Отличительной особенностью работы забойных гидроударных машин является возможность проводки в сложных геологических условиях вертикальных скважин (без искривления или с незначительным искривлением). Например, скважина глубиной 823 м пробурена практически вертикально без искривления. В то же самое время среднее искривление скважин, пробуренных дробью, на этой глубине составляет 37° 46’ при интенсивности искривления на 100 м – 4°43’.

Существенным недостатком работы гидроударных машин является большой расход промывочной жидкости (300 л/мин в машинах Г-ЗА и 200 л/мин — в машинах ГМД-2 и Р-ЗАМ).

Устройство гидравлической забойной буровой машины ударного действия типа Г-5А показано на рис. 80. Буровая машина Г-5А предназначена для бурения геологоразведочных скважин в твердых породах (от VI категории и выше) с промывкой глинистым раствором.

В корпусе машины размещен узел клапана, состоящий из клапана, регулировочной гайки, упорной втулки, пружины, ограничителя хода клапана, регулировочной шайбы, конического переходника, втулки клапана 9 и сменной насадки.

В цилиндрах корпуса размещены узел цилиндра и узел поршня-ударника. Внутри цилиндра перемещается поршень с утяжелителем и сменной насадкой: Ударный шток имеет возвратную пружину. Надлежащее уплотнение между поршнем и цилиндром обеспечивается установкой прокладки и манжет. В нижней части корпуса размещена наковальня, жестко связанная с колонковой трубой и породоразрушающим инструментом через шток колонкового разъема и переходник. К верхнему переходникуприсое-диняются трубы тяжелого низа, затем колонна бурильных труб.

При спуске снаряда в скважину нижняя часть гидооударника, размыкая разъемы, опускается под действием собственного веса, при этом шток опорного разъема перемещается до упора в стакан. Таким образом, между клапаном и поршнем, служащим одновременно седлом клапана, образуется щель, через которую промывочная жидкость, нагнетаемая насосом через колонну бурильных труб, свободно проходит внутри машины и колонковой трубы на забой скважины. Это обстоятельство позволяет доходить до забоя с промывкой в случаях скопления шлама или подачи в скважину заклиночного материала, а также обеспечивает слив жидкости во время подъема снаряда. При достижении снарядом забоя опорный и колонковый разъемы смыкаются, клапан 1 перекрывает отверстие в поршне и проход жидкости мгновенно прекращается с одновременным возбуждением гидравлического удара. Вследствие резкого повышения давления жидкости клапан вместе с поршнем-ударником с нарастающей скоростью перемещается вниз, сжимая пружины.

В определенном положении, когда упорная втулка дойдет до ограничителя, клапан останавливается и отрывается от поршня, вследствие чего жидкость получает возможность

свободного прохода через машину на забой скважины. В это же время ударник под действием приобретенной кинетической энергии продолжает движение и наносит удар по наковальне.

После нанесения удара под действием сжатых пружин и отскока клапан и ударник с поршнем возвращаются в исходное положение, при этом клапан движется с некоторым опережением. При их встрече поток промывочной жидкости прекращается, возбуждается гидравлический удар и цикл снова повторяется.

Что же касается мер предосторожности при спуске инструмента в скважину, приработки новой коронки и режима бурения в трещиноватых породах, соблюдаемых при обычном колонковом бурении, то они остаются в силе и при бурении забойными гидравлическими машинами. Здесь также следует подходить к забою на длину последней (ведущей) трубы с вращением и промывкой и учитывать возможность встречи зауженной части скважины. При бурении новой коронкой следует первые 10—15 мин бурить с пониженной нагрузкой на коронку (150—200 кГ) и нормальном расходе жидкости (200—250 л/мин). После приработки коронки можно переходить на установленные для данных условий режимы бурения.

Ввиду небольшого опыта бурения в породах различных категорий буримости режимные параметры назначаются на месте работ в зависимости от физико-технических и прочих условий в данном регионе. Для общего случая авторы рекомендуют следующие ориентировочные параметры режима бурения гидроударными машинами.

Опыт бурения гидроударными машинами в различных геолого-технических условиях показал, что успех гидроударного бурения определяется в значительной степени конструкцией и износостойкостью породоразрушающего инструмента. Коронки и долота при ударно-вращательном бурении в породах высоких категорий но буримости работают в весьма сложных условиях. Особенно это относится к породам высокой степени абразивности. При частых ударах инструмента о крепкую породу в процессе бурения быстро затупляются их рабочие лезвия, твердосплавные вставки коронок и долот часто ломаются и выкрашиваются. В результате резко снижается проходка на рейс и общая производительность бурения, несмотря на высокую начальную механическую скорость проходки.

Рис. 1. Коробка (а) и долото (б) с твердосплавными вставками, предназначенными для бурения скважин гидроударными машинами в породах VII-X категорий буримости.

В СКВ Министерства геологии СССР разработаны типы коронок и долот, позволяющих успешно разбуривать породы различной крепости как кольцевым забоем (с получением керна), так и сплошным забоем (без получения керна).

На рис. 1 показана коронка с твердосплавными вставками, предназначенная для бурения скважин гидроударными машинами в породах VII—X категорий. Твердосплавные вставки заточены под углом 90° с отрицательным передним углом 30°.

Существенным обстоятельством, сдерживающим применение гидроударных забойных машин в безводных районах, является высокий расход жидкости, порядка 200—300 л/мин. Поэтому в последние годы ряд организаций Министерства геологии СССР и других ведомств уделяют большое внимание созданию пневмоударных забойных машин как с клапанным, так и с бесклапанным распределением воздуха. Обнадеживающими в этом отношении являются работы ВИТРа и ЦНИГРИ.

В ЦНИГРИ под руководством И. В. Куликова разработаны и успешно испытаны несколько типов пневмоударных машин (РП-133А и РП-133Б с клапанным распределением воздуха; РП-112 и РП-96 — без клапанов). В ВИТРе разработана и успешно испытана в производственных условиях пневмоударная забойная машина типа П-15 с клапанным распределением воздуха (авторы А. С. Калинов, Б. А. Новиков, Н. Н. Бухарев).

Забойные пневмоударные машины работают на принципе использования энергии сжатого воздуха .для осуществления возвратно-поступательного движения поршня-ударника. Удары поршня передаются через промежуточные звенья породоразрушающему инструменту и далее горной породе.

В нормальный состав бурового инструмента входят (снизу вверх): буровая коронка, кернорвательное устройство, колонковая труба, пневмоударная машина, колонна бурильных труб и ведущая труба (штанга) в шпинделе бурового станка. Сжатый воздух подается от компрессора через трубопровод с контрольно-измерительной аппаратурой, вертлюг и колонну бурильных труб к пневмоударной машине, затем отработанный воздух очищает забой скважины от пробуренной породы и выходит на поверхность. Устье скважины соответствующим образом герметизируется. К герметизирующему устройству подключается вытяжной вентилятор.

В комплект пневмоударноп машины входят буровые коронки, долота для бурения сплошным забоем (для забуривания скважины под кондуктор), колонковые трубы, выполненные из ниппельной заготовки, и двойная колонковая труба для бурения в разрушенных породах.