Системы очистки забоя скважины от буровой мелочи и пылеподавления

Разрушенная в процессе бурения породная мелочь из скважины удаляется: шнеками, шнекопневматической очисткой, продувкой сжатым воздухом или водно-воздушной смесью, промывкой водой или специальными растворами и отсасыванием.
Шнековый способ прост, но пригоден только для машин вращательного бурения.
На станках с погружными перфораторами и гидроударниками предусмотрена для удаления шлама продувка сжатым воздухом.
Отсасывание продуктов разрушения применяют при буровых работах в подземных условиях, а также в современных станках отечественных и зарубежных фирм, применяемых карьерах.
Промывка скважин применяется при работе станков колонкового бурения в геологоразведке, при бурении глубоких скважин станками роторного типа при нефте- и газодобыче, а также разведочно-эксплуатационных скважин по добыче питьевых, технических или минеральных вод и рассолов.
Шнековая очистка вертикальных скважин должна осуществляться при расчетных параметрах, учитывающих критические скорости вращения и самих размеров шнеков.
Шнекопневматическая очистка скважин на станках шнекового бурения с применением дополнительного оборудования в виде пневмоударников или только режущих долот основана на следующем. На базе станка СВР изготовлена установка СВР-160В, где при бурении воздух от компрессора поступает в смеситель с водой. Здесь, вследствие эжекции образуется жидкостная смесь, подаваемая по трубе шнека в призабойное пространство через отверстия коронки, где создается «кипящий слой» интенсивно удаляемый шнеком. При подобной очистке скважины скорость бурения возрастает в 1,5 раза, увеличивается стойкость коронок, а также снижается расход мощности на вращателе.
Продувку скважин применяют при шарошечном, пнемоударном и вращательно-ударном бурении. Этот способ удаления буровой мелочи с целью достижения рациональной скорости бурения и снижения удельных затрат энергии требует четкого расчета и согласования свойств буримых пород, вооружения долот и коронок и режимных параметров, обусловливающих максимальные размеры разрушенных кусков с одной стороны, и фактические зазоры между стенкой скважины и штангой, - с другой.
Вынос породы из скважины происходит вследствие того, что подъемная сила восходящей струи превышает массу частиц породы. Скорость воздуха, при которой его подъемная сила равна массе частицы, называется скоростью витания. В случае превышения размеров фракций над величиной зазора, частицы породы не выносятся и требуют дополнительного дробления. В случае если зазор намного превышает размер фракций, они также не транспортируются струей сжатого воздуха, вследствие снижения его скорости и, следовательно, в данном варианте необходим повышенный расход сжатого воздуха.
Скорость восходящего потока Vп в затрубном пространстве, необходимая для подъема частиц породы усредненного диаметра dп и плотностью γ, определяется по формуле:

Расход воздуха Wв зависит от скорости восходящего потока Vп и площади поперечного сечения зазора между стенками скважины и штангой:

где D и d - соответственно диаметр скважины и буровой штанги.
Производительность компрессора должна быть в 2-3 раза выше расчетного Wв.
На некоторых станках шарошечного, пневмоударного и вращательно-ударного бурения отечественных и зарубежных фирм вынос буровой мелочи осуществляется отсасыванием в двух вариантах: мокрое (СБШ-250МНА-32, СБШ-320-36, 2СБШ-200Н-32) и сухое пылеулавливание (2СБШ-200, 2СБШ200-32, Атлас Копко R-7-L). Установки сухого пылеулавливания имеют систему фильтров от тонкого до крупных и циклонов (вторая ступень очистки). В случае мокрого пылеподавления водой, она подается по полой штанге и центральному отверстию шарошечного долота через выходные отверстия лап шарошек. При этом вода омывает подшипники опоры, одновременно охлаждая их. Однако вместе с этим часть жидкого шлама попадает в подшипники и приводит к их преждевременному износу. Во избежание этого в настоящее время система подачи воды изменена, и выходные отверстия вынесены выше долота. Это позволяет осуществить водяную завесу в затрубном пространстве с меньшим количеством воды, но более эффективную по погашению пыли.