Обзор пневматических буровых установок: особенности, конструкция, производители, фото и видео

Пневматические буровые установи для бурения технологических отверстий

Пневматические буровые установки являются особым образом оборудованными спецмашинами для бурения отверстий и скважин различного назначения. Агрегаты пневматического типа обеспечивают скоростное сверление самых твердых пород методом двойного воздействия на грунт – вращательным и одновременно ударным.

Пневматические буровые установки

Пневматические бурильные установки преимущественно используются в устройстве технологических отверстий для строительных целей: под установку свай в сложных условиях, для крепежа анкеров на горных разработках, при возведении портовых сооружений с применением подводного бурения и т.п.

Они оснащаются рабочим инструментом в виде пневматического перфоратора либо пневмоударника, что обеспечивает повышенную скорость и производительность выполняемых ими работ.
Буровые машины пневматического типа характеризуются:

• Возможностью бурения на всех категориях грунтов, от болотистых до самых твердых скальных, вечномерзлых и каменистых.
• Высокоскоростным проходом глубоких отверстий.
• Устройством ровных контуров отработанных скважин.
• Меньшей себестоимостью при большей результативности проходки больших объемов породы.
• Дополнительной экономией ресурсов за счет оригинальных технологий разработки и очистки скважин.

Конструктивные особенности

Буровая спецтехника с пневматикой может быть выполнена как в тяжелом стационарном варианте, так и в более легком самоходном, на мобильных гусеничных шасси. Их возможности определяются следующими особенностями конструкции:

• Рабочий орган пневматической бурилки выполняется по типу отбойных молотков-бетоноломов, оснащенных воздухораспределительным золотниковым устройством и породоразрушающим инструментом (долотами и коронками с твердосплавными либо алмазными штыревыми и лезвийными вставками).
• Бурение происходит путем вращения рабочего органа с одновременным нанесением ударов по нему для более быстрого и эффективного разрушения прочных пород. Время между ударами используется для срезки образующихся выступов.
• Очистка скважины чаще всего проводится методом продува. Подвод сжатого воздуха на глубину идет сверху по продольной оси, а не сбоку, как у ручных отбойников.
• Управление ударником происходит посредством пневмоцилиндра, в который поступает сильно сжатый воздух.
• Подъем и спуск оборудования в пробуриваемое отверстие идет канатным способом.

Обзор производителей

На российских заводах для пневматического бурения в основном производятся аппараты, оснащенные погружными пневмоударниками, а наиболее широкий ассортимент машин, оснащенных всеми типами пневматического оборудования (ударники, пневмоперфораторы) создаются наиболее известными зарубежными фирмами – лидерами мирового рынка буровой техники, такими как SANY, Atlas Copco, Marini Quarries Group и другими.

Marini Quarries Group

Итальянская компания Marini Quarries Group специализируется на производстве как всевозможного специализированного оборудования для геологических изысканий и карьерных разработок, так и целых добывающих комплексов по добыче гранита и мрамора.

Фото пневматической буровой установки Marini

Особые приметы пневматических спецмашин от «Marini» — это:

• Вращательно-ударное бурение алмазно-канатным инструментом.
• Возможность добычи и обработки камнеблоков.
• Наличие комплектов как для первичного, так и для вторичного бурения.
• Устройство скважин любых видов расположения – горизонтальных, вертикальных, наклонных.
• Крепление в карьере на салазках с минимальными требованиями к условиям рабочей площадки.
• Общая компактность установок и сравнительно малый вес, позволяющие работать на ограниченных участках.

ИНТЕРЕСНО! Фирма «Марини», в отличие от многих других компаний по производству бурильных установок, имеет свое производство пневматических отбойных молотков, ударников и перфораторов индивидуальной конструкции, которые изготавливаются на собственном заводе в Италии.

Китайская фирма SANY поставляет высокомощные стационарные пневматические буровые с обратной воздушной циркуляцией, которые ценятся за качество оборудования, надежную работу, высокую производительность и приемлемые цены. Они незаменимы при устройстве строительных и промышленных скважин для поиска и добычи.

Отличительная особенность пневматической серии SP – конструкция параллелограмма, благодаря которой повышается эффективность работы и облегчается транспортировка агрегата до объекта.

Конструкция пневматической буровой установки SANY

Машины отличаются:

• Работой на всех грунтах, до самых сложных.
• Большими диаметрами сверления – до 3-х метров.
• Устройством скважин глубиной 150 метров и более.
• Оснащением мощными и очень надежными дизельными двигателями от «Дойц Фар».
• Удобным управлением всеми бурильными, подъемными и другими вспомогательными операциями из кабины оператора.

ИНТЕРЕСНО! Бурильные агрегаты пневматического типа SANI SP прошли производственные испытания на стройках Китая и других стран, работая на грунтах всех категорий сложности (особенно твердые гранит, вулканический туф, кварц и т.п.), включая подводное бурение для установки в морское дно глубиной до 10-ти – 16-ти метров свай для масштабных прибрежных построек.

Применение буровых установок в газо- и нефтедобыче

Буровая установка представляет собой разновидность оборудования, которое применяется для создания, углубления и прочистки скважин для добычи полезных ресурсов (нефть, газ). Применение устройства возможно в комплексе с дополнительным и вспомогательным оборудованием. Любая установка оснащается главным приводом; это может быть дизельный привод с трансмиссией механического типа либо электропривод с цифровой схемой регулировки. Некоторые модели комплектуются приводом на ротор независимой конструкции. Кинетическую основу устройства представляет механизм для бурения, а динамическую – механизм подъемника. Источник нагрузок и воздействий динамического типа проявляется в виде удара, который появляется при подхвате трубной колонны и переходе каната на новый слой.

Все буровые установки состоят из комплекса сооружений, предназначенных для совместной работы:

• Оборудование для спуска и поднятия: лебедки, краны, крюки.
• Оборудование для перегона и циркуляции жидкости: насосы, емкости, вертлюжные элементы.
• Сооружения для процесса бурения: вышки, мосты, стеллажные конструкции.
• Устройства, предохраняющие от выбросов жидкости и газа.
• Оборудование, предназначенное для создания бурового раствора: специальные насосы, воронки, мешалки с гидроприводом.
• Устройства силового типа (двигатели различной конструкции).

Область применения буровых сооружений

В сфере газо- и нефтедобычи буровая установка используется в следующих случаях:

1. При создании скважин, чья глубина не превышает 25 метров, а также бурении скважин с диаметром до 20 см, которые обычно устраиваются при исследованиях почвы и горных пород.
2. При бурении скважин с глубиной до 0,6 километра, которые используются в качестве инструмента разведки при изучении пластов на наличие твердых полезных ресурсов.
3. При создании скважин, чья глубина доходит до 6 километров. Такие скважины организуются для разработки нефтяных и газовых месторождений, а также в случае проведения глубинной сейсмической разведки.
4. При бурении особо глубоких скважин: их протяженность составляет до 15 километров, и они делаются для разработки свежих мест с содержанием нефтяных и газовых продуктов.
5. При создании скважин для водоснабжения.
6. В ходе работ по капремонту промышленных скважин.
7. В процессе испытания скважин на наличие в них полезных жидких и газообразных ресурсов.

Буровая установка может иметь разную конструкцию в зависимости от того, для чего она будет применяться. Установки классифицируются по данному критерию следующим образом:

• Буровые устройства для проведения исследований в области инженерной геологии при возведении строений.
• Буровые установки для организации систем водоснабжения, теплоэнергетических сооружений и для работ в гидрогеологии.
• Буровые установки для создания свайных фундаментов, анкеров и прочих несущих элементов.
• Буровые установки для геологической или сейсмологической разведки.
• Буровые устройства для создания ЛЭП.

Конструкция оборудования для бурения

Любая буровая установка содержит несколько типов органов, которые отличаются по принципу действия и целям.

Основные органы бурильного сооружения:

1. Исполнительные части, которые также обозначаются главными или ключевыми. К ним относят лебедочное оборудование, роторы, подъемные вышки, вертлюжное оборудование, насосы бурового типа, а также системы для циркуляции жидкости.
2. Органы для обеспечения сооружения энергией: электрические, бензиновые или дизельные моторы, приводы различного типа, гидравлическая система, пневматические устройства.
3. Дополнительные части (вспомогательного типа). К ним относятся механизмы для транспортировки, металлические изделия, запасные лебедки, осветительные приборы, средства по отоплению, водоснабжению и т.д.
4. Информационные органы, которые отвечают за регулировку, корректировку и отслеживание параметров процесса бурения.
5. Органы управления.

Особенности главных органов бурильной установки

Буровая вышкаявляется главным узлом во всем оснащении установок, и к числу ее функций относятся следующие задачи:

• Поддержка колонны на талевом устройстве.
• Операции по спуску и подъему, при которых используются трубы различного вида (обсадные, а также изделия для бурения).
• Расположение в стволе самих труб для процесса бурения.

Классификация вышек возможна по нескольким критериям. По назначению сооружения подразделяются на устройства для капремонта различных скважин, а также другого оборудования, устройства для морских установок под бурение, буровых сооружений мобильного типа (передвижные установки) и устройства для стационарных буровых конструкций. По строению вышки могут быть мачтового типа или в виде башен.

Другим видом важного оборудования для бурения являются лафеты: это навесные устройства, которые устанавливаются на экскаваторную технику. Масса лафета может составлять от 10 и более тонн. Конструкция лафета состоит из ходовой части, которая работает от мотора гусеничного типа со встроенным тягловым механизмом, имеющим гидравлическую схему устройства. Навесной лафет может использоваться в работе по уплотнению грунтовых слоев, бурении, которое осуществляется посредством пневматического ударного оборудования, и при бурении под установку свай и анкеров.

Роторные механизмыявляются еще одним важным элементом буровых установок любого типа. Данные устройства используются для вращения инструмента, а также поддержки бурильной колонны в процессе создания скважины.

Для спуска и подъема оборудования на буровую установку ставится лебедка. Данный механизм может применяться для манипуляций с обсадными и буровыми трубами, передаче вращательного момента на конструкцию ротора, а также передаче того или иного инструмента в зону забоя.

Использование бурильных установок имеет весьма широкий спектр применения. За счет того, что с ними может применяться различное дополнительное оборудование, бурильные сооружения распространены в разных сферах деятельности человека, в том числе в нефтедобыче.

СИСТЕМА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Пневматическая система служит для дистанционного управле­ния агрегатами и механизмами буровой установки при эксплуа­тации, а также для питания сжатым воздухом пневмораскрепителей, пневматических двигателей буровых ключей, применяе­мых для свинчивания и развинчивания труб.

В систему пневматического управления входят: агрегаты и оборудование снабжения сжатым воздухом — компрессорные установки (станции), воздухосборники (ресиверы), охладители, устройства для очистки и осушения воздуха, .предохранительные разгрузочные и обратные клапаны, клапа­ны-разрядники, вертлюжки, трубопроводы;

исполнительные устройства—пневматические муфты, при помощи которых соединяются или разобщаются валы трансмис­сий, и цилиндры, посредством которых приводятся в действие механизмы;

управляющие устройства — краны различных конструкций, вентили и регуляторы, смонтированные на пультах, при помощи которых управляют оборудованием буровой установки;

контрольно-измерительные приборы для контроля за исправ­ностью пневмосистемы.

Источником получения сжатого воздуха являются компрес­сорные установки или станции.

Пневматические системы управления монтируют в такой по­следовательности. Компрессорные установки и оборудование си­стемы монтируют одновременно. Каждая буровая установка комплектуется двумя компрессорами с электрическим и механи­ческим приводом. Тяжелые буровые установки комплектуют тре­мя компрессорами. В буровых установках с электроприводом все компрессорные установки имеют электрический индивиду­альный привод. Место монтажа компрессоров с механическим приводом определяют в зависимости от расположения их при­вода, который может осуществляться от одного из силовых аг­регатов или от цепного редуктора, где имеется специальный шкив. Для клиноременной передачи на компрессор. Монтируют компрессор на двух металлических балках, укрепленных на основании привода. На шкивы надевают клиновидные ремни и натягивают их путем передвижения компрессора распорными винтами. К балкам компрессор крепят болтами, на передачу ставят ограждение. Компрессор с электроприводом можно устанавливать как на одном основании около компрессора с ме­ханическим приводом, так и в другом свободном месте. Гори­зонтальность монтажа компрессора проверяют по уровню. От­клонение от горизонтальной плоскости в продольном и попереч­ном направлениях не должно превышать 1 мм на 1 м.

На буровых установках с электроприводом компрессоры обычно монтируют на основании лебедочного блока или на от­дельном основании вместе с воздухосборниками и воздухоосушкой, образуя компрессорный блок. Принципиальная схема пнев­матического управления приведена на рис. 72.

Компрессоры 1 соединяют воздухопроводом из стальных бес­шовных труб. К нагнетательному коллектору компрессора тру­бопровод присоединяют при помощи фланцев, между которыми устанавливают прокладки из паронита. На воздухопроводе у каждого компрессора монтируют обратные клапаны 2, слу­жащие для разгрузки компрессора от обратного давления воздуха, когда компрессор не работает.

Рис. 72. Принципиальная схема управления исполнительными механизмами бу­ровой установки

Крышка обратного клапа­на должна находиться в верхнем положении. При установке клапана стрелка на корпусе должна быть направлена в сторону движения воздуха от компрессора. Между клапанами на трубо­проводе ставят тройник, при помощи которого трубопровод со­единяют с охладителем 3, масловлагоотделителем 4 и воздухо­сборником 5.

Воздухосборники служат для накопления сжатого воздуха и выравнивания давления в системе пневматического управления. Монтируют воздухосборники на основании компрессорного бло­ка и отделяют от компрессоров перегородкой. Их можно мон­тировать отдельно от .компрессоров на специальном основании в безопасном месте под укрытием.

Для охлаждения сжатого воздуха, идущего от компрессоров к воздухосборникам, применяют агрегат (охладитель) АПВ-200/140, состоящий из обдуваемого воздухом калорифера. Охладитель устанавливают около воздухосборника и крепят к раме ‘болтами.

В верхней части воздухосборника устанавливают манометр 6 и предохранительный клапан 7, а в нижней части — влагосборник 5 с вентилем.

От воздухосборника через воздухоосушку 9 или минуя ее сжатый воздух подается по трубопроводу .к пультам управления механизмов буровой установки. На пультах смонтированы воз­душные коллекторы, к которым подключены краны 10 для” включения или выключения муфт 13 или цилиндров 18 исполни­тельных механизмов.

В пневматическом управлении буровых установок применяют прямоточную систему питания воздухом шинно-пневматичесиих муфт. При такой системе воздушная камера включенной муфты на протяжении всего периода работы соединена с воздухосбор­ником через питающую ее линию и все части системы находятся под постоянным давлением. При выключении муфты питающий ее воздухопровод перекрывается двухклапанным краном, а ка­мера муфты сообщается с атмосферой. Для ускорения выпуска воздуха из муфты и ее выключения в непосредственной близо­сти от камеры муфты устанавливают клапан-разрядник 11.

Воздух к вращающимся муфтам подводится через торцовые вертлюжки 12, которые крепят на торцах вращающихся валов трансмиссии исполнительных механизмов. Валы имеют продоль­ные отверстия для подачи воздуха через штуцеры и шланги к камерам муфт. Вертлюжки с воздухопроводом и клапаном-разрядником соединяют гибкими резинотканевыми шлангами. Крепятся шланги стяжными хомутами. Применяются объединен­ные вертлюжки и клапаны-разрядники, которые называются вертлюжки-разрядники.

Для плавного торможения барабана лебедки к цилиндру тормозной системы воздух подается через кран машиниста 15, который используется и как кран управления тормозом лебед­ки. Кран машиниста укреплен на специальной стойке, соединен­ной с рамой лебедки, около нижней части рычага ручного управ­ления тормозом 16. На стойке кран установлен горизонтально с таким расчетом, чтобы нажимной стержень крана и толкатель тормозного рычага лебедки были на одной оси. Толкатель при­водится в действие поворотом ручки тормозного рычага вокруг своей оси. Воздухопроводы к крану машиниста присоединяются при помощи накидных гаек. Для уплотнения между штуцерами ставятся резиновые прокладки.

Кран машиниста обладает высокой чувствительностью, по­этому на воздухопроводе около крана устанавливают воздуш­ный фильтр тонкой очистки 14. От крана машиниста к тормоз­ному пневмоцилиндру воздух подводится через переключатель­ный клапан 17.

Топливными насосами двигателей буровых установок с ди­зельным приводом управляют дистанционно с пульта бурильщи­ка при помощи сервомеханизмов. Воздух в сервомеханизмы по­дается также через кран машиниста, который размещается на пульте бурильщика.

Трубопроводы и шланги перед монтажом следует продувать сухим сжатым воздухом. Резьбовые соединения собирают на сурике с достаточной длиной завинчивания концов труб и шту­церов. Для облегчения надевания на наконечники трубопрово­дов резинотканевых шлангов внутренняя поверхность их покры­вается сухим тальком. Концы хомутов не должны плотно сходиться, так как это не обеспечит необходимой натяжки и гер­метичности соединения. В этом случае на концы шлангов под­матывают изоляционную ленту.

Большинство трубопроводов системы пневматического управ­ления помещено на рамах исполнительных механизмов: сило­вых агрегатов, буровой лебедки, цепном редукторе и др. Поэтому монтаж пневмосистемы в основном сводится к соеди­нению трубопроводов с агрегатами снабжения воздухом и управляющими устройствами. В местах прохождения шлангов через вырезы в рамах или около кромок других металлических деталей шланги защищают резиновыми втулками. Не допуска­ется также большое провисание шлангов, так как в этих местах возможно скопление влаги и замерзание трубопровода в зимний период. Все открытые части трубопроводов надежно защищают от повреждений.

После монтажа буровой установки вся система пневматиче­ского управления проверяется опрессовкой воздухом на давле­ние, равное 1,25 от рабочего давления, но не менее 0,3 МПа вы­ше рабочего. Места негерметичности трубопроводов определяют при помощи смачивания соединений мыльным раствором.

Результаты опрессовки пневматической системы оформляют актом.

Современные буровые установки насыщены всеми необходи­мыми для бурения скважин основными и вспомогательными механизмами, приспособлениями, блокировочными и предохра­нительными устройствами с довольно сложными схемами пнев­матического управления.

Буровое оборудование для открытых горных работ
Обзор буровых станков

В настоящее время буровзрывные работы остаются основным способом подготовки крепких горных пород к последующей разработке. Несмотря на множество недостатков данного способа эффективной альтернативы ему до сих пор не существует.

Буровые станки

Для одной из основных технологических операций буровзрывных работ – бурения взрывных скважин – на открытых горных работах применяют буровые станки, оснащенные различным буровым оборудованием. Типоразмеры буровых станков определяются диаметром буримой скважины: 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм.

По отечественной классификации буровые станки разделяются по способу бурения на три типа.

Первый тип – станки СБР, которые бурят путем вращения резцового инструмента, установленного на шнековой штанге. Применяют при бурении пород крепостью до f=6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Номинальный диаметр буримых скважин – 125 и 160 мм.

Второй тип – станки СБШ, которые бурят путем вращения шарошечных долот. Номинальный диаметр скважин – от 160 до 400 мм. Применяются при бурении пород крепче f≥6.

Третий тип – станки СБУ, которые бурят ударно-вращательным способом погружными пневмоударниками. Применяются для бурения пород крепче f≥6 с диаметром скважин от 100 до 200 мм.

Условное обозначение станка включает диаметр скважины в мм и глубину бурения в м, например, СБШ-250МНА-32: диаметр скважины 250 мм, глубина скважины до 32 м.

Станки с резцовым инструментом

Скорость бурения, а соответственно и производительность бурового станка зависят от свойств породы разрушаться под воздействием бурового инструмента, от вида бурения, конструкции бурового инструмента. На относительно некрепких породах успешно применяют станки с резцовым буровым инструментом. Стружка отделяется при значительном осевом усилии резцами, установленными на буровой коронке. При вращении штанги посредством винтовой навивки шнека порода удаляется из скважины. При использовании гладкой штанги мелочь удаляется сжатым воздухом.

На карьерах СНГ традиционно широко распространены станки СБР-160А-24 производства ОАО «Карпинский машиностроительный завод» и более ранние СВБ-2М. Это машины на гусеничном ходу с электроприводом. На гусеничную тележку опирается сварная рама, на раме расположены маслостанция, шкафы управления, мачта с направляющими для перемещения бурового става и вращателя, кассеты для хранения шнеков, механизмы свинчивания-развинчивания, подачи бурового става. Также на станке установлены гидроцилиндры выравнивания станка и подъема мачты, компрессорная станция, смонтированы гидро- и пневмосистемы, электрическая часть. По сравнению с устаревшими станками СВБ-2М у станка СБР-160А-24 увеличена высота мачты, механизированы трудоемкие операции по сборке-разборке бурового става, увеличена мощность приводов основных механизмов, гидропривод поднятия-опускания мачты, более просторное машинное отделение, обогреваемая кабина и др. На базе СБР-160А-24 создан СБР-160Б-32 с увеличенной глубиной бурения. Кыштымский машзавод предлагает более мощный и универсальный станок СБР-200-32, который может бурить также шарошечными долотами (диаметр 160 мм), для чего необходимо использовать прицепной компрессор.

Резцовые коронки бурового инструмента различаются числом перьев (лезвий), способом их крепления, формой режущей кромки, расположением резцов на коронке. Коронки могут быть с перьями как сплошной формы, так и со съемными резцами. Обычно коронки со сплошным исполнением режущей кромки применяют на породах крепостью до f=4 по шкале Протодьяконова. Резцовые коронки ступенчатой формы, оборудованные резцами, предназначены для бурения пород крепостью f 6. 8 станками вращательного бурения с резцовыми коронками малоэффективно: значительно повышается износ резцов, имеет место сильная вибрация става, скорость бурения низкая. По крепким породам более эффективным является шарошечное бурение. Трехшарошечное долото под большим осевым усилием (до 30 тс при диаметре бурения 250 мм) подается на забой. На шарошках установлены твердосплавные зубки различной формы (сферической или баллистической, т. е. клиновидной). Шарошки обкатываются по поверхности забоя (частота вращения долота 2,5. 0,8 с –1 ), и зубки под большим усилием внедряются в породу, создавая максимальные напряжения сдвига в разрушаемом слое. От породного массива отделяются чешуйки, которые выносятся из скважины сжатым воздухом. Шарошечное бурение наи­более эффективно при больших диаметрах скважин.

Станки шарошечного бурения

Самыми распространенными станками шарошечного бурения являются станки СБШ-250МНА-32 (модификация СБШ-250-55), 3СБШ-200-60 (на базе 3СБШ-200Н), 6СБШ-200-32 и их более ранние версии.

Станок СБШ-250 производства ОАО «Рудгормаш» (Воронеж) смонтирован на унифицированном гусеничном ходу УГ-60. На поперечных балках гусеничной тележки установлена рама станка с машинным отделением. В машинном отделении размещены винтовой компрессор, маслостанция, гидронасосы, электрические шкафы и кабина. На мачте смонтированы вращательно-подающий механизм, сепаратор со штангами, механизм развинчивания штанг. Вдоль боковых панелей каркаса мачты расположены направляющие, по которым перемещаются каретки вращателя. Для горизонтирования станка используют три домкрата. На станке СБШ-250МНА-32, который выпускается заводом «Рудгормаш» в настоящее время, установлены тиристорный преобразователь для питания привода вращателя, система автоматического регулирования производительности компрессора, гидропривод повышенной регулируемой производительности, что позволяет более чем вдвое увеличить скорость вспомогательных операций. Предлагается модификация – оборудование станка частотными преобразователями, это дает возможность использовать менее дорогие асинхронные двигатели переменного тока для привода хода и вращателя, а также применить плавный пуск компрессора. Внедрено исполнение станка с двумя сепараторами на мачте для бурения скважин разного диаметра на одной площадке (выбирая соответствующий сепаратор и штанги) на глубину до 50 м.

Вызывает интерес модификация СБШ-250МНА-32КП (каркасно-платформенного типа) тяжелого класса для бурения скважин диаметром 250. 311 мм на породах крепостью f≤20. Конструкция станка адаптирована для работ в особо сложных горногеологических условиях. По основным узлам эта машина схожа с СБШ-250МНА-32, оборудована более мощным приводом вращателя и более производительным компрессором (32…50 м 3 /мин).

Более легкие СБШ-160/200-40 и СБШ-160/200-40Д (с дизельным приводом), выпускаемые ОАО «Рудгормаш», являются прямыми конкурентами станков 3СБШ-200-60 и 6СБШ-200-32 ОАО «Бузулуктяжмаш». Станок воронежского завода имеет меньшую массу и применяется для бурения скважин диаметром 160. 215 мм, станки бузулукского завода производят бурение скважин диаметром 215. 250 мм. Станки имеют определенные конструктивные различия, в частности, механизм подачи воронежского станка выполнен реечным, а бузулукских станков – гидравлическим.

Станки типа СБУ

На горных предприятиях, где требуется после взрыва получать более равномерный по фракционному составу материал и без переизмельчения, например на щебеночных карьерах, применяют частую сетку взрывания при меньших диаметрах скважин – от 105 до 160 мм. Наиболее продуктивно на крепких породах, например на гранитах, бурение такого диаметра производят станками типа СБУ. Эти станки широко востребованы и при обуривании труднодоступных участков, при работе в сложных горногеологических условиях, на стесненных рабочих площадках.

Физика процесса ударно-вращательного бурения схожа с шарошечным бурением. Отличие – в способе создания усилия на рабочем инструменте. Долото для СБУ снабжено твердосплавными зубками с рабочей поверхностью сферической формы, которые внедряются в породу при ударном воздействии, передаваемом на долото погружным пневмоударником или гидроударником через буровой став. При этом вращатель бурового станка непрерывно поворачивает буровой став, обеспечивая тем самым рассредоточенное внедрение зубков по всей поверхности забоя скважины. При внедрении зубков в разрушаемом породном слое возникают максимальные напряжения сдвига, вокруг зубков происходит скол чешуек, которые удаляют из скважины сжатым воздухом.

Корпус долот для ударно-вращательного бурения состоит из головки и хвостовика, выполняемых сплошными. По форме головок они могут быть лезвийными или штыревыми (со сплошной забойной поверхностью, покрытой зубками). Различаются и способы продувки – центральная, внецентренная и внешняя. Долота могут быть многолезвийные, их стойкость выше, чем однолезвийных долот. Лезвийное долото К-105К имеет выемку в центральной части. При бурении в центре образуется керн, который затем разрушается штырем, расположенным между четырьмя лезвиями. Энергоемкость бурения при этом снижается, а скорость бурения возрастает.

Многие годы на карьерах успешно эксплуатируются станки модели СБУ-100Г-35 Кыштымского машзавода. Эта модель оснащена гусеничным ходом и состоит из следующих узлов: рабочий орган, шарнирно закрепленный в передней части станка, включающий в себя пневмоцилиндр подачи, оснащенный направляющими, по которым перемещается вращатель. Механизм подачи пневмопоршневой, включает неподвижный цилиндр и подвижной шток, связанный с плитой вращателя.

Вращатель состоит из асинхронного двигателя мощностью 4 кВт и планетарного двухступенчатого редуктора. Гусеничный ход представляет собой две тележки с индивидуальным приводом на каждую гусеницу. Привод хода – асинхронный двигатель и червячный редуктор с тормозным устройством. Источник питания станков – компрессорная станция и электрическая сеть 380 В. Модификации станка: СБУ-100Н-35 – на салазках, СБУ-100П-35 – на пассивном пневмоколесном ходу. На базе станка в свое время были созданы новые образцы – СБУ-100Г-50 и 2СБУ-100Н-32.

Более мощный СБУ-125А-32 включает уже цепную систему подачи, мачту (длина штанг более 4 м) и кассетирующее устройство для механизированной сборки-разборки бурового става. Вращатель состоит из двухскоростного электродвигателя и планетарного редуктора. Гусеничный ход с индивидуальным приводом на каждую гусеницу.

Погружные пневмоударники представляют собой цилиндр с поршнем-ударником, с бесклапанной системой. Двигаясь в цилиндре, поршень сам перекрывает окна циркуляции сжатого воздуха, совершая колебательные движения и нанося удары по хвостовику буровой коронки. На современных станках широко применяются гидроударники, которые устанавливают на самом станке совместно с гидровращателем, и удары на коронку при этом передаются через весь буровой став. Однако такая схема эффективна при небольших глубинах бурения, так как энергия удара теряется за время прохождения по буровому ставу.

«Иностранцы» на российском рынке

В настоящее время на российском рынке широко представлены буровые станки известных брендов Atlas Copco, Tamrock, Ingersoll-Rand и др. В первую очередь это станки ударно-вращательного действия с дизельным приводом. Такие машины незаменимы при разработке новых месторождений в удаленных районах, где нет развитой инфраструктуры, линий электропередачи. Современные импортные карьерные буровые станки отличаются высокой производительностью и мобильностью, могут работать на площадках со значительными уклонами, не требуют питающих коммуникаций. Станки могут бурить вертикальные, наклонные и даже горизонтальные скважины, находясь при этом на плохо подготовленной площадке. На крупных карьерах с развитыми электросетями продолжают успешно работать станки российского производства, с которыми хорошо знакомы эксплуатирующие службы и нет проблем со снабжением запасными частями.

Техническая характеристика станка СБШ-250МНА-32 ЗАО «УГМК-Рудгормаш»

Диаметр скважины условный, мм	250, 270
Глубина бурения вертикальной скважины, м	Техническая характеристика станка СБШ-160/200-40 ЗАО «УГМК-Рудгормаш»
Крепость буримых пород	f=4. 18
Диаметр скважины, мм	160; 171; 215
Глубина бурения, м	40
Длина штанги с шагом резьбы 12 мм	8,5
Число штанг	5 (4 в сепараторе)
Углы для наклонного бурения, град	0; 15; 30
Механизм напора и подъема
Способ подачи бурового инструмента на забой	2 гидромотора со встроенными тормозными клапанами
Осевое усилие подачи на забой, кН	235
Осевое усилие подъема буровой головки (скоростной подъем), кН	235
Скорость подачи в рабочем режиме, м/мин	0. 3
Скорость подъема-опускания бурового става, м/мин	0. 15
Механизм вращения
Привод вращателя	два гидромотора
Крутящий момент бурового снаряда, Н·м (кгс·м)	6867 (700)
Частота вращения долота, мин -1	0. 120
Механизм хода
Ходовая тележка	тракторного типа
Гидромотор	2х160 л/мин
Скорость передвижения, км/ч	0. 1,3
Преодолеваемый подъем, град	12
Тормоз	дисковый
Компрессорная установка
Производительность, м/мин	25
Давление, МПа	0,7
Гидравлика
Рабочее давление, МПа	220
Домкраты, шт.	трехходовые – 1200 мм
Гидроцилиндры поворота мачты, шт.	2
Подводимое напряжение
Питающее напряжение, В	380
Электрокоммуникации
Электрооборудование гидрораспределителей	24 В, постоянного тока
Суммарная установленная мощность, кВт, не более	385
Пылеподавление
Мокрое, водовоздушной смесью или сухое	водяной бак, насос или циклоны, вентилятор
Машинное отделение
Конструкция	платформенная
Соединение с рамой хода	болтовое
Кабина
Конструкция	теплошумоизолированная на амортизаторах, с кондиционером и обогревателем
Электронный указатель глубины, скорости бурения и др. параметров	на пульте бурения
Мачта
Конструкция	открытого типа, решетчатая из легированной стали
Габаритные размеры
С поднятой мачтой, м	11,5х13,3х6
С опущенной мачтой, м	13,4х6,2х6
Масса станка, т	50
Дополнительное оборудование	сварочный трансформатор, калорифер, устройство регистрирующее основные параметры бурения с возможностью передачи их на диспетчерский пульт, система диагностики основных гидроаппаратов

Колтюбинговое шасси Terberg для российских нефтяников

Голландская фирма ASEP, производитель нефтегазового оборудования, приобрела полноприводное шасси КамАЗ под монтаж своей установки. Для будущего монтажа выбрали небольшого автопроизводителя Terberg Benschop B.V. Так у голландской фирмы появилось в модельном ряду новое специализированное шасси Coil Truck 8х8, укомплектованное двигателем Volvo D13A мощностью 440 л.с., механической коробкой передач ZF 16S2225TO, раздаточной коробкой ZF-Steyr VG2700 и осями фирмы Axle Tech. Для привода колтюбинговой установки используется дополнительный двигатель Volvo PTO.

На этом специальном транспортном средстве между второй и третьей осями шасси располагается длинный монтажный участок, который может приподниматься или опускаться на 400 мм, для чего конструкторы Terberg разместили двигатель и раздаточную коробку над третьим мостом шасси.

Колтюбинговое оборудование фирмы ASEP предназначено для ремонта и очистки сверлением нефтяной скважины максимальной глубиной до 10 км. Для этого в установке предусмотрено использование гибкого трубопровода диаметром 1,25 или 2,38 дюйма, который наматывается на барабан.

Автомобиль Coil Truck может работать в очень жестких дорожных и климатических условиях – при температуре от –40 до +50 °С. Для этого по заказу российских нефтяников транспортное средство сделано в арктическом исполнении.

Классификация и разновидности буровых станков

Буровые станки (БС) — самоходное либо стационарное оборудование, используемое для разработки скважин в нефтедобывающей промышленности, строительстве и водоснабжении. Существует 4 основных параметра, характеризирующих буровые станки — диаметр и глубина скважин, а также направленность (вертикальное/горизонтальное) и скорость бурения.

В данной статье представлены установки для бурения скважин. Мы рассмотрим их разновидности, устройство и технические характеристики, а приведем обзор наиболее распространенных моделей оборудования.

1 Какое применяют оборудование для бурения скважин?

Основной характеристикой, в соответствии с которой классифицируется оборудование для разработки скважин, является принцип работы. Выделяют 5 основных способов бурения:

• вращательное;
• шнековое;
• ударное;
• шарошечное;
• ударно-вращательное.

Рассмотрим каждый из способов, а также применяемое для его реализации оборудование, более подробно.
к меню ↑

1.1 Станки вращательного (шнекового) бурения

Вращательное бурение осуществляется посредством разработки грунтовых масс вращающейся коронкой, которая с усилием подается вдоль оси скважины. Коронка состоит из нескольких режущих кромок — «перьев», которые контактируя с грунтом скалывают его, тем самым углубляясь вниз. Преимуществом данного способа является высокая скорость, недостатком — возможность применения лишь в почве средней и малой твердости. При работе в твердых грунтах коронка не срезает, а стирает почву, что приводит к ускоренному износу резцов. Существуют специальные алмазные колонки, однако ввиду высокой стоимости такого оборудования их применение распространено крайне слабой.

Рассмотрим устройство станка вращательного бурения на примере распространенной модели СБР-160, который способен разрабатывать скважины диаметром 160-200 мм на глубину до 25 м. Схема данной машины представлена на изображении.

Все самоходные машины вращательного бурения базируются на транспортной базе — гусеничной либо колесной. Модель СБР-160 обустроена на основе экскаватора Э-652А, в ней каждая из гусениц оснащена индивидуальным приводом, что значительно увеличивает проходимость машины.

Рабочий узел агрегата состоит из мачты, шнека и вращателя. Мачта представляет собой направляющую конструкцию, в которой смонтирован механизм подачи буровой колонны (шнека). Сам шнек может быть непрерывным либо секционным- пригодным к наращиванию.

Вращатель бурового станка — устройство, приводящее буровую колонну в действие. В СБР-160 вращатель состоит из асинхронного двигателя, патрона, муфты, редуктора и гидроцилиндра, посредством которого производится переключение скоростей. Технические характеристики данной модели предусматривают 4 скорости бурения — 250, 160, 125 и 80 об/мин.

Также в отечественной промышленности распространены следующие станки вращательного бурения:

• УРБ-2А — монтируется на шасси Урал-4320, ЗИЛ-131 либо АМАЗ-43114. Буровые станки серии УРБ-2А приводятся в действие непосредственно от двигателя базового транспорта, они комплектуются насосом типа НБ-50, компрессором для подачи бурового раствора КВ-10 либо 4ВУ1-5 (зависит от модели) и генератором БГ-16. Грузоподъемность штатной лебедки составляет 700 кг. Технические характеристики: диаметр бурения — до 190 мм, глубина — до 100 м;
• Атлас Копко DM-45 и DM-50 — агрегаты на гусеничном ходу, разрабатывают скважины диаметром 150-230 мм на глубину до 53 метров, способны развивать гидравлическое усилие на забой до 200 кН.
• СБР-160А и СБР-160Б — гусеничные станки, предназначенные для бурения горных пород с коэффициентом крепости 1-6. Диаметры бурения — 160, 180 и 200 мм. Модели отличаются между собой технической производительностью, у СБР-160А она составляет 60 м/ч, у СБР-160Б — 30 м/ч.

Среди оборудования от зарубежных производителей выделим станки вращательного бурения Sandvik, произведенные одноименным шведским концерном. В ассортименте компании представлены агрегаты для разработки скважин глубиной 27-45 м и диаметром до 311 мм.
к меню ↑

1.2 Шнековое бурение скважин станками типа ЛБУ 50 (видео)

2 Станки ударного бурения

Установки для ударного бурения разрабатывают скважину посредством кратковременного воздействия на дно скважины специального инструмента, совершающего возвратно-поступательные движения. В зависимости от принципа работы все буровые станки данного типа делятся на 3 разновидности:

1. Станки ударно-канатного бурения.

Их устройство не предполагает наличия осевого усилия при подаче рабочего инструмента — боек падает на дно скважины под своем весом. Такое оборудование имеет достаточно низкую производительность, но при этом она крайне эффективна при разработке хрупких горных пород.

Рабочий инструмент таких станков имеет вес 1-3 тонны, он подвешивается на лебедке и поднимается посредством кривошипно-шатунного механизма на высоту 1-2 метров над забоем. В процессе разработки на дно скважины заливается вода, размягчающая породу. Разрушенный грунт периодически удаляется с помощью желонки.

Установки для ударно-канатного бурения бывают как крупногабаритные на гусеничном (БС-3) либо колесном ходу (БЖ-6), так и компактные (сборного типа) для разработки скважин на воду. Общим недостатком всех агрегатов является низкая производительность, так как скорость свободного падения рабочего инструмента непосредственно зависит от силы земного притяжения и количество ударов невозможно увеличить выше отметки 50-60 шт/мин.

1. Станки шарошечного бурения.

В таких агрегатах рабочим инструментом выступает шарошечное долото, осуществляющее дробяще-скалывающую разработку породы. Буровой колонне, на которой закреплено долото, сообщается не только возвратно-поступательное движение с большим усилием по отношению к дну забоя, но и вращательное движение.

Такие установки используются для бурения всех типов грунтов — от мягких до особо твердых (включая горные породы), они способы разрабатывать скважины диаметром 72-400 мм. Среди отечественного оборудования выделим станок СБШ-200 (глубина — 30 м, диаметр 190-243 мм) и станок СБШ-250 (глубина — 40 м, диаметр — 214-270 мм). При разработке карьеров чаще всего используется буровой станок БТС 150 на базе гусеничного трактора Т-10М.

1. Станки ударно-вращательного бурения

Установки ударно-вращательного бурения отличаются от ударно-канатных и шарошечных агрегатов тем, что при разработке скважины их рабочий инструмент вращается не только в перерывах между ударами, а непрерывно. При этом забой углубляется за вхождения коронки в грунт в момент удара, а вращение обеспечивает очистку дна скважины от выработанной породы.

Основными признаками оборудования данного типа являются низкий крутящий момент и осевое усилие, при большой ударной нагрузке. Ударно-вращательное бурение демонстрирует максимальную производительность при работе на особо твердых и абразивных породах.

Среди техники отечественного производства наиболее распространенными установки серии СБУ-125, способные разрабатывать вертикальные и наклонные скважины диаметром до 125 мм на глубину до 22 метров. Все модели СБУ-125 обустроены на базе гусеничной углепогрузочной машины УП-3.
к меню ↑

2.1 Станки колонкового бурения

Установки колонкового бурения чаще всего применяются при исследовательских и строительных работах. Основным их отличием от шнекового и ударного оборудования является то, что выработка грунта осуществляется не по всему периметру скважины, и лишь по радиусу колонкового снаряда, который представляет собой круглую трубу с наваренными на торец твердосплавными режущими зубьями.

При работе внутренняя полость колонкового снаряда заполняется вырезанным грунтом, после чего снаряд поднимается на поверхность и его содержимое извлекается. Такое принцип работы позволяет получать цельную породу, необходимую для проведения геодезических испытаний.

Также по колонковому принципу действуют все агрегаты для бурения отверстий в монолитных конструкциях из железобетона. Их рабочий инструмент оснащен специальными алмазными резцами, эффективно вскрывающими материал повышенной твердости.

Среди распространенного оборудования для разработки геологоразведочных скважин выделим станок СКБ-4100 (диаметр до 46 мм, глубина до 700 м) и Атлас Копко С5 (50 мм, до 1000 м).

Пневматические буровые установи для бурения технологических отверстий

Пневматические буровые установки являются особым образом оборудованными спецмашинами для бурения отверстий и скважин различного назначения. Агрегаты пневматического типа обеспечивают скоростное сверление самых твердых пород методом двойного воздействия на грунт – вращательным и одновременно ударным.

Пневматические буровые установки

Пневматические бурильные установки преимущественно используются в устройстве технологических отверстий для строительных целей: под установку свай в сложных условиях, для крепежа анкеров на горных разработках, при возведении портовых сооружений с применением подводного бурения и т.п.

• Возможностью бурения на всех категориях грунтов, от болотистых до самых твердых скальных, вечномерзлых и каменистых.
• Высокоскоростным проходом глубоких отверстий.
• Устройством ровных контуров отработанных скважин.
• Меньшей себестоимостью при большей результативности проходки больших объемов породы.
• Дополнительной экономией ресурсов за счет оригинальных технологий разработки и очистки скважин.

Конструктивные особенности

Буровая спецтехника с пневматикой может быть выполнена как в тяжелом стационарном варианте, так и в более легком самоходном, на мобильных гусеничных шасси. Их возможности определяются следующими особенностями конструкции:

• Рабочий орган пневматической бурилки выполняется по типу отбойных молотков-бетоноломов, оснащенных воздухораспределительным золотниковым устройством и породоразрушающим инструментом (долотами и коронками с твердосплавными либо алмазными штыревыми и лезвийными вставками).
• Бурение происходит путем вращения рабочего органа с одновременным нанесением ударов по нему для более быстрого и эффективного разрушения прочных пород. Время между ударами используется для срезки образующихся выступов.
• Очистка скважины чаще всего проводится методом продува. Подвод сжатого воздуха на глубину идет сверху по продольной оси, а не сбоку, как у ручных отбойников.
• Управление ударником происходит посредством пневмоцилиндра, в который поступает сильно сжатый воздух.
• Подъем и спуск оборудования в пробуриваемое отверстие идет канатным способом.

Обзор производителей

На российских заводах для пневматического бурения в основном производятся аппараты, оснащенные погружными пневмоударниками, а наиболее широкий ассортимент машин, оснащенных всеми типами пневматического оборудования (ударники, пневмоперфораторы) создаются наиболее известными зарубежными фирмами – лидерами мирового рынка буровой техники, такими как SANY, Atlas Copco, Marini Quarries Group и другими.

Marini Quarries Group

Итальянская компания Marini Quarries Group специализируется на производстве как всевозможного специализированного оборудования для геологических изысканий и карьерных разработок, так и целых добывающих комплексов по добыче гранита и мрамора.

Фото пневматической буровой установки Marini

Особые приметы пневматических спецмашин от «Marini» — это:

• Вращательно-ударное бурение алмазно-канатным инструментом.
• Возможность добычи и обработки камнеблоков.
• Наличие комплектов как для первичного, так и для вторичного бурения.
• Устройство скважин любых видов расположения – горизонтальных, вертикальных, наклонных.
• Крепление в карьере на салазках с минимальными требованиями к условиям рабочей площадки.
• Общая компактность установок и сравнительно малый вес, позволяющие работать на ограниченных участках.

Китайская фирма SANY поставляет высокомощные стационарные пневматические буровые с обратной воздушной циркуляцией, которые ценятся за качество оборудования, надежную работу, высокую производительность и приемлемые цены. Они незаменимы при устройстве строительных и промышленных скважин для поиска и добычи.

Отличительная особенность пневматической серии SP – конструкция параллелограмма, благодаря которой повышается эффективность работы и облегчается транспортировка агрегата до объекта.

Конструкция пневматической буровой установки SANY

Машины отличаются:

• Работой на всех грунтах, до самых сложных.
• Большими диаметрами сверления – до 3-х метров.
• Устройством скважин глубиной 150 метров и более.
• Оснащением мощными и очень надежными дизельными двигателями от «Дойц Фар».
• Удобным управлением всеми бурильными, подъемными и другими вспомогательными операциями из кабины оператора.

На видео принцип работы пневматических буровых установок