Инструмент для безаварийного строительства. Часть 2

Необходимо акцентировать внимание, что при работе сборками расширителей необходимо настраивать форсунки. На Barrel необходимо поставить заглушки вместо задних форсунок, а так же заглушить часть форсунок на переднем конусе, расположенных ближе к центру, так как его задача повысить текучесть шлама, для лучшего его вытеснения, обеспечить центровку идущему следом Fly Cutter и при этом не создавать чрезмерного сопротивления на вращение. На ребрах Fly Cutter должны быть открыты форсунки, расположенные на двух ближайших рядах к цилиндрической режущей части (на расширителях диаметром более 800 мм – три ряда форсунок). Именно в этой зоне забоя осуществляется срезка и разработка грунта, поэтому именно здесь должны быть установлены форсунки максимального диаметра, а так же открыто несколько задних форсунок. Настройка форсунок позволяет в разы повысить скорость проходки, уменьшить потребный крутящий момент и, следовательно, износ инструмента, а также сэкономить буровые материалы. Вообще, любой расширитель требует настройки форсунок под конкретный буровой станок, с определённым крутящим моментом и производительностью бентонитового насоса высокого давления. Исходными характеристиками являются потребное давление раствора в расширителе (на песке это 5-15 bar, на глине – 30-50 bar) и количество подаваемого раствора на единицу объёма срезаемого грунта. Диаметр, количество и расположение форсунок зависит от геологии, производительности насоса и возможности станка развивать ту или иную скорость проходки.

Рассмотрим следующий тип бурового инструмента – уплотняющие расширители. Они делятся на три группы Kodiak и All Terrain, Compact, Barrel. Расширители Kodiak и All Terrain представляют собой набор увеличивающихся пластин сваренных между собой. Благодаря этому можно собрать расширитель с любыми пропорциями длина/диаметр. Расширитель характеризуется большими продольными выемками для прохода шлама, а хвостовая часть Kodiak представляет собой три эксцентрика, которые отлично уплотняют и заглаживают стенки скважины, кроме того, даже при потере всех зубцов такой расширитель способен построить скважину, благодаря эксцентрикам и высокой прочности тела, как

раскатчик грунта. Но есть и существенные недостатки. Для обеспечения прочности сборной конструкции, через всё тело проходит труба, буровой раствор попадает внутрь расширителя через боковые отверстия в трубе. И таким образом создаётся внутренняя закрытая полость, в которой накапливается различный мусор и твёрдые включения, блокирующие работу форсунок. При запуске расширителя, находящегося под отрицательным углом к горизонту все форсунки работают, так как мусор сосредоточен в передней части расширителя. Но когда расширитель заходит в горизонтальную часть скважины, твёрдые включения распределяются по всему объёму и закупоривают форсунки. Поэтому эти расширители требуют регулярной чистки внутренней полости путём вскрытия задней торцовой стенки. Первым симптомом необходимости чистки расширителя является увеличение давления раствора при расширении между начальным и горизонтальным участком. Ещё одним ограничением к применению является высокий удельный вес расширителей этого типа. Kodiak и All Terrain диаметром более 600 мм при работе в песке и суглинках начинают, как и FlyCutter, «просаживать» скважину вниз, делают её сечение эллипсовидным. Чтобы стабилизировать такой тяжёлый расширитель с небольшой площадью цилиндрической поверхности, относительно оси скважины путём натяжки его на забой, требуется значительный крутящий момент изза его «агрессивной» формы. Например, для диаметра 800 мм - не менее 30 кНм.

Расширители типа Compact имеют ярко выраженную коническую форму и спиральные продольные выемки для прохода шлама, которые снижают потребный крутящий момент. Они широко распространены, так как серийно выпускаются и рекомендованы для применения на буровых комплексах Vermeer и Ditch Witch. Эти расширители имеют следующие преимущества по отношению к Kodiak и AllTerrain. Полностью опорожняются, достаточно поднять его за вертлюг, что бы остатки бурового раствора вместе с мусором покинули ваш расширитель. Имеют на 30 % меньший

удельный вес, благодаря чему на станках с крутящим моментом 15-18 кНм возможно использовать Compact диаметром до 900 мм. Хорошо центрируются в скважине, формируют предсказуемую траекторию соосную с пилотной скважиной. Но есть и недостатки. По спиральным выемкам расширитель пропускает через себя крупную фракцию твёрдых включений, которая в дальнейшем выпадает в осадок, уменьшая проходное сечение скважины. Тело расширителя сильно изнашивается в

промежутках между зубцами. Сильному износу подвержена и затылочная часть конуса, так как на относительно небольшую по площади часть расширителя в виде узкой полосы приходится высокая нагрузка. Именно этой зоной - краем конуса, расширитель уплотняет скважину. Очень часто при ремонте данных расширителей, допускается грубейшая ошибка – на изношенную затылочную часть приваривают зубцы. Локально расположенные зубцы не способны защитить эту зону от износа, но самое плохое, что такой «модифицированный» расширитель перестаёт уплотнять и заглаживать скважину. Кроме того при вращении на месте он просаживается, выкапывает приямок внутри скважины, это происходит на каждой штанге. Результатом простейшей ошибки может быть не только многократное увеличение потребного усилия на протягивание трубы в неустойчивую скважину, но и потеря её вместе

с инструментом, если мощности станка на протяжку трубы не хватит.

А есть ли расширители, у которых отсутствуют недостатки, которые можно признать универсальными, за гарантированный, предсказуемый результат при их применении? Да, есть. Это «грушевидные» расширители (Pear typ), которые характеризуются наличием хвостовой цилиндрической части, и плавным переходом с направляющего конуса на калибрующую цилиндрическую часть. Такая оптимальная форма пули, позволяет плавно, с небольшим крутящим моментом, разрабатывать грунт,

уплотнять и заглаживать скважину. Такую форму болванки можно изготовить только технологией литья, благодаря чему получается монолитное прочное тело, с небольшой толщиной, порядка 20 мм. Это даёт наименьший в своем классе удельный вес и, соответственно, минимальную вертикальную нагрузку на грунт. В сочетании с большой площадью цилиндрической части, такими расширителями строят самотёчные трубопроводы по слабым грунтам, то есть можно гарантировать, что скважина не будет иметь просадку, и будет соосна пилотной скважине по всей длине. Такие расширители до 2008 г. выпускала немецкая компания Tracto Technik - диаметром от 160 до 900 мм. Они потребовали единственную небольшую модернизацию: на цилиндрической части вместо рёбер были наварены пластины в виде трёх заглаживающих эксцентриков, которые как мастерки штукатура идеально формируют скважину. Шлам, прошедший через такой расширитель не содержит крупных включений,

так как они либо истираются между массивом грунта и цилиндрической частью расширителя, либо вдавливаются в стенки скважины эксцентриками.

Эти расширители имеют ещё один важный элемент, позволяющий уменьшить потребный крутящий момент, повысить скорость измельчения грунта, и перемешивания его с буровым раствором. Это спирали, которые проходят через всё тело и заканчиваются на цилиндрической части под углом 45 град. в проекции к оси. Они являются эскалаторами грунта, отводят его из зоны забоя. При этом твёрдые включения перекатываются спиралями и истираются о стенки скважины, а не попадают в выемки и не проскакивают по ним за расширитель. Кроме того, спирали создают «рубашку» вокруг остального тела расширителя, заполненную жидким шламом, благодаря чему тело не изнашивается. Этот момент важен для понимания физических процессов, происходящих в скважине. Если убрать спирали, то всё тело расширителя будет участвовать в истирании грунта как жернов, при этом начнёт расти давление, потребное на проход шлама вокруг расширителя, потому что грушевидное тело начнёт

выполнять роль пробки, которую вкручивают в грунт. А трение тем больше, чем большая площадь участвует в движении поверхностей. А что же делают зубцы в этот момент? Зубцы выполняют две задачи, разрушают твёрдые включения, и производят первоначальное перемешивание грунта с «взорвавшим» его раствором.

Поэтому спирали резко уменьшают площадь абразивного контакта с грунтом, выгребают грунт из зоны забоя, создают рубашку вокруг расширителя, по которой с небольшим сопротивлением транспортируется жидкая фракция шлама. Спирали и эксцентрики всегда изнашиваются, и требуют постоянного ремонта, как и замена зубцов, но он не сопоставим с восстановлением всего тела расширителя. Преимущество этого типа расширителей подтверждают рекордные переходы.

Например, 2006 г. Станок Grundodrill 15X (4 кНм, 15 т тяги), водопровод 500 мм, Шереметьево-1 (привокзальная площадь), труба ПНД (не балластировалась), длина 245 м, грунт – песок, усилие протяжки 14 т; кабельный футляр диаметром 630 мм, перрон Шереметьево-1, труба ПНД (не балластировалась), длина 150 м, грунт – песок, усилие протяжки 13 т.

В 2011 г. потребовалось укомплектовать новые станки 25 и 40 т тяги уплотняющим инструментом. Оказалось, что литые «грушевидные» расширители никто не выпускает из-за сложной технологии производства, приводящей к высокой цене. Руководству компании ООО «СУ-27» не пришлось долго объяснять преимущества этого типа расширителей, и оно готово было пойти на дополнительные затраты на качественный инструмент. Осталось найти производителя качественного инструмента и уговорить его изготовить линейку «грушевидных» расширителей.

Это оказалось на порядок сложнее, чем уговорить купить. Крупные немецкие и американские производители, в силу своего менталитета, занимают позицию – «мы лучше знаем, как надо работать и чем надо работать». Чтобы добиться результата, нужен был прямой, неформальный контакт с главным инженером предприятия, а не с «манагерами» по продаже.

Такое предприятие нашлось (COLLI), состоялось общение с главным инженером, который в прошлом имел большой опыт практического бурения, что позволило найти общий язык и уговорить начать разработку этого типа расширителей. Но потребовалось полгода кропотливой работы, переписки, дополнительных встреч. На чертеже показаны последние правки, касающиеся радиуса затылочной части, для обеспечения возможности вытолкнуть расширитель назад. Это говорит о высокой степени проработки конструкции вплоть до последней мелочи. Качество произведенных расширителей «Pear typ» COLLI не хуже Tracto Technik. Цена, конечно на первую партию была высокой, но это того стоило. Сейчас они выпускаются серийно и стали доступнее.