Типы буровых штанг
Конструкция буровых штанг напрямую зависит от применяемой технологии бурения. Основные типы включают штанги для вращательного бурения с режущими или шарошечными долотами, а также для ударно-вращательного и термического методов.
Шнековые буровые ставы
Шнековый буровой став (рис. 2.3.23) выполняет две ключевые функции: передает вращающий момент на долото и обеспечивает очистку скважины от породы. Конструктивно он собирается из секций, каждая из которых представляет собой трубу (1) со спирально приваренной лентой (2) и соединительными хвостовиками (3). Для снижения трения о стенки скважины наружный диаметр шнека делают примерно на 10% меньше диаметра долота. Существуют также штанги для шнекопневматической очистки (рис. 2.3.23, д), имеющие сквозное внутреннее отверстие для подачи воздуха.
В штангах с продувкой сжатый воздух подается не только непосредственно к забою, но и через специальные радиальные отверстия в межвитковое пространство шнека. Это инженерное решение позволяет эффективно перемещать буровую мелочь к периферии скважины, где скорость воздушного потока максимальна, что значительно повышает общую эффективность процесса бурения.
Штанги для шарошечного бурения
В шарошечном бурении штанги служат для передачи на долото как вращающего момента, так и осевого усилия (силы подачи), а также для подвода сжатого воздуха, удаляющего разрушенную породу. Комплект обычно состоит из одной концевой штанги (забурника) и нескольких основных рабочих секций. Для обеспечения оптимальных условий очистки зазора между штангой и стенкой скважины и создания необходимой скорости восходящего потока, диаметр штанги делают на 20–50 мм меньше диаметра долота. Изготавливают их из высокопрочных бесшовных стальных труб.
Важным элементом оснастки является стабилизатор, который крепится к нижнему концу бурового става.
Назначение и работа стабилизаторов
Стабилизаторы (рис. 2.3.24) критически важны для повышения точности и долговечности бурения. Их основная задача — гасить поперечные колебания и вибрации буровой колонны, которые приводят к ускоренному износу как самой штанги, так и долота. Конструктивно стабилизатор представляет собой корпус, соосный со штангой, с вертикальными ребрами или роликами, наружная поверхность которых часто армируется твердыми сплавами для износостойкости.
Применение стабилизатора заставляет долото вращаться строго вокруг своей геометрической оси. Это позволяет более полно использовать энергию подачи, снижает требуемый крутящий момент (за счет уменьшения трения изогнутой штанги о стенки) и делает процесс бурения более плавным и контролируемым. При проходке глубоких скважин стабилизаторы могут устанавливаться не только внизу, но и на стыках между секциями штанг для дополнительного центрирования колонны.
Штанги для ударно-вращательного и термического бурения
В станках ударно-вращательного бурения (рис. 2.3.25) штанга выполняет тройную функцию: передает вращение от вращателя к долоту, служит каналом для подачи сжатого воздуха к погружному пневмоударнику и обеспечивает продувку забоя для удаления шлама.
В термическом бурении буровая штанга также является многофункциональным элементом. Она передает вращающий момент термобуру и одновременно представляет собой систему трубопроводов для транспортировки рабочих компонентов: горючего, окислителя (например, кислорода) и воды для охлаждения. Внутренняя полость штанги обычно используется для подачи сжатого воздуха или воды, что делает ее конструкцию сложной, но максимально компактной и эффективной для данного способа разрушения породы.