Буровой инструмент для бурения скважин

Разновидности бурового инструмента

Для проделывания в земной поверхности различных технологических отверстий потребуется использование специального оборудования. Оно должно обладать определенной мощностью, так как задача относится к категории повышенной сложности. Буровой инструмент создается компаниями из самых твердых материалов, которые можно получить в промышленном производстве.

В основном используются металлические сплавы, но для особенно тяжелых случаев могут применять и установки с алмазным напылением. Они обладают максимально возможной твердостью среди всех имеющихся на сегодняшний день инструментов.

Виды инструментов для бурения

Бурением называют любой вид работ, который связан с проделыванием в недрах земли отверстий необходимого диаметра. Скважины обычно служат для добычи какого-либо ресурса с большой глубины. Если речь идет о воде, то нужно будет продвинуться вниз не менее, чем на 15-20 метров. Хотя для получения действительно чистой и полезной жидкости специалисты рекомендуют бурить вглубь более 100 метров.

Такая вода называется артезианской и ее главной особенностью является расположение между двумя слоями гидроизолирующих пород, которые надежно защищают жидкость от поверхностного загрязнения. Если же вести речь о добыче нефти или газа, то там глубина бурения может достигать нескольких километров.

Цели при бурении скважин ставятся разные, значит и используемые приборы должны отличаться по конфигурации. Буровые инструменты делятся на следующие виды:

• • бурильные трубы, которые относятся к универсальным агрегатам;
• • шарочное долото, которое представляет собой специальный агрегат, предназначенный для разрушения твердых горных пород;
• • лопастное долото, которое работает с промывкой на грунтах I-IV категорий;
• • твердосплавные коронки для проведения операций на грунтах I-IX категорий;
• • пневноударники, которые используются в особенно тяжелых ситуациях;
• • лопастные буры, которые работают на грунтах I-IV категорий сложности;
• • буровые шнеки, которые применяются при горизонтальных операциях.

Большинство из перечисленных агрегатов изготавливается из стали твердых марок, которая способна выдерживать определенное количество циклов. После полного износа детали она отправляется на утилизацию, так как возможности восстановления ее рабочего состояния нет.

Расход бурового инструмента будет зависеть от прочности использованного при создании материала и твердости обрабатываемого грунта. Он может составлять, как один элемент на несколько скважин, так и несколько деталей на один объект. Точно рассчитать этот показатель до начала работы не получится, поэтому нужно быть готовым к возможным дополнительным затратам.

Классификация бурильных машин

Кроме обзора бурового инструмента и его разновидностей стоит также затронуть и вопрос о классификации самих машин. На практике их встречается несколько видов, и основное отличие касается мощности и габаритов.

Для бурения частных скважин, которые будут служить в качестве колодцев, используется небольшая установка, которая легко поместится в багажник легкового автомобиля. А вот для горизонтального бурения шахтного ствола или строительства новой ветки метро нужно использовать оборудование внушительных размеров, которое превышает по габаритам грузовики.

По общепринятой классификации буровое оборудование делится на такие виды:

• 1. Агрегаты для геолого-разведывательных целей. Они могут проникать на значительную глубину, чтобы доставлять оттуда образцы горных пород. При этом диметр сверления будет минимальным, чтобы не наносился большой вред окружающей среде и не изменялся рельеф исследуемой местности.
• 2. Аппараты для технологического бурения, которые используются в целях создания скважин для добычи полезных ископаемых из недр Земли или для прокладки каких-либо коммуникаций. Здесь уже возможны самые различные глубины и габариты, которые будут зависеть от фактической потребности.
• 3. Машины для бурения континентального шлейфа и подводных работ. От предыдущего пункта отличаются тем, что способны выдерживать высокое давление воды, и не чувствительны к воздействию коррозии.

Три основных больших группы внутри также подразделяются на множество вариаций. Например, по типу действия бывают пневматические, гидравлические, электрические и ударные машины. Их применяемость зависит от условий работы, но ни один из существующих вариантов не является универсальным.

Изготовление инструментов для бурения скважин

Производство бурового инструмента базируется на использовании современных технологий, которые постоянно видоизменяются и совершенствуются. Ведущие инженеры-конструкторы регулярно работают над вопросами увеличения эффективности и снижения негативного влияния на природу. Ежегодно проходят тысячи испытаний новых прототипов, но лишь единицы показывают реальное улучшение. Они немедленно внедряются во все серийные модели, чтобы пользователи могли всегда пользоваться только самым лучшим оборудованием.

Производят инструмент для буровых установок во многих странах, в том числе и в Российской Федерации. Основная проблема, над которой работают отечественные изобретатели сейчас – построение машины, способной эффективно бурить скважины в вечной мерзлоте. Вопрос этот невероятно актуален, так как по разведанным данным подо льдами хранятся крупнейшие запасы нефти на планете.

Ссылка на promplace.ru обязательна

Разновидности инструментов, применяемых для бурения

Все буровые инструменты, использующиеся в процессе обустройства скважин. делятся на четыре основные категории: технологические, вспомогательные, специальные и аварийные. Каждый из этих видов выполняет определенную функцию.

Разновидности бурового оборудования

И если Вы желаете своими руками выполнить работу по бурению — следует детальнее изучить упомянутые виды ручного инструмента и разобраться в его назначении и особенностях применения.

1 Технологический буровой инструмент

В категорию технологического инструмента относят устройства, которые применяются непосредственно для выполнения бурения. Это основной из инструментов для бурения скважин, который из всего разнообразия механизмов для бурения отличается наибольшей сложностью конструкций, и, соответственно, наивысшей стоимостью .

Разновидности технологического инструмента разберем ниже.

Буровые штанги. Штанги – одна из основных частей любой буровой установки, которая соединяет породоразрушающую конструкцию с приводом, и приводит её в движение.

Из всех элементов буровой машины именно штанги несут основную механическую нагрузку, так как на них приходится практически всё сопротивление грунта крутящему моменту двигателя. По этой причине к буровым штангам выдвигаются повышенные требования по надежности и износоустойчивости.

В зависимости от технологии производства, выделяют три вида штанг:

• Цельнокованые;
• Сделанные по методу сварки трением;
• Сварка трением с предварительной ковкой.

Наибольшим ресурсом работы обладают цельнокованые конструкции. Для того чтобы придать сварным штангам необходимую жесткость, в процессе их производства выполняется азотирование металла, который, после закалки, получает высокие показатели износоустойчивости.

Замки для соединения бурильных труб для колонны

В процессе заглубления в грунт требуется постоянное увеличение буровой колонны. Это осуществляется посредством навинчивания штанг друг на друга – все они оборудованы резьбовыми соединениями, в основном клиновидными.

Существуют круглые и шестигранные штанги. Шестигранные конструкции обладают дополнительными ребрами жесткости, что делает их оптимальным вариантом для бурения в сложных грунтах и в горных породах.

Породоразрушающие устройства. Инструменты из этой категории предназначаются для разрушения грунта при бурении. Правильный выбор такого механизма является ключевым фактором эффективности всего процесса, так как для каждого типа почвы необходимо применения определенного вида бура.

В эту категорию входят: буровые головки, пики, долота, шнеки. Которые, согласно способу воздействия на почву, классифицируются на конструкции режущего, истирающего и дробящего действия.

Для работы с мягкими грунтами используются режущие наконечники, для твердых пород – наконечники дробящего действия, для проблемных скалистых пород – истирающие конструкции (сюда относятся наконечники для алмазного бурения ).

Несмотря на высокое качество применяемых в изготовлении материалов, любой породоразрушающий инструмент, из-за жестких условий работы, со временем теряет свои эксплуатационные характеристики и изнашивается. Расход бурового инструмента обуславливается особенностями обрабатываемой породы.

Наибольшим КПД среди всех существующих разновидностей породоразрушающего инструмента обладают наконечники для алмазного бурения. Такие наконечники получили своё названия из-за нанесенного на них алмазного порошка (используются, разумеется, технические алмазы, которые ученые воспроизводят своими руками).

К неоспоримым преимуществам алмазного инструмента относится возможность эффективно бурить практические любые твердые породы (от бетона до мрамора и кварца), к недостаткам – цену. Стоимость алмазного инструмента значительно превышает стоимость обычных буровых конструкций.

Алмазные буровые наконечники

А учитывая, что такие наконечники изнашиваются в процессе работы, и их необходимо регулярно менять, технология алмазного бурения, на сегодняшний день, является очень дорогостоящей.

Оптимальным вариантом для бурения скважин в мягких породах являются шнеки. Это винтовые конструкции с расположенными по всей длине витками определенного диаметра, по которым грунт выходит на поверхность скважины.

На нижней части шнека установлены специальные зубья, которые выполняют функцию забурного элемента – преодолевают сопротивление грунта и направляют движение всей буровой колонны. Расход бурового инструмента определяется по степени изношенности забурного элемента — он является ключевым фактором, от которого зависит срок использования шнека.

Желонки. Желонка представляет собою трубообразную емкость цилиндрической формы, которая применяется в процессе бурения для удаления разрушенной породы и жидкости из скважины на поверхность. Также с помощью желонки в скважину может доставляться раствор.

Выделяют следующие виды желонки:

1. Обычная – труба, на нижней части которой оборудован тарельчатый клапан, через который осуществляется забор грунта, либо воды. Сверху трубы делается зацеп для соединения с тросом. Такую конструкцию можно без проблем сделать своими руками.
2. Поршневая желонка – жидкость закачивается в желонку с помощью поршня, установленного в середину трубы.
3. Пневматическая желонка – заполнение такой желонки выполняется под воздействием давления, перепады которого создаются специальным нагнетателем.

Желонка для скважины на воду

2 Вспомогательный инструмент

Вспомогательный буровой инструмент выполняет обслуживающую функцию в процессе эксплуатации технических инструментов. С его помощью укрепляются стенки скважины, и осуществляются операции спуска и подъема механизмов.

Обсадные трубы. Такие трубы используются для создания обсадной колонны, посредством которой выполняется укрепление скважины, и изоляция её рабочей среды от грунта. В промышленных скважинах, главным критерием, которому должны соответствовать обсадные трубы, является устойчивость к внешнему механическому воздействию и стойкость к коррозии – так как опущенная в скважину труба подвергается всестороннему давлению грунта.

В скважинах на воду важным фактором также является экологичность материала – он не должен загрязнять питьевую жидкость. Основным материалом при изготовлении обсадных труб является низколегированная сталь с высоким содержанием углеродов. Для обустройства бытовых скважин на воду также могут использоваться трубы из полимерных материалов.

Для соединения обсадных труб в одну колонну используются резьбовые соединения. Толщина стенок таких труб, в зависимости от диаметра, может колебаться от 5 до 16 мм. Обсадную трубу для домашней скважины можно изготовить своими руками на основе обычной стальной трубы.

Вспомогательные фиксирующие инструменты. Сюда относятся все устройства, которые выполняются функцию крепления, удержания в подвешенном состоянии, либо подъема-опускания основного инструмента. Это – подкладные вилки, хомуты, трубодержатели, вертлюги. элеваторы, шарнирные ключи, и другой мелкогабаритный инструмент для использования своими руками и автоматизированного применения.
к меню ↑

2.1 Специальный буровой инструмент

В специальную категорию входят средства для торпедирования, тампонирования и искривления скважин – достаточно редких операций, встречающихся, в основном, в промышленном бурении газовых и нефтяных скважин.

Шнеки для проведения бурильных работ

Торпедирование применяется для увеличения продуктивности скважин, так как внутренние взрывы приводят к более интенсивному притоку газа и нефти. Оно выполняется с помощью герметичных, либо негерметичных торпед, внутри которых расположено взрывчатое вещество.

Тампонирование скважины необходимо в случае бурения в сильно поглощающих воду грунтах, что делает невозможным нормальную промывку скважины. Для этого используются специальные быстросхватывающиеся растворы, которые подаются внутрь скважины через буровую колонну.
к меню ↑

2.2 Аварийный инструмент для бурения

В группу аварийного инструмента входят все механизмы, которые используются для предотвращения возможной аварии, либо для ликвидации её последствий. В бурении аварийный инструмент ещё называют ловильным, так как в большинстве случаев, ликвидация чрезвычайного происшествия в бурении сводится к извлечению вышедшей из строя буровой колонны, или обсадной трубы из скважины.

Главной проблемой, с которой можно столкнуться в процессе работы, является прихват бурового инструмента, который возникает как причина интенсивного сопротивления грунта буру – в основном они происходят при обработке горных пород. Последствия прихвата бурового инструмента — частичная (в некоторых случаях — полная), остановкой вращательного движения буровой колонны.

Вследствие прихвата растет давление промывочной жидкости, и нагрузка на привод установки, что без своевременного ручного вмешательства специалистов может стать причиной возникновения аварийной ситуации и поломки оборудования. Разобраться с прихватом бурового инструмента своими руками, без привлечения дополнительных бригад, можно с помощью метода гидровибрирования, либо понижая уровень раствора в скважине.

Аварийный инструмент, в зависимости от особенностей конструкции, делится на следующие виды:

Твердосплавные коронки для бурения

• Ловильный колокол;
• Ловильный метчик;
• Ловильный механизм плашечного типа.

Ловильный метчик используют для извлечения из скважины колонковых, либо обсадных труб, которые подсоединяются к метчику резьбовым соединением. Размеры и особенности метчиков регламентируются согласно ГОСТ 8483-81.

Ловильный колокол применяется в скважинах диаметров от 76 до 136 мм. С его помощью извлекаются буровые трубы. Соединение выполняется с помощью наружной резьбы. Колокола могут быть проходными и непроходными.

Инструменты плашечного типа, они же труболовки, фиксируют трубу с помощью выдвижных распорок. В зависимости от способа фиксации выделяют внутренние и наружные труболовки.
к меню ↑

2.3 Процесс подъема инструмента после завершения бурения (видео)

Какие виды буров применяются при бурении?

Буровой инструмент бывает нескольких видов, например, при создании скважин можно воспользоваться буром-долотом или буром-ложкой, желонкой либо змеевиком. Важно знать не только виды буров, но и устройство различных видов бурового инструмента для правильного его применения.

Для разной почвы используются разные виды буров.

Использование бура-ложки более распространено. Данный вид инструмента применяется для создания скважин ручным способом, он больше всего подходит для грунтов, которые являются слабоосыпающимися. Это могут быть суглинки, песчаная глина, глинистый песок. Строительные магазины реализуют многие разновидности буров, определенные виды из которых можно сделать самим, например, долото.

Как создаются и применяются разные виды бура?

Создание конструкции бура-ложки возможно с применением толстой листовой стали. Данный вид инструмента имеет форму полуцилиндра, нижняя кромка которого своеобразно отогнута. К концу изогнутой толстой листовой стали осуществляют приваривание сверла по металлу, которое должно в первую очередь находиться под давлением грунта в процессе бурения скважины. Для создания буров применяют толстостенные стальные трубы с подходящим диаметром. На конце конструкции делают специальные пропилы, которые отгибаются кромками наружу и затачиваются.

Для изготовления бура-долота своими руками можно использовать стальную пластину, толщина которой составляет около 40 мм. С помощью кислородного резака вырезают корпус будущего инструмента. К корпусу сверху приваривают шейку, позволяющую укрепить к стержню корпус. Затем с помощью сверла делают 2 отверстия, куда вставляются выступающие заточенные штыри-лезвия, необходимые для заклинивания. Возможно и создание собственной модели.

Для производства буров применяется прочная инструментальная сталь, которая подвергается специальной термической обработке. После закаливания стали переходят к ее упрочнению. Применять буры можно, не только создавая скважины, колодцы, но и выкапывая ямы, в которые ставят столбы для опор фундамента, что связано со строительством заборов и высадкой деревьев.

Буры, используемые для бетона, не являются аналогами сверлу, поскольку они оснащаются стандартным SDS хвостиком.

Сверло же имеет хвостик гладкий, образующий форму цилиндра. Самый популярный вид конструкций по бетону – это SDS Max, на практике возможно применение и некоторых других видов.

Создание скважины под опору.

Применение пологих буров необходимо, когда требуется сделать скважину в виде небольшого отверстия. Этим видом оборудования не очень хорошо убирать шлам, но ресурс их работы является значительным. Считают такие виды инструментов наиболее популярными по причине их высокого качества.

Бурам типа SDS, имеющим достойное качество, отводится наибольшее внимание. С их использованием можно делать небольшие отверстия в бетонных плитах. Инструмент подбирают, исходя из личных потребностей. Как упоминалось выше, наиболее востребованным является бур SDS Max, а также его аналог SDS Plus. Буры SDS Max имеют высокую точность, прочность и длительный срок службы.

С помощью буров, сделанных своими руками, можно создавать скважины на воду, добываемую из подземных источников. Несколько скважин объединяют в водозаборное сооружение. При бурении происходит разрушение грунта в двух направлениях:

При разрушении важную роль играет буровая головка, то есть сам инструмент, который располагается в самом конце буровой колонны. Этот элемент обязательно присутствует не только в больших бурильных установках, но и ручных – с небольшими размерами.

Согласно классификации буров их подразделяют на:

Бур-долото используется для бурения глубоких скважин на воду.

Используемая буровая головка будет зависеть от вида бурения и породы грунта. Если применяют ударно-канатное бурение по твердому грунту, то используют металлический бур-долото. Вращательный тип бурения связан с применением змеевиковых или спиральных буров для мягких грунтов или буров-ложек.

Использование ручного инструмента для бурения скважин

Описание разновидностей ручного бура

Широко распространенными являются виды ручного инструмента, используемого при бурении скважин. Ими пользуются многие владельцы дачных участков и частных домов в пригородах. Вот некоторые их разновидности:

Схема типичного шенкового ручного бура.

1. Бур шнековый позволяет осуществлять работы, связанные с бурением через разрезание грунта с помощью специальных пластин, приваренных к основе инструмента.
2. Бур коронковый должен включать трубу и коронку, располагаемую снизу конструкции. Он используется при бурении вместе с другими видами дополнительных приспособлений: долотом, штангой, крепежом.
3. Бур ударно-канатный является массивным инструментом, состоящим из трубы с расположенной на нижней части желонкой. Использовать его можно при наличии треноги, высота расположения которой должна составлять 1,5-2 м.
4. Бур ложковый, имеющий большой цилиндр на конце стержня из металла.

Пластины шнекового бура привариваются под углом в 90°. При этом полного извлечения грунта не происходит, поэтому потребуется специально для этой цели подготовить лопату. Если вид шнекового бура иной, то пластины должны быть приваренными под углом от 30 до 70°. В данном случае грунт будет с легкостью выходить на поверхность.

Составляющие ручного бура.

Коронка следующего вида бура, то есть коронкового, должна быть расположена в нижней части инструмента. Для ее изготовления используется прочный металл (его острые резцы). Работу коронковым буром начинают с предварительного применения долота, а заканчивают самим инструментом.

Чтобы стенки скважины не разрушались, потребуется вода в необходимом объеме. Если длина коронки меньше, чем длина бура, то понадобятся различные приспособления в качестве крепежа, которыми можно нарастить штанги. При добавлении штанг формируется технологическая колонна.

Сравнительные характеристики ручных буров

Инструмент, представляющий собой бур-долото, является приспособлением, которое сужается к самому концу, а его конструкция напоминает отвертку. По форме конец этого инструмента может напоминать и плоский, и крестовидный тип отвертки. Выбирают форму бура в зависимости от грунта, то есть его породы. Если грунт твердый, то лучше использовать бур-долото с крестовидным концом, а если мягкий – с плоским. Создается этот инструмент из цельной стали, как было сказано выше, а его лезвие закаливается.

Устройство ударно-канатного бура.

В состав змеевика входит металлическая штанга со специально приваренной пластиной или двумя пластинами. В конце штанги предусматривается режущая кромка, что может напоминать простое сверло. Применяется змеевик для твердых и сыпучих пород, глин и суглинков. Материалом для создания данного инструмента служит закаленная сталь.

Форма бура-ложки напоминает полуцилиндр, имеющий прорезь, которая является продольной либо спиральной. На конце бура должна иметься режущая кромка. Его применяют при проведении бурения на глинистой либо влажной породе грунта. Для изготовления бура-ложки применяется листовая сталь.

Бурение с помощью бура-ложки происходит путем вращения и поступления. Когда он вращается, то происходит процесс бурения, после чего грунт наполняет цилиндр, а бур вынимается и очищается. Чаще бур-ложка применяется для создания скважин под воду, если грунт является влажным и не осыпается. Размер диаметра ложкового инструмента может быть разным, а длина его стержня составляет не более 70 см.

Советы мастеров по подбору бура

Выбирая необходимый инструмент для бурения, следует придерживаться следующих рекомендаций от специалистов, которые помогут не ошибиться при покупке и не тратить лишние средства. Ниже перечислены самые важные из них:

1. При выборе бура-змеевика обращают особое внимание на его спираль, крутизна которой определяет скорость работы при бурении скважин.
2. Для неглубоких отверстий можно приобрести бур, имеющий пологую спираль, которая подвергается наименьшему износу.
3. Буры лучше всего подбирать с известной маркой, что связано с большими расходами, но и покупкой более качественного инструмента одновременно.
4. Скоростной режим бура должен быть подходящим для выполнения работ. Если его превысить, то инструмент может прийти в негодность, поскольку он будет уже изношен.

Получаемая при бурении скважина будет иметь наибольшую глубину, если спираль будет круче. Этот параметр определяет то, насколько оптимальным будет процесс удаления шлама. Выбор бура, имеющего пологую спираль, поможет достичь оптимальных результатов при бурении. Вместе с тем его можно будет использовать довольно долго.

Выполняя буровые работы, следует быть более аккуратным, выдерживать ось, иначе инструмент может сломаться. Его следует покупать для имеющегося перфоратора, а не для переходника. Переходник подходит к универсальным видам буров, к производству которых всегда стремились производители. На практике переходник является лишь причиной поломки инструмента при бурении.

Источники: http://promplace.ru/burovye-ustanovki-staty/burovoi-instrument-2031.htm, http://byreniepro.ru/byr-instrumenty/vidi.html, http://moyaskvazhina.ru/instrumenty/vidy-burov.html