Отдельные рабочие инструменты соединяют в буровой снаряд с помощью конической резьбы. Каждому размеру рабочего инструмента соответствует своя типовая коническая резьба.

На всех рабочих ловильных инструментах ниже соединительной конической резьбы, на так называемой шейке выточены кольцевые канавки для захвата инструмента при его извлечении из скважины при ликвидации аварий. Размер шейки рабочего инструмента бывает 112, 140, 165, 188 и 220 мм

Рабочий инструмент. Для разрушения породы на забое и обработки стенок скважин служат долота. При ударно-канатном бурении они состоят из лопасти, шейки и резьбового конуса. В нижней части лопасти долота находится лезвие. В зависимости от твердости буримых пород лезвие долота имеет различный угол приострения а. Для бурения в мягких породах он равен 70…80°, в породах средней твердости 90…110°, твердых породах и валунно-галечниковых отложениях 110… 130°. Лезвие долота закаливают. На шейке долота предусмотрены плоскости для захвата ключами при свинчивании, а также кольцевые канавки для захвата долота при ловильных работах.

Рис. 1. Буровой снаряд для ударно-канатного бурения. Позиции даны в тексте.

Рис. 2. Буровые долота. Позиции даны в тексте.

Долото выбирают в зависимости от буримых пород. В настоящее время при ударно-канатном бурении применяют: плоские, двутавровые, округляющие, крестовые долота. В отличие от плоских долот двутавровые лучше обрабатывают стенки скважин. Лезвия плоских и двутавровых долот можно заправлять в кузнице.

Округляющее долото оборудовано лезвием с боковыми режущими гранями, которые обеспечивают хорошую обработку стенок скважины и препятствуют износу долота при трении о стенки скважин. Округляющие долота наиболее тяжелые.

Изготовляют долота из высококачественной инструментальной стали У7, У8, У7А и У8А диаметром 148, 198, 248, 345, 395, 445, 495, 595 и 695 мм, двутавровые долота, кроме того, диаметром 795 и 850 мм. Длина долот в зависимости от диаметра изменяется в пределах 650… 1 500 мм, а их масса — от 42 до 1 400 кг.

Рис. 3. Штанги ударные:
a — гладкоствольные; б — с высаженными концами.

Для увеличения массы бурового снаряда, а также предупреждения искривления скважин применяют ударные штанги. Ударные штанги бывают гладкоствольные длиной и с высаженными концами длиной 4 и 6 м. Последние позволяют сохранять необходимую длину бурового снаряда, когда не требуется значительного увеличения его массы в отличие от гладкоствольных штанг. Масса гладкоствольных ударных штанг в зависимости от их диаметра и длины колеблется в пределах от 303 до 1 290 кг, а ударных штанг с высаженными концами — от 183 до 910 кг.

Раздвижная штанга служит для отрыва снаряда от забоя при бурении в вязких и трещиноватых породах. Она представляет собой два замкнутых звена, скользящих одно в другом. При натяжении каната верхнее звено наносит удар по нижнему, облегчая отрыв снаряда от забоя. Устанавливают раздвижную штангу над ударной. Другим концом она соединяется с канатным замком. Ход звеньев раздвижной штанги составляет 250 мм.

Канатный замок соединяет буровой снаряд с канатом. Наиболее часто применяют самовращающийся замок, состоящий из корпуса, внутри которого находятся шайба и втулка с закрепленным в ней рабочим канатом. Втулка свободно вращается в корпусе замка. При ударе долота о забой канат разгружается и закручивается, поворачивая втулку замка. При отрыве снаряда от забоя канат под действием нагрузки раскручивается, поворачивая вместе с канатным замком весь буровой снаряд по часовой стрелке. Таким образом, после каждого подъема он поворачивается на некоторый угол, чем достигается равномерная разработка забоя скважины.

Рис. 4. Штанга раздвижная.

Рис. 5. Замок канатный самовращающийся. Позиции даны в тексте.

Желонками очищают скважины от шлама, а также бурят в мягких рыхлых породах. Желонка представляет собой трубку, в нижней части которой находится режущий башмак с клапаном, а в верхней — вилка с конической резьбой или ушком для соединения с желоночным канатом. Желонки, имеющие в верхней части вилку с конической резьбой, могут быть утяжелены короткой ударной штангой. Чаще пользуются: желонками с одностворчатым плоским клапаном, а в песках и плывунах желонкой с полусферическим клапаном и копьем и поршневой. При работе с желонкой ее приподнимают над забоем с помощью желоночной лебедки станка и свободно сбрасывают. При ударе ее о забой порода через клапан заходит внутрь желонки, а при подъеме клапан закрывается и удерживает породу внутри желонки.

Рис. 6. Желонки:
а — с плоским одностворчатым клапаном; б — с полусферическим клапаном: 1 — дужка; 2 — труба; 3— клапан; 4 — башмак; 5 — полусферический клапан с копьем; а— поршневая: 1 — шток; 2 — манжета поршня; 3 — поршень; 4 — клапан; 5 — башмак.

Рис. 7. Трещотка затяжная:
1 — упор; 2 — инструментальные ключи; 3 — бурильный замок; 4 — подвижной башмак с собачкой; 5 — натяжной рычаг; 6 — зубчатая рейка.

Буровой стакан—это желонка без клапана с прорезанными двумя продольными вырезами (окнами), равными половине длины стакана, через которые буровой стакан очищается от породы. Применяют буровые стаканы для бурения в мягких породах (глины, суглинки с включениями мелкой гальки и др.). Буровые стаканы позволяют в процессе углубки скважины отбирать образцы породы.

Переходниками резьбовыми соединяют отдельные рабочие инструменты с различной соединительной резьбой. Для свинчивания и развинчивания отдельных звеньев бурового снаряда применяют инструментальные ключи и затяжные трещотки.

Инструмент и приспособления для работы с обсадными трубами. Для предохранения нижнего конца обсадных труб от смятия, а также для выравнивания стенок скважины при их забивании служат башмаки забивные— толстостенное кольцо с резьбой для соединения с обсадной трубой в верхней части. Лезвие башмака закаливают.

Хомуты удерживают колонну обсадных труб на весу при спуске или подъеме их из скважины, а также при наращивании колонны обсадных труб.

Головки забивные предохраняют верхний конец обсадных труб от смятия при забивке их снарядом. Многоступенчатые забивные головки применяют при соединении обсадных труб сваркой, а резьбовые — для обсадных труб муфтового соединения. В этом случае резьбовую забивную головку ввинчивают в муфту обсадной трубы.

Снаряд забивной служит для забивки колонны обсадных труб. Колонну обсадных труб забивают, нанося удары забивным патроном по забивной головке. Нижняя часть забивного патрона является направляющей. Масса забивного патрона достигает 1 000 кг.

Аварийный (ловильный) инструмент. С помощью аварийного инструмента ликвидируют аварии, возникающие в скважине. Ловильный снаряд собирают на месте под руководством бурового мастера в зависимости от аварии (поломка рабочего инструмента, обрыв каната, падение в скважину посторонних предметов и т. д.). Снаряд состоит из ловильного инструмента, ловильной раздвижной штанги с ходом звеньев 500…600 мм, укороченной ударной штанги и канатного замка. В качестве ловильного инструмента применяют однорогие и двурогие ерши, ловители с плашками, пауки, ловильные вилки, боковые долота, канаторезки и др.

Рис. 8. Хомут для обсадных труб.

Рис. 9. Снаряд забивной в собранном виде:
1 — инструментальный канат; 2 — инструментальные ключи; 3 — патрон забивной; 4 — головка забивная; 5 — обсадная труба.

Рис. 10. Ловильный инструмент для ударно-канатного бурения. Позиции даны в тексте.

Оставшийся в скважине буровой снаряд ловят за оборванный конец каната однорогим или двурогим ершом. Двурогий ерш применяют, когда оборвавшийся канат располагается в скважине в виде спирали. Этим же ершом можно извлечь желонку, если она несильно прихвачена.

При сильном прихвате бурового снаряда в скважине, когда натяжение каната может привести к его обрыву, канат обрезают с помощью канаторезки. Канаторезку спускают в скважину на отдельном канате в комплекте с раздвижной штангой до канатного замка таким образом, чтобы канат прихваченного бурового снаряда был пропущен внутрь обоймы канаторезки. При сильных ударах, наносимых с помощью раздвижной штанги снизу вверх, резак перерезает канат, который вместе с канаторезкой извлекают на поверхность.

Ловитель с плашками ловит и извлекает из скважины буровой снаряд за канатный замок или резьбовые головки. При ловле в трубах большого диаметра на башмак ловителя навинчивают направляющую воронку.

Паук — труба, в нижней части которой нарезаны длинные зубья (350…400 мм) с концами, слегка отогнутыми внутрь,— служит для извлечения из скважины мелких предметов. Верхняя часть паука оборудована вилкой с конусной резьбой.

Паук применяют, только когда мелкие предметы находятся на твердом забое, то есть на твердых породах.

Ловильная вилка служит для извлечения из скважины желонки за дужку. Защелка пропускает дужку желонки, а затем при подъеме ловильной вилки подхватывает ее за дужку, а пружина удерживает ее в закрытом состоянии.

Боковое долото разрушает обвалившуюся породу вокруг прихваченного бурового снаряда и выправляет его. Лезвие бокового долота имеет в сечении дугообразную форму. Спускают его в скважину с ударной и раздвижной штангами.

—

Технологический инструмент, предназначенный для разрушения породы на забое и извлечения ее из скважины при ударно-канатном бурении, в СССР изготовляют по ТУ-24-8-505—75 — для бурения на воду и по отраслевым стандартам 1975 г.— для разведки россыпных месторождений.

Снаряд, разрушающий породу на забое скважины, состоит из долота, ударной штанги, раздвижной штанги и канатного замка. Детали бурового снаряда соединяются друг с другом конической резьбой (конусность 1 : 4) треугольного профиля с шагом 3,629 мм.

Рис. 1. Долота для ударно-канатного бурения:
а — плоское; б — двутавровое; в — округляющее; г — крестовое

Долото служит для разрушения породы на забое и обработки стенок скважины. Основные элементы ударного долота — лопасть с лезвием, боковые ребра, округляющие стенки скважины, резьбовой конус для соединения с нижним кондом ударной штанги, шейка 3 с плоскими выемками для захвата инструментальным ключом и кольцевые конические выточки для захвата ловильником. Угол а между гранями лезвия долота называется углом приострения. Величина его должна соответствовать твердости буримой породы и рекомендуется для мягких пород 70—80°, для пород средней твердости 90—100°, для твердых и очень твердых пород 110—130°. Диаметр долот для бурения гидрогеологических скважин 148, 198, 245, 295, 345, 395, 445, 495 мм, для разведки россыпных месторождений— 140 и 190 мм.

Соответственно характеру буримых пород применяются долота плоские, двутавровые, округляющие и крестовые.

Плоские долота используются для бурения плотных мягких и средней твердости нетрещиноватых пород. Двутавровые долота применяют при бурении вязких пород средней твердости. Округляющие долота используют при бурении твердых пород, а также валунно-галечниковых отложений. Широкие боковые ребра обеспечивают округление стенок скважины. Крестовые долота предназначены для бурения в трещиноватых породах. Крестообразная форма лезвия предупреждает заклинивание долота.

Изготовляют долота поковкой, штамповкой или литьем из высококачественной инструментальной стали марок У7, У8 или У7А, У8А. Изношенные в процессе работы долота подвергают заправке, восстанавливая необходимые размеры. В среднем долото допускает 40—60 заправок.

Ударная штанга служит для увеличения массы бурового снаряда и эффективности его удара по забою, а также для обеспечения прямолинейности скважины и представляет собой массивный стержень длиной 2, 4 или 6 м, имеющий на нижнем конце внутреннюю резьбу для соединения с долотом, а на верхнем — наружную для соединения с раздвижной штангой.

У резьбовых концов на поверхности ударной штанги сделаны квадратные выемки для захвата инструментальным ключом. Диаметры ударных штанг 112, 140, 165, 185, 188, 220 мм, масса — от 306 до 1300 кг.

Раздвижная штанга, служащая для выбивания снаряда при бурении в трещиноватых или вязких породах, когда долото заклинивается или влипает в породу на забое скважины, представляет собой два замкнутых звена, скользящих относительно друг друга. Нижнее звено имеет внутреннюю резьбу для соединения с ударной штангой, а верхнее — наружную для соединения с канатным замком. На верхней и нижней шейках раздвижной штанги сделаны ключевые выемки. При натяжении инструментального каната поднимающееся верхнее звено раздвижной штанги снизу наносит удар по нижнему звену, что облегчает отрыв снаряда от забоя. Ход раздвижной штанги 150—250 мм. При ликвидации аварий применяется раздвижная штанга с увеличенным ходом (до 450— 500 мм).

Канатный замок предназначен для соединения бурового снаряда с канатом и поворачивания долота в скважине после каждого удара.

Работа канатного замка основана на свойстве стальных канатов раскручиваться при нагрузке и скручиваться при снятии ее. Для обеспечения правильной работы замка следует применять инструментальный канат прямой левой свивки, закрепляемый в замке следующим образом. Конец каната пропускают через осевой канал корпуса замка, затем продевают через шайбу и втулку. После этого конец каната расплетается, пеньковый сердечник вырезается, а концы расплетенных проволочек загибаются в обратную сторону. Образованное утолщение на конце каната затягивают во втулку, имеющую внутри коническую поверхность, и заливают расплавленным свинцом. Втулка должна свободно вращаться в корпусе замка.

Буровой снаряд, подвешенный на канате, растягивает и раскручивает его. В момент удара инструмента о забой канат разгружается и, закручиваясь, поворачивает втулку относительно корпуса замка против часовой стрелки. При отрыве снаряда от забоя канат, нагружаясь, вновь раскручивается и благодаря трению между втулкой, шайбой и корпусом поворачивает вместе с замком весь буровой снаряд по часовой стрелке.

Таким образом, при каждом натяжении каната в момент отрыва инструмента от забоя он поворачивается по часовой стрелке на некоторый угол, обеспечивая равномерную обработку забоя и придание скважине цилиндрической формы.

Рис. 2. Желонки:
а — с плоским клапаном; б — с полусферическим клапаном:
1 — вилка с резьбовым конусом; 2 — корпус; 3—башмак; 4 — клапан; 5 —дужка; 6 — язык разрыхляющий; в — поршневая желонка: 1 — шток; 2 — манжета; 3 — поршень; 4 — клапан; 5 — башмак

Желонки служат для очистки скважины от разрушенной породы, а также для бурения мягких, рыхлых пород. Желонка, применяемая в качестве проходческого инструмента, резьбовой вилкой соединяется с раздвижной штангой, которая с помощью замка подвешивается на канате.

При бурении желонкой вязких глинистых песков для облегчения отрыва снаряда от забоя между раздвижной штангой и канатным замком устанавливают небольшую ударную штангу. В зависимости от условий работы и характера буримых пород применяют желонки различной конструкции.

Рис. 3. Приспособления для свинчивания и развинчивания бурового снаряда:
а — инструментальный ключ; б — инструментальные ключи с цепным ключом; а — инструментальные ключи с затяжной трещоткой

Желонки с плоским клапаном применяются для бурения скважин в песках и для удаления с забоя породы, разрушенной долотом. Плоские клапаны бывают одно- или двухстворчатые. Одностворчатым плоским клапаном снабжаются желонки диаметром 114, 168, 219 и 273 мм, а двустворчатым — желонки диаметром 324, 377 и 426 мм.

Желонки с полусферическим клапаном используются для извлечения разжиженного шлама при бурении песков, супесей и плывунов. Полусферический клапан имеет копье, обеспечивающее ему необходимое направление и ход, а также разрыхляющее буримую породу.

Поршневые желонки применяются при бурении по сильно обводненным пескам, илам, плывунам, а также когда необходимо полностью очистить скважину от шлама (при разведке россыпей или при взрывных работах и использовании влагоемких ВВ).

В корпусе желонки находится поршень с отверстиями, сверху закрытыми резиновым клапаном. Шарнирно связанный с поршнем шток верхней частью проходит через планку и ушком соединяется с канатом. Башмак желонки имеет внизу боковые прорези для прохода к плоскому клапану разжиженного шлама. В опускаемой желонке поршень находится в верхнем положении. При достижении забоя корпус желонки останавливается, а поршень опускается до башмака. Натяжением каната быстро поднимают поршень, создавая в нижней части желонки разрежение, благодаря которому разжиженный шлам засасывается через клапан в полость желонки. Поршень поднимают и опускают несколько раз, в результате чего желонка заполняется шламом. Извлеченную на поверхность поршневую желонку опрокидыванием освобождают от содержимого через окна в корпусе.

Для свинчивания и развинчивания инструментов, входящих в буровой снаряд, применяются инструментальные ключи. При этом одновременно используются два ключа: удерживающий один из инструментов и поворачивающий другой.

Создание необходимого на рукоятках инструментальных ключей усилия достигается применением затяжной трещотки, представляющей собой дугообразную рейку, закрепляемую около устья скважины. Удерживающий ключ упирают рукояткой в стойку на конце зубчатой рейки. Рукоятка другого ключа перемещается к этой же стойке подвижным башмаком. Башмак приводится в движение по рейке качанием рычага, поворачивающего две собачки храпового устройства трещотки.