бурильной колонны.

Для разгрузки бур поднимается из скважины, раскрывается устройство, запирающее створки, и последние откидываются в крайнее нижнее положение, заполняющая бур порода вывали­вается под действием собственного веса.

КОВШОВЫЙ БУР УСТАНОВКИ ЛБУ-50

Ковшовый бур установки ЛБУ-50 (рис. 29) аналогичен буру установки КШК-30 и предназначен для бурения скважин диамет­ром 750 мм (при расширении до 1050 мм).

Бур состоит из центральной трубы 11, верхней 7 и нижней 12 крышек, четырех поворотных лопастей 8 и подвесной головки 3. Центральная труба является основным несущим и силовым эле­ментом конструкции бура. К ней жестко присоединяется крышка, выполняющая роль днища бура, верхняя крышка и головка. По­следняя может свободно проворачиваться относительно централь­ной трубы. Специальными шпонками центральная труба соеди­няется с нижней трубой бурильной колонны, с помощью которой передается вращение и нагрузка.

В отверстия верхней и нижней крышек установлены четыре стойки 9, являющиеся осями поворотных лопастей 8. Поворот каждой лопасти вокруг оси осуществляется специальным гидрав­лическим ключом посредством рычага 6. Конечные положения лопастей устанавливаются фиксаторами 14 и 15.

Днище бура (нижняя крышка 12) имеет два окна для прохода кусков разрушенной породы, два съемных ножа и два клапана.

Для расширения скважины предназначены ножи 13, шарнирно закрепленные на двух диаметрально противоположных стойках 9. В случае необходимости ножи могут убираться в транспортное положение с помощью тросов 6.

Подвесная головка 3 и ролики 1 служат для спуска и подъема бура на канате лебедки, а также управления ножами расшири­теля.

Для предотвращения скручивания каната на подвесной головке закреплено шарнирное коромысло, состоящее из подвижных ры­чагов 2 и 5 и роликов 4. Острые кромки роликов врезаются в стенки скважины, препятствуя коромыслу, а вместе с ним и под­весной головке проворачиваться вокруг своей оси.

В процессе углубки скважины порода на забое разрушается ножами днища бура и двухперым долотом, закрепленным на ниж­ней трубе бурильной колонны диаметром 112 мм. При расшире­нии скважины бурение осуществляется ножами 13, при этом раз­рушенная порода поступает в бур сверху через окна в верхней крышке.

Разгрузка бура осуществляется последовательным поворотом всех четырех створок вокруг своих осей гидравлическим ключом. Порода выталкивается из корпуса бура той частью створки, ко­торая заходит внутрь бура, а оставшаяся часть породы выгру­жается вручную.

КОВШОВЫЙ БУР УСТАНОВКИ СО-1200

Ковшовый бур установки СО-1200 (рис. 30) состоит из цилинд­рического корпуса 4, днища 1 с ножами 16, соединительного фланца 10 и устройства для запирания днища. В верхней части корпуса укреплена крестовина 13 с пластиной 12, хвостовиком 9, соединительным фланцем 10 и направляющим стержнем 11. Снизу к корпусу на шарнире 14 присоединяется днище конической формы (угол конусности 120°) с двумя ножами 16 и двумя окнами для поступления разрушенной породы внутрь бура. Окна закрыты свободно вращающимися на осях клапанами 17.

Для передачи крутящего момента от корпуса к днищу на двух диаметрально противоположных сторонах последнего имеются замковые скобы, плотно входящие при закрытом днище в соответ­ствующие пазы на корпусе бура. Для увеличения прочности на внутренней стороне днища размещаются ребра жесткости 15.

Ножи 16 пластинчатой или зубчатой формы с углом резания 40° изготавливаются из высококачественной стали. Рабочая по­
верхность ножей армируется твердым сплавом, а на пласти­не 12 размещаются элементы устройства для запирания дни­ща: поворотный рычаг 6, пово­ротная ось 5 с крюком 2 и за­щелка 8.

При бурении центральная часть забоя разрушается забур­ником. Ковшовый бур СО-1200 работает совместно с погружным электродвигателем и соединяет­ся с фланцем на валу ротора двигателя шестью болтами. Раз­грузка ковшового бура происхо­дит под действием собственного веса разрушенной породы, после того как будет освобождена за­щелка 8 и поворотом рычага 6 откроется днище.

Ковшовый бур установки

/ — днище; 2— крюк; 3 — скоба; 4 — кор­пус; 5 — поворотная ось; 6 — рычаг пово­рота; 7 — шпоиочиое соединение; 5 —за­щелка; 9 — хвостовик; 10 — фланец; И — направляющий стержень; 12 — пластина; 13 — крестовина; 14 — шарнир; 15 — ребра жесткости; 16 — иожи; 17 — клапаны.

В комплект буровой установ­ки СО-1200 входят два однотип­ных ковшовых бура диаметром 980 и 1200 мм.

КОВШОВЫЙ БУР УСТАНОВКИ МБС-1700

Рис. 30 С0-1200.

Ковшовый бур МБС-1700 (рис. 31) состоит из цилиндриче­ского корпуса 4 с коническим днищем 9, хвостовика 1 квадрат­ного сечения и устройства для запирания днища. Корпус закрыт сверху крышкой, на которой раз­мещается хвостовик с ребрами жесткости, кронштейны крепле­ния запирающего устройства и две пружины. Для выхода воз­духа при заполнении бура породой в крышке имеется отверстие, а на боковой поверхности находятся два окна 7, через которые в бур попадает порода, срезанная установленными там же двумя калибрующими резцами, над которыми приварены пластины, предохраняющие их от ударов об обсадную трубу при подъеме снаряда. В нижней части, на внутренней поверхности корпуса, размещаются шарнир 10, кронштейн с защелкой 5 и шесть паль­цев, передающих крутящий момент на днище бура.

Днище бура, имеющее конусность 170°, с двумя окнами для прохода разрушенной породы прикрепляется к корпусу при по-

Рнс, 31. Ковшовый бур установки МБС-1700.

/ — хвостовик; 2 — ролик с коромыслом; 3 — отверстие для пальца; 4 — корпус; 5 — защелка; 6 — карманы; 7 — боковые окна; 8 — резцедержатель; 9 — днище; 10 — шарнир; //— двухперое долото; 12 — окна с кла­панами.

мощи шарнира 10, на внутренней поверхности днища размещаются два клапана 12 и запирающая собачка, а по периферии днища просверлены шесть отверстий, в которые входят пальцы.

На нижней поверхности днища закреплены семь съемных рез­цов, установленных в шахматном порядке в резцедержателе 8, и двухперое долото 11. Резцы с углом резания 60° вместе с двух­перым долотом полностью перекрывают забой скважины, а боко­вые зубья формируют при бурении скважину, диаметр которой несколько больше диаметра бура. При разбуривании скважины до диаметра обсадной трубы устанавливается верхний боковой резец большей длины.

Устройство для запирания днища состоит из кронштейна, ры­чагов, пружин, защелки 5 и запирающей собачки. При нажатии на ролик коромысла 2 происходит раскрытие запирающего устрой­ства и днище свободно открывается, поворачиваясь на шарнире 10 под действием собственного веса. Закрывается и фиксируется днище автоматически при постановке бура на землю.

Хвостовиком 1 бур присоединяется к ведущей телескопической трубе квадратного сечения и закрепляется в таком положении соединительным пальцем, проходящим через отверстие 3.

Одноканатный грейфер предназначен для бурения скважин в рыхлых отложениях с включениями валунов размером до 500 мм. Грейфер спускается в скважину на тросе лебедки, кото­рый подсоединяется к подвесной штанге через вертлюг.

Лебедкой выбирается трос полиспаста, поднимающий подвес­ную штангу и рычажную втулку, которая воздействует на челю­сти, поворачивая их до полного соприкосновения между собой. Для раскрытия челюстей под головку грейфера гидроцилиндром подводится вилка укосины. Трос лебедки освобождается и грей­фер висит на вилке. При этом под действием пружины происходит раскрытие челюстей (разгрузка породы) и фиксация подвесной штанги в головке собачками. Для опускания грейфера в скважину трос натягивается лебедкой, грейфер поднимается над вилкой (вилка отводится), а укосина с грейфером подводится к устью скважины.

После этого грейфер с раскрытыми челюстями сбрасывается в скважину. При ударе о забой происходит освобождение подвес­ной штанги и в дальнейшем при натягивании троса — закрытие челюстей.

Комментарии запрещены.