Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Шнековое бурение как один из видов вращательного способа получило широкое распространение не только в практике геолого­разведочных работ, но и при инженерно-строительных изысканиях, бурении взрывных скважин, открытых горных работах и во многих других отраслях промышленности и строительства.

Такое широкое и разностороннее применение—результат ряда существенных преимуществ по сравнению с другими известными способами бурения скважин. Прежде всего шнековое бурение по­зволяет совместить собственно бурение (непосредственное разру­шение породы на забое скважины) с транспортировкой породы с забоя без применения промывки или продувки. При бурении шнеками в скважину не требуется подавать охлаждающую среду (воду, воздух и т. д.), долото достаточно эффективно охлаждается непосредственно породой, в которую внедряется. Это обстоятель­ство делает данный способ незаменимым для бурения мелких скважин в рыхлых отложениях при наличии жестких требований к качеству опробования, т. е. при поисках и разведке гравийно­песчаных месторождений.

Характеристикой пород с точки зрения эффективности бурения шнеками является не только показатель буримости, но и степень транспортабельности горных пород шнеками. С учетом этих фак­торов разработана и принята в системе Министерства геологии СССР классификация горных пород для шнекового бурения (табл. 31).

БУРОВЫЕ СТАНКИ И УСТАНОВКИ.

ИНСТРУМЕНТ

Оборудование для механического шнекового бурения обычно монтируется на грузовом автомобиле или тракторе.

В настоящее время промышленностью выпускается широкий ассортимент станков и установок для шнекового бурения, конст­рукции которых отвечают требованиям и условиям их использова­ния. В табл. 32 приведены технические характеристики основных типов станков и установок, применяемых при геологоразведочных работах.

Таблица ЗІ

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ДЛЯ ШНЕКОВОГО БУРЕНИЯ

Категория і п ш IV

Наименование

Грунты иловатые, лёсс рыхлый, суглинки рыхлые, раститель­ный слой и торф с небольшой примесью мелкой гальки и гравия, трепел

Глины ленточные, пластичные, песчаные; диатомит, пески рых­лые и грунты песчано-глинистые с примесью (до 10%) мел­кой гальки и гравия Глины плотные и суглинки, грунты песчано-глинистые с при­месью (10—30%) мелкой гальки, щебня и гравия, лёсс сле­жавшийся, мел слабый, мергели рыхлые, плывуны, пески сухие, уголь бурый Ангидрит, бокситы, грунты песчано-глинистые со значительной (>30|%) примесью гальки и щебня; глины плотные, вязкие; глины валунные, гипс; известняк-ракушечник пористый, као — лйн, мел плотный. Мерзлые грунты: ил, песок, суглинки, торф; опока, соль каменная, уголь каменный, фосфориты

Буровой инструмент шнекового бурения состоит из комплекта шнеков и бурового наконечника (долота). Типы выпускаемых про­мышленностью шнеков и долот определяются разнообразием гео — лого-технических условий их применения.

Шнек (рис. 19) представляет собой трубу с закрепленной на ней спиралью. Конструкции шнеков различаются между собой главным образом размерами и типом соединений. В настоящее время применяются два основных типа соединения шнеков: шести­гранное (рис. 19, б) и резьбовое (рис. 19, а). В табл. 33 приве­дены основные параметры шнеков.

При бурении мягких пород, содержащих твердые включения в виде гальки и щебня, применение обычных шнеков с толщиной спирали 5—7 мм недостаточно эффективно из-за деформаций и возможных поломок винтовой спирали. В этих случаях рекомен­дуется непосредственно над долотом устанавливать 1—3 утяже­ленных шнека с утолщенными до 8—10 мм спиралями. Эти утяже­ленные шнеки помимо своей основной функции по транспорти­ровке породы выполняют задачу УБТ, стабилизируя работу бурильного вала. Для повышения долговечности шнека применяют также шнеки со сменной спиралью. Износостойкость шнеков при бурении в мягких и рыхлых породах достигает 2000—3000 м.

Для разрушения мягких и рыхлых пород используются долота различной конструкции (рис. 20—25): трехлопастные (рис. 20), змеевикового типа (рис. 21), двухлопастные (рис. 22), со сменной лопастью (рис. 23), лопастные (рис. 24), долота с ограничителем скорости подачи конструкции СКВ МГ СССР (рис. 25) и др. Основное требование к долотам, предназначенным для использова­ния в мягких и рыхлых породах, заключается в том, чтобы они обеспечивали разрушение породы резанием и по возможности

Таблица 32 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНКОВ И УСТАНОВОК ДЛЯ ШНЕКОВОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН Параметры МП-1 Д-7,5 УПБ-25 УГБ-50М УГБХ-150Б ЛБУ-50 УШБ-16 ШАК-2 УРБ-1С Глубина бурения, м шнековым способом 1,5—7 7 15 50 75 50 80 40 30 колонковым способом 25 100 300 300 50 взамен шурфов 15 50 Диаметр бурения, мм шнековым способом 62; 92 75 70— 100 250 490 200; 240 150 250 130 колонковым способом 36 198 273 130 взамен шурфов 1200 1200 Диаметр керна при колонковом бу­рении, мм 24; ЭО 70і; 89 84 Тип двигателя Дружба- 60 Дружба- 5 Дружба- бОї Д-38 ДгбОТ ЗИЛ- 157К ЗИЛ- 157ІС КДМ-46 СД-44 Мощность, кВт 2,2 2,3 2,2 30 52 80 80 69 88—101,3 Механизм подачи Ход, мм Усилие подъема, Н Ручной 1000^ 1400 Ручной Механи­ ческий 1600 2500 Гидрав­ лический 1500 25000 Гидрав­ лический 2400 105000 Г идрав — лический 6260 157000 Канат­ ный 6600 25000 Цепной 27000 Гидрав­ лический 1700 22000 Нагрузка на забой, Н ЮООО 80000 56500 15000 80000 3000

Частота вращения инструмента, об/мин	120—265	105—285	213—711
Тип лебедки			Ручная
Грузоподъемность, кг			250
Скорость подъема инструмента, м/с
Шасси установки			Одноос­ный при­цеп
Высота мачты, м			237
Грузоподъемность мачты, кг			300
Габаритные размеры, мм
высота	435	425	2370
ширина	355	726	3665
длина	665	565	1595
Масса, кг	14	15,3	83,6

65; 115; 190	63; 82; 102; 175	38; 63; 10)4	105; 177; 292	42; 160; 270	100; 185; 300
Механи­ ческая	Механи­ ческая	Плане­ тарная	Механи­ ческая	Механи­ ческая
2500	3500	3500	2500	2700
О,1,64; 1,24; 1,94	0,25; 0,,33; р,39; 76	0,47; 1,28; 2,13; 3,43	1,6	0,3; 0,6; 1,1; 1,8	0,15
ГАЗ-66	ТДТ-60	ЗИЛ — 157 К	ЗИЛ-157	С-180	Санн
8.	11,6	5,1—8,3	8,25	7,8	2,8
7500	36000	5000	10000		2200
3000	4170	2546	3730		2800
2000	2500	2315	21250	2400	1200
7200	9000	83в0	8800	5150	1750
5100	17500	84412	2620	12823	504

Рис. 19. Шнеки. а — с резьбовым соединением; б —с шестигранным соединением.

а &

Рис. 20. Трехлопастное до — Рис. 21. Долото эмеевикового типа, лото.

Рис. 23. Долото со сменнойлопастью.

Рис. 25. Ограничитель по* дачи долота конструкции СКБ МГ СССР.

ятгга

Рис. 24. Лопастное долото.

ря1

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШНЕКОВ Тип Диаметр наруж­ный, мм Диаметр трубы, мм Ширина спирали, мм Шаг спи­рали, мм Угол подъема спирали, градусы Длииа шне­ка, мм Мас­ са шне­ ка, мм Шнек к УГБ-50М: 135 136 73 26,0 100 13,16 1500 26,65 180 180 73 53,5 125 12,23 1500 31,65 ■230 290 89 70,5 166,7 13,00 1500 41,9 Шнек к УГБХ-1150Б: 185 186 102 41,5 125 12,07 2175 45 260 260 127 66,5 182 12,33 2180 67 370 370 168 101,0 200 9,27 2180 115 475 475 168 163,5 200 7,37 2185 155 Шнек к УРБ-1С: 90 90 50 20,0 75 14,40 1552 11,1 120 120 60 30,0 75 11,17 1554 14,7 135 135 60 37,5 100 13,16 1250 13,7 Шнек к УШБ-16: 146 141 60 43,0 100 12,17 3000 44

быстро транспортировали ее с забоя. Износоустойчивость долот в данном случае определяется не столько абразивным воздейст­вием этих пород, сколько характером и частотой встречи ими при бурении крупнообломочных включений. Износостойкость долот при бурении таких пород, как суглинки, супеси, пески, глины, до­стигает 1000—1500 м.

ТЕХНОЛОГИЯ

В отличие от других способов бурения (колонковое, вибрацион­ное и др.) при шнековом бурении долото помимо непосредствен­ного разрушения породы на забое скважины должно обеспечивать ее подачу на спираль шнека.

При бурении мягких пород процесс разрушения породы не тре­бует значительных затрат энергии, и механические скорости при этом могут быть очень высокими. Это предопределяет и большие объемы разрушенной породы, своевременное и полное удаление которой с забоя необходимо для обеспечения высокой механиче­ской скорости бурения. Таким образом, эффективность подачи по­роды долотом на спираль шнека не только приобретает в этих условиях большое значение, но и является решающим фактором, определяющим производительность труда. С учетом этого к кон­струкции долота предъявляются следующие требования:

— режущие лопасти должны быть максимально приближены к спирали шнека;

— переход лопастей долота на спираль должен быть плавным, без резких уступов;

— режущие лопасти долота должны иметь оптимальные углы резания.

Указанным требованиям наиболее полно отвечают долота зме­евикового типа.

Основными факторами технологического режима бурения яв­ляются: нагрузка на породоразрушающий инструмент и частота вращения бурильной колонны. При бурении в устойчивых песчано­глинистых отложениях процесс углубки скважин идет весьма эф­фективно. Увеличение нагрузки на породоразрушающий инстру­мент при этом ведет к росту механической скорости бурения, но одновременно увеличивается и объем разрушаемой породы, что ограничивает увеличение осевой нагрузки до 400—600 кг. Послед­няя должна поддерживаться в таких пределах, чтобы подача бу­рового инструмента находилась в соответствии с возможностями выноса породы с забоя скважины. Как только на шнеках начи­нают образовываться пробки, что легко отметить по изменению режима работы двигателя, следует уменьшить подачу инструмента и произвести расхаживание бурового снаряда.

Исследованиями МГРИ и ВСЕГИНГЕО установлена прямая зависимость механической скорости бурения от частоты вращения снаряда [78], причем темп роста скорости выше при бурении рых­лых пород. Оптимальная частота вращения снаряда зависит от комплекса факторов, основными из которых являются физико-ме­ханические свойства пород, глубина скважины, мощность привода, конструкция долота и т. д. Оптимальное значение этого параметра находится в пределах 100—200 об/мин. Меньшие значения пара­метра относятся к бурению вязких пород, более высокие — рых­лых. Увеличение оборотов выше предельных вызывает вибрацию инструмента, которая отрицательно сказывается на транспорти­ровке породы, является причиной поломки инструмента и вызывает ряд других негативных последствий.

В случае бурения неустойчивых пород (сухие и водонасыщен­ные пески, гравийно-песчаные отложения и т. п.) с целью преду­преждения обвалов стенок скважины после подъема снаряда необ­ходимо перед подъемом произвести интенсивное расхаживание его для создания корки и уплотнения ее на стенках скважины. При бурении неустойчивых пород, значительной мощности, указан­ный прием недостаточен и не гарантирует устойчивости стенок скважины. В этом случае целесообразно вести бурение с одновре­менной обсадкой скважины. При этом колонна шнеков вращается внутри колонны обсадных труб, которая под действием собствен­ного веса погружается по мере углубки скважины. Частота вра­щения снаряда при этом снижается до 70—60 об/мин. Можно использовать в этих случаях и полые шнеки. Оба эти способа, яв­ляясь эффективными с точки зрения устойчивости стенок сква­жины, вместе с тем обеспечивают и наиболее благоприятные условия для выполнения требований опробования. Если при ра­

боте шнеков в открытом стволе транспортируемая с забоя порода частично падает со спирали в зазор между шнеком и стенками скважины и частично пополняется породой, падающей со стенок скважины, что в какой-то мере снижает представительность пробы, то при бурении полыми шнеками или с одновременной обсадкой представительность пробы является полной. Если при этом приме­няется рейсовый метод, когда выбуренная порода не транспорти­руется на поверхность в процессе бурения, а вместе с инструмен­том после бурения ограниченного интервала поднимается на по­верхность, то будет обеспечена не только представительность пробы по составу, но и точная фиксация отдельных слоев и лито­логических разностей продуктивной толщи.

Комментарии запрещены.