Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

В данную группу объединены пять различных видов бурения, обладающих рядом общих признаков:

— небольшие глубины скважин, обычно до 20—50 м, отдельные до 100 м (поскольку все относительно, такие глубины считаются небольшими для геологоразведочного бурения, при бурении нефтя­ных скважин неглубокими считаются скважины глубиной до 1000 м);

— бурение осуществляют без применения потока очистного аген­та, порода на забое при бурении либо уплотняется либо ее удаляют буровым инструментом;

— бурение ведут только в мягких и слабых породах (кроме удар­но-канатного бурения, применяемого в любых породах).

Главные области применения, характерные для этой группы:

✓ инженерно-геологические изыскания; разведка россыпных месторождений;

У разведка стройматериалов;

У гидрогеологическое и мелкое водозаборное бурение;

•/ бурение скважин при поисково-съемочных работах;

✓" бурение взрывных скважин при сейсморазведке.

Основные данные видов и разновидностей бурения, входящих в дан­ную группу, приведены в табл. 8.1.

В зависимости от области применения скважин их бурение свя­зано со специфическими особенностями.

Особенности бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях

Целью бурения при данном виде работ является изучение состава и физико-механических характеристик грунтов. Поставленная цель определяет необходимость отбора образцов с ненарушенными свойст­вами (монолитов). Требование отбора монолитов предопределяет срав­нительно большой конечный диаметр скважины. В отдельных случаях получение информации о свойствах грунтов возможно без извлечения образцов (динамическая и статическая пенетрации). Глубины скважи­ны обычно до 10—15 м, как правило, не превышают 30 м.

Параметры скважин

Категория

пород

Виды и разновидность бурения

Глубина

Диаметры

Области применения

Ударное

Ударное бурение грунтов

15

89-168

1-Ш

Инженерная геология Разведка строительных материалов

Ударно-канатное

бурение

300

(500)

145-900

1-ХН

Разведка россыпей Гидрогеология

Медленновраща­тельное и комби­нированное

30

(100)

89-273

1-У

Инженерная геология Разведка россыпей

Бурение внедре­нием и винтобу — рение

40

60-90

1-Ш

Инженерная геология Поисковые скважины

Вибро­

Вибрационное

30

89-219

1-Ш

Инженерная геология

бурение

Виброударное

Виброударно-

вращательное

30

40

I—IV 1-У

Разведка строительных материалов Разведка россыпей

Шнековое

60

60-250

1-1У

Инженерная геология Разведка строительных материалов Гидрогеология Взрывные скважины

Особенности бурения при разведке россыпных месторождений

При разведке россыпных месторождений бурение проводят, как правило, в сыпучих малосвязанных породах, часто с включением ва — лунно-галечного материала, иногда в многолетнемерзлых породах. Глав­ная цель бурения — точное геологическое опробование, отбор 100 % проб при исключении попадания в пробу материала со стенок скважины. Отсюда требование при бурении в неустойчивых породах: одновре­менно с бурением закрепление стенок скважины обсадными трубами, а при необходимости — с погружением труб впереди забоя (подробно см. в подразд. 13.1).

Особенности бурения гидрогеологических и водозаборных скважин

При проведении гидрогеологических изысканий и бурении водо­заборных скважин главное внимание уделяют фиксированию и испы­танию водоносных горизонтов. При этом необходимо обеспечивать йзоляцию вскрытых горизонтов. Конструкция и конечный диаметр скважины определяются параметрами фильтра и водоподъемных средств.

Ударное воздействие для внедрения бурового инструмента и раз­рушения породы на забое скважины применяют при бурении в лю­бых породах как в чистом виде, так и в комбинации с вращательным воздействием. Ударным способом можно разрушать породу по пло­щади кольца — «кольцевым забоем» или по всей площади забоя — «сплошным забоем». При бурении кольцевым забоем порода в центре скважины не разрушается, а попадает внутрь инструмента и извлека­ется вместе с ним на поверхность в качестве образца. Ударное бу­рение кольцевым забоем применяют только в мягких породах. Инст­румент, предназначенный для такого вида бурения, называют «стака­ном».

В литературе встречаются различные названия этого варианта бу­рения — «ударное бурение кольцевым забоем», «ударное бурение ста­канами», «ударное бурение грунтов». Авторами использован термин «ударное бурение грунтов».

Другая разновидность ударного бурения заключается в разруше­ние породы по всему забою с последующим извлечением разрушен­ной породы специальным инструментом. Такой вид бурения является универсальным, поскольку применяют в любых породах. Традицион­ное его название — «ударно-канатное бурение».

Ударное бурение грунтов применяют главным образом при инже­нерно-геологических изысканиях, разведке стройматериалов и гидро­геологических исследованиях. Основное назначение скважин — полу­чение качественных образцов с ненарушенной структурой. Глубины скважин — 10—15 м, отдельные достигают 30 м.

При любом ударном бурении для разрушения или уплотнения по­роды на забое используют кинетическую энергию движущейся массы, реализацию которой можно осуществлять непосредственно на породу забоя либо посредством промежуточного инструмента. В соответст­вии со способом передачи энергии удара такое бурение подразделяют на два вида: бурение «клюющим» способом и бурение «забивными стаканами» (рис. 8.1).

При клюющем бурении стакан с утяжелителем на канате сбрасы­вают на забой скважины с достаточно большой высоты, внедряют в породу на глубину 2—20 см и поднимают на поверхность для из­влечения образца. Затем операцию повторяют.

При забивном бурении стакан погружают в грунт серией нано­симых по нему ударов массивным бойком забивного патрона, при­соединенного к стакану. Спуск, извлечение стакана и нанесение по нему ударов производят с помощью каната. Величина погружения стакана за один спуск при таком варианте бурения составляет от 0,2 до 1,0 м.

При клюющем варианте бурения запас кинетической энергии падающего стакана непосредственно реализуется для внедрения ин­струмента в породу. Из закона сохранения энергии можно вывести

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

а б

Рис. 8.1. Схемы ударного бурения грунтов: а — клюющий способ; 6 — забивной способ

зависимость глубины погружения стакана при одиночном сбрасы­вании:

—У (8Л)

2(х^с — «к]

1’=’ )

іде т — масса стакана с утяжелителем; — скорость стакана в мо-

п

мент касания забоя; X Ра — сумма сопротивления со стороны грунта

і = і

(лобовое сопротивление и боковое трение); т.% — вес снаряда.

Учитывая, что скорость падающего груза пропорциональна высоте

сбрасывания Я, т. е. У0 = а^2%Н, где а — коэффициент, учитываю­щий сопротивления воздуха и стенок скважины, и обозначив а1 через к, получим зависимость

А = _Ы|Д_ (82)

Поскольку силы сопротивления вне-

15 #,м

Подпись: 15 #,м

Рис. 8.2. Зависимость скорости стакана в момент встречи с забоем от высоты сбрасывания

Подпись: БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТАп •

дрению Х-^с/ намного больше силы тя-

жести т&, можно считать, что глубина внедрения стакана пропорциональна его массе и высоте сбрасывания.

Технология ударного бурения клюющим способом сводится к выбору массы ин­струмента и высоты сбрасывания. Масса стакана с утяжелителем должна быть по возможности максимальной, но и удобной при использовании легкого бурового обо­рудования. Для практического использования рекомендован инструмент массой 100—300 кг. С увеличением высоты сбрасывания возрастает ко­нечная скорость падения и соответственно глубина внедрения. Однако характер возрастания скорости падения с увеличением высоты сбрасыва­ния имеет затухающий вид (рис. 8.2), и поэтому большое увеличение высоты сбрасывания становится нерациональным. Рекомендованная высота сбрасывания — в пределах 3—8 м. Таким образом, величина уг — лубки стакана за один сброс и производительность бурения зависит главным образом от свойств пород и составляет обычно от 5 до 20 см.

При ударно-забивном варианте бурения в отличие от клюющего углубка стакана происходит под воздействием серии ударов, нано­симых активной массой тх по головке стакана (пассивной массе т2). В этом случае величина погружения стакана за один удар зависит от величин активной и пассивной масс, их соотношения и скорости, приобретаемой пассивной массой в момент удара К2, а также от сил сопротивления и веса снаряда и определяется выражением

А =

Подпись: А =

(8.3)

Подпись: (8.3)отх — т222

X

Анализ теории и опытные данные показывают, что наиболее эф­фективно происходит внедрение стакана при примерном равенстве ак­тивной и пассивной масс, т. е. желательно, чтобы /и, = тъ при этом значения масс рекомендуется применять в пределах 50—150 кг. Высо­та сбрасывания ударника определяется конструктивными соображе­ниями и обычно составляет 0,6—1,0 м.

При ударно-забивном бурении в технологические параметры входят частота ударов ударника, составляющая, как правило, 20—25 ударов в минуту (при наличии ударного механизма до 40), и глубина забив­ки стакана за один спуск (рейс). Углубку за рейс выбирают из усло­вия допустимого уплотнения породы внутри стакана и возможности извлечения инструмента из скважины. Кроме того, из-за роста сил сопротивления скорость внедрения заметно снижается по мере вне-

дрения стакана. Рекомендованная углубка за рейс заключается в пре­делах 0,2—0,6 м, хотя в отдельных благоприятных случаях она может достигать 1,0 и даже 1,5 м.

Выбор того или иного варианта ударного бурения грунтов зависит от свойств пород, требований к качеству образцов и глубин скважин. Наиболее важно сохранить свойства образцов при бурении в рыхлых, слабых породах. Более высокое качество образцов в этом случае дает клюющий способ. В рыхлых грунтах он будет более производитель­ным, имея углубку за рейс 15—20 см. Необходимо учитывать, что с увеличением глубины скважины производительность клюющего способа бурения будет заметно снижаться за счет возрастания затрат времени на подъем и сброс стакана. Следовательно, клюющий способ бурения следует применять в рыхлых породах при малой глубине сква­жины. Забивной вариант ударного бурения более эффективен в плот­ных грунтах и при большей глубине скважин (более 10—15 м.)

При ударном бурении грунтов, как и для всех видов бурения, выделяют две основные группы технических средств: буровой инстру­мент и буровое оборудование.

Буровой инструмент для ударного бурения грунтов состоит из ста­канов, утяжелителей, забивных патронов, желонок.

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТАСтакан — отрезок трубы, имеющий на нижнем конце заостренную режущую кромку, на верхнем — резьбу для присоединения утяжели-

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

ж

Рис. 8.3. Стаканы для ударного бурения грунтов: а —наконечник с внутренним скосом; б— наконечник с наружным скосом; в —забивной стакан; г — стакан с клапаном (желонка); д — разъемный стакан; е — разъемный стакан с гильзой (7 —разъемный корпус; 2— керноприемная гильза); ж — поршневой стакан (7— поршень; 2— отверстие в поршне для штыря; 3— фиксатор поршня; 4 — пазы в корпусе стакана)

теля или ударного патрона. В зависимости от условий бурения при­меняют различные по конструкции стаканы (рис. 8.3).

Режущая кромка может быть выполнена непосредственно на теле трубы или на отдельном кольце — «башмаке», закрепленном на нижнем конце стакана резьбой, заклепками или сваркой. При бурении рыхлых грунтов применяют башмаки с внутренним скосом, что позволяет за счет некоторого уплотнения породы удерживать образец в стакане при подъеме его из скважины. В плотных грунтах нужно применять баш­мак с наружным скосом с целью предотвращения преждевременного уплотнения породы внутри стакана, которое приводит к образованию «пробки» и прекращению углубки. При бурении несвязных грунтов применяют стаканы с клапаном, или желонки.

б

Рис. 8.4. Ударная штанга: а — утяжелитель; 6 — забив­ной патрон для ударного бу­рения грунтов

Подпись:Наиболее трудоемкой операцией при ударном бурении является извлечение образца из стакана. Для облегчения извлечения породы обыч­но стаканы имеют один или два продольных выреза. Такие конструк­ции наиболее просты и надежны, однако при извлечении возможно нарушение качества об­разца. Наиболее удобны в использовании стака­ны с разъемным корпусом. Еще лучшими счи­таются разъемные корпуса с бумажными или полимерными гильзами. Значительно облегчает­ся извлечение породы и сохраняется качество образца при использовании поршневого стака­на. В таком стакане при бурении поршень находится в его верхней части. На поверхности в отверстие поршня вставляют неподвижный штырь, стакан натяжением каната перемещают вверх и поршень аккуратно выдавливает образец.

При клюющем способе бурения утяжели­тель или ударную штангу присоединяют к ста­кану, образуя сплошной металлический стер­жень с резьбой на нижнем и с серьгой для каната на верхнем концах (рис. 8.4, а).

При забивном варианте ударного бурения к стакану присоединяют забивной патрон (см. рис. 8.4, б), состоящий из корпуса, нако­вальни и бойка с серьгой для каната.

Стаканы обычно изготовляют из стандарт­ных обсадных труб или ниппельных заготовок с наружными диаметрами 73, 89, 108, 127, 146, 168, 219, 273 мм. Длина стаканов —от 0,5 до

1,5 м.

Оборудование при ударном бурении грунтов представлено буровой установкой, в состав ко­торой входит легкая рама на одноосном прице­пе, небольшая мачта, лебедка и двигатель внут­реннего сгорания. Ударное воздействие осущест-

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

Рис. 8.5. Буровая установка ударного бурения грунтов УБП-15М:

1 — каток; 2— стопор шнековый; 3 — анкер; 4— лебедка ручная; 5 —рама; б —двигатель;

7—бензобак; 8 — вспомогательный канат; 9 —канат; 10 — молот; 11 — мачта; 12 — центратор; 13— направляющий ролик; /4 —лебедка; 15— редуктор; /6—задняя опора; /7—ящик для

инстумента

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТАвляют подъемом и сбрасыванием стакана с лебедки станка при руч­ном управлении лебедкой. Наиболее распространенные установки для ударного бурения грунтов — УПБ-15М (рис. 8.5), УБП-15М гидро­проекта, БУКС-ЛГТ Ленгипротранса. Основные характеристики этих установок приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2. Характеристики установок для ударного бурения

Параметры

Д-5-25

УБП-15М

БУКС-ЛГТ

Глубина бурения, м

25

15

15

Диаметр скважин, мм

146

168

168

Высота мачты, м

4,0

5,6

5,0

Масса, кг

345

1000

440

Из универсальных установок, предназначенных для различных видов бурения, для ударного бурения грун­тов могут быть использовны БУЛИЗ-15, УБР-2М, БУГ — 100 и др.

Большое разнообразие инструмента и оборудования для ударного бурения грунтов (как и для некоторых других видов неглубокого бурения) вызвано не столько разнооб­разием геолого-технических условий, сколько многочислен­ностью организаций (ведомств), создающих такую технику.

Ударно-канатное бурение в отличие от ударного бу­рения грунтов, т. е. кольцевым забоем, применяют к клас­сической разновидности ударного бурения, когда поро­ду разрушают по всей площади забоя долотом, а затем разрушенную породу извлекают из скважины другим инструментом — желонкой. Несмотря на то что объемы и области применения ударно-канатного бурения посте­пенно сокращаются, оно все-таки имеет еще довольно широкое применение при разведке россыпей, бурении гидрогеологических и водозаборных скважин. Значитель­но реже применяют при разведке стройматериалов и бу­рении специальных скважин.

Используют ударно-канатное бурение практически в любых породах, включая валунные и крупнообломоч­ные отложения. Глубина скважин обычно достигает до 50—150 м, но отдельные — 300 и даже 500 м, диа­метры скважин — от 150 до 900 мм.

Достоинствами ударно-канатного бурения являются высокое качество (незагрязненность) проб, максималь­ный дебит водозаборных скважин, вертикальность ство­ла скважины, возможность проходить скважины в осо­бо сложных геологических условиях, в частности с од­новременной или опережающей обсадкой скважины трубами. Недостатки — низкая производительность, большие затраты обсадных труб (металлоемкость).

Буровой инструмент в ударно-канатном бурении бы­вает четырех групп: технологический, включающий бу­ровой снаряд и желонки; вспомогательный, для сборки снаряда и работы с обсадными трубами, специальный — обсадные трубы и приспособления для преодоления ос­ложнений в скважине и аварийный.

Для разрушения породы используют буровой снаряд, состоящий из четырех элементов: долота, ударной штанги, раздвижной штанги и канатного замка (рис. 8.6). В отдель-

Рис. 8.6. Буровой снаряд для ударно-канатного бурения:

7 —долото; 2— ударная штанга; 3 — раздвижная штанга; 4—-канатный замок

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

Рис. 8.7. Долота для ударно-канатного бурения: а — плоское; 6 — двутавровое; в — округляющее; г — крестовое

ных случаях при бурении неглубоких скважин в мягких породах в снаряд можно не включать раздвижную штангу, а иногда и канатный замок.

Долота (рис. 8.7) изготовляют из углеродистой инструментальной стали с последующей термической обработкой. В нижней части долота имеется лезвие 5, в верхней части — шейка 2, заканчивающаяся конус­ной резьбой 1. Между шейкой и лезвием находятся лопасти 3 с боко­выми ребрами 4, служащими для округления стенок скважины. Угол

заточки лезвия долота (угол приострения) выбирается в зависимости от твердости буримых пород от 70° для мягких пород, до 130° — для самых твердых пород и валунов. Поскольку ударно-канатное бурение применяют в различных породах, в соответствии с породами исполь­зуются и разные типы долот.

В мягких породах применяют плоское долото с углом приострения лезвия 70—90° (см. рис. 8.7, а), в вязких, липких породах, сухих глинах и в галечниках лучше использовать двутавровое долото, лезвие которо­го имеет выступающие в обе стороны борта, способствующие форми­рованию округлой формы забоя (см. рис. 8.7, б). В твердых породах и при встрече валунов в мягких породах применяют округляющее доло­то, имеющее широкие ребра и вогнутое лезвие с углом приострения 110—130° (см. рис. 8.7, (?) и отличающее массивностью. В трещинова­тых породах во избежание заклинивания долота и при встрече одиноч­ных валунов во избежание искривления скважины надо применять крестовое долото (см. рис. 8.7, г). Размеры долот выбирают в зависи­мости от диаметра скважины и с учетом получения оптимального веса снаряда. Предельные значения параметров долот приведены ниже.

Параметры

Длина лезвия долота, мм…………………… 148—850

Длина долота, мм…………………………….. 650—1500

Рис. 8.8. Долото со сменными лезвиями

Подпись: Рис. 8.8. Долото со сменными лезвиями Масса долота, кг…………………………………. 42—1400

В процессе работы лезвие долота затуп­ляется, и долото необходимо перезаправить, что выполняется отковкой лезвия долота в кузнице. Поскольку перезаправка долот и особенно их транспортировка весьма тру­доемки, были разработаны и успешно при­меняются долота со сменными лезвиями. Такие долота, кроме снижения трудоемко­сти по перезаправке, являются и более износостойкими, а также позволяют опера­тивно подбирать тип лезвия (долота) и угол его заточки при изменении буримых пород.

Долото со сменным лезвием (рис. 8.8) состоит из корпуса 1 и лезвия 2. Лезвие на­саживают на корпус на гладкие шпильки 3 для обеспечения жесткости и прочности, ко­торые воспринимают тангенциальные на­грузки. Крепление лезвия к корпусу про­изводят центровой шпилькой 4, один конец которой ввинчен в лезвие, другой притянут гайкой 5, опирающейся на шайбу 6. Само — отвинчивание гайки предотвращают штиф­ты 7, вставленные в зазоры между стенкой
окна корпуса и ее лысками на поверхности. Крепление различных типов лезвий к корпусу долота идентично, что создает возможность при их смене получать долото различного назначения.

Ударная штанга, предназначенная для увеличения и регулирова­ния массы бурового снаряда, представляет собой круглый сплошной стальной стержень с резьбовыми концами. Ударная штанга может быть гладкой или с высаженными концами (см. рис. 8.6). Длина ударных штанг для удобства подбора рациональной массы снаряда может быть

2, 4 и 6 м, диаметры от — 112 до 220 мм, масса —от 300 до 1300 кг.

Раздвижная штанга (ножницы). Для нормального бурения и разру­шения породы на забое скважины участие раздвижной штанги в бу­ровом снаряде не требуется. Включается она в снаряд с профилакти­ческой целью на случай заклинивания или прихвата долота. В таких случаях раздвижная штанга позволяет выбивать заклиненный снаряд.

Раздвижная штанга (см. рис. 8.6) состоит из двух, скользящих от­носительно друг друга звеньев. У рабочей раздвижной штанги отно­сительный ход звеньев составляет 250 мм, у аварийной — 500—600 мм. Диаметр у раздвижных штанг —от 120 до 260 мм, длина (в раздви­нутом состоянии) — от 1600 до 2200 мм, масса —от 112 до 490 кг. При оценке веса снаряда, участвующего в разрушении породы, надо учитывать только половину веса раздвижной штанги.

Рис. 8.9. Канатный замок с поворотным устройством:

/ — корпус замка; 2— втулка;

3 — шайба; 4 — нарезка подловиль- ного инструмента; 5—отверстия

Подпись:Канатный замок с поворотным устройством (рис. 8.9) предназна­чен для обеспечения надежного крепления снаряда с канатом и для автоматического равномерного поворачивания снаряда после каждого удара по забою. Замок состоит из корпуса с резьбой в нижней части, предназначенной для соединения со сна­рядом, и втулки с внутренним конусом, свободно размещенной в цилиндрической расточке корпуса. Надежность закрепле­ния каната достигается тем, что пропу­щенный в отверстие замка и втулки ко­нец каната расплетается и каждая прово­лочка загибается вверх, затем эта часть каната с большим усилием станком затя­гивается в коническую часть втулки и за­ливается в ней расплавленным свинцом.

Поворачивание снаряда происходит за счет раскручивания каната при подъеме сна­ряда под действием натяжения и обрат­ного закручивания каната. Для облегче­ния поворачивания втулки между ней и корпусом устанавливают бронзовую шай­бу, а в корпусе делают боковые отверстия для проникновения жидкости, снижающей трение.

При ударно-канатном бурении для уда­ления разрушенной породы, а при про­

ходке несвязных рыхлых пород и для непосредственного бурения при­меняют желонки. Желонка представляет собой отрезок трубы, снаб­женный на нижнем конце башмаком с заостренной кромкой и кла­паном, с резьбой или серьгой на верхнем конце. Желонки в зави­симости от условий бурения отличаются размерами и конструкцией клапана, в отдельных случаях применяют поршневые желонки (рис. 8.10).

Для бурения плывучих песков и для чистки скважины при про­ходке скальных пород применяют желонки с плоским клапаном, при бурении рыхлых пород и для чистки скважины в глинистых породах лучше применять желонку с полусферическим клапаном и языком (копьем). В желонках большого диаметра применяют двустворчатый клапан с ножом, в валунно-галечных отложениях успешно использу­ют желонки с двустворчатым клапаном типа «ангара». В продуктив­ной зоне россыпных месторождений, где требуется особо тщательное опробование, применяют поршневые желонки.

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТАДля опоражнивания желонок на поверхности их либо переворачи­вают, либо ставят клапаном на специальный металлический колышек.

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

Рис. 8.10. Желонки для ударно-канатного бурения: о — с плоским клапаном; 0 — двустворчатым клапаном; в — полусферическим клапаном и копьем; г — поршневая желонка

Легче всего опоражнивается желонка с клапаном с языком, которую доста­точно поставить языком на землю, и клапан сам открывается. Основные раз — ‘3

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТАмеры желонок: по длине от 3200 до 2 1 и III

6200 мм, диаметры — от 120 до 530 мм, а 6

масса ОТ 85 до 800 КГ. р„С — Стальные канаты:

СтаЛЬНЫе КанаТЫ при ударно-канат — а _ поперечное сечение каната: 1 — про-

НОМ бурении применяют непосредствен — волоки; 2- пряди; 3- органический

НО При проходке ствола скважины, ДЛЯ сер’течник; б-хаРактеР и направление

г г ’ свивки каната: /—канат прямой левой

раООТЫ С ЖеЛОНКаМИ При ЧИСТКС сква — свивки; II— канат крестовой левой свив-

ЖИНЫ, при операциях с обсадными тру — ки; III-к. анат прямой правой свивки;

— IV— канат крестовой правой свивки

бами, а также для укрепления мачты.

Такое широкое применение стальных канатов при бурении скважин ударно-канатным способом требует его правильного выбора и обслу­живания.

Канаты изготовляют из стальных тонких проволочек, скрученных в пряди, которые свивают вокруг органического (чаще всего пень­кового) сердечника. Сердечник пропитывают специальным смазоч­ным материалом, в процессе работы смазка выжимается из сердечни­ка в пряди, благодаря чему канат смазывается. Кроме того, органи­ческий сердечник придает канату гибкость, округлую форму и равно­мерно распределяет нагрузку между прядями.

Материалом для изготовления канатов служит высококачествен­ная сталь с пределом прочности на растяжение 1600—1800 МПа.

На буровых работах наиболее распространены шестипрядные кана­ты двойной свивки следующих конструкций 6 х 19 + ЮС, 6 х 37 + ЮС, где 6 — число прядей; 19, 37 — число проволок в каждой пряди и один органический сердечник (рис. 8.11).

По виду свивки различают:

•/ канаты прямой (параллельной) свивки, при которой проволоки в прядях и пряди свиты в одном направлении;

■/ канаты крестовой свивки, когда проволоки в прядях и пряди свиты в противоположных направлениях;

✓ канаты комбинированной свивки, когда направление свивок проволоки в рядом лежащих прядях различно (чередующиеся).

По направлению свивки канаты могут быть правого и левого на­правления. Направление свивки для канатов определяют по направ­лению винтовой линии свивки прядей.

Инструментальные канаты при ударно-канатном бурении должны раскручиваться под нагрузкой и скручиваться после ее снятия. Этим требованиям отвечают канаты прямой свивки. В процессе ударно-ка — натного бурения буровой снаряд после каждого удара о забой должен поворачиваться вправо, поэтому направление свивки прядей в инстру­ментальном канате должно быть левое, что препятствует самопроиз­вольному развинчиванию бурового снаряда. Таким образом, инстру­ментальный канат должен иметь прямую левую свивку.

Желоночные канаты применяют крестовой свивки с правым или левым направлением свивки прядей в канате; то же относится и к талевым канатам.

Рабочий инструментальный канат при ударно-канатном бурении выбирают по разрывному усилию с 12-кратным запасом прочности на весу £? бурового снаряда или желонки со шламом, т. е.

(8.4)

(8.5)

Подпись: (8.4) (8.5) Р, а, = 120, при 0 = к(0т + дХ),

где к= 1,2—1,3 и 1,5—2,0 коэффициент, учитывающий прихваты со­ответственно бурового снаряда и желонки; £)ин — вес бурового снаря­да (желонки), Н; <7К — вес 1 м каната, Н; /к — максимальная длина каната, находящегося в работе, м.

Выбранный в специальной таблице канат по максимальному раз­рывному усилию проверяют на прочность по суммарному напряжению, возникающему от действия растягивающих и изгибающих нагрузок.

Суммарное напряжение а, (МПа) рассчитывают по формуле

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

(8.6)

где ор и оиз — предел прочности материала соответственно при рас­тяжении и изгибе, МПа; і*1— площадь всех проволок в канате, м2; с = 10,35—0,75 — коэффициент, учитывающий напряжение кручения в проволоках, трение между проволоками и условия работы каната; £= 12,1 • 105 МПа —модуль продольной упругости материала каната;

— диаметр шкивов (роликов) ударного механизма и кронблока, м; с1п — диаметр проволоки, м.

После определения суммарных напряжений находят действитель­ный запас прочности каната по формуле

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

(8.7)

где Кч — действительный запас прочности каната; ств — временное со­противление материала каната растяжению, МПа (по характеристике каната).

Действительный запас прочности каната должен быть не менее 4, в противном случае подбирают более прочный канат. Прочность и длительность службы канатов во многом зависят от правильной их навески и ухода за ними и грузоподъемным оборудованием в процес­се эксплуатации. Необходимо систематически проверять поверхность канавок роликов блоков и барабанов лебедок, следить, чтобы на них не было заусенец и раковин, избегать перекрещивания каната при намотке его на барабан лебедки, не допускать образования петель и переломов. Канаты необходимо смазывать специальной канатной смаз­кой, изготовленной на основе битумов гудронов.

Правилами безопасности запрещена эксплуатация канатов с од­ной оборванной или вдавленной прядью, при числе оборванных про­
волок более 5 % на длине шага свивки каната диаметром до 20 мм ка­натов, срощенных узлами, и с выступающими иглами проволок.

Обсадные трубы при ударно-канатном бурении применяют для закрепления и изоляции уже пробуренного интервала скважины или для перекрытия ствола в неустойчивых породах одновременно с уг — лубкой, причем нижний конец колонны труб может погружаться как вслед за забоем, так и впереди забоя скважины. В большинстве слу­чаев обсадные трубы при ударно-канатном бурении погружают в сква­жину принудительно путем забивания, поэтому они выполнены из стали и являются толстостенными. Длина одной трубы может быть от 2 до 12 м. При большей глубине закрепляемого интервала скважины обсадные трубы соединяются в колонну. Соединение обсадных труб может быть резьбовое — труба в трубу — или муфтами, трубы больших диаметров соединяют сваркой их торцов непосредственно при спуске в скважину. Обсадные трубы ударно-канатного бурения те же, что и трубы вращательного бурения водозаборных и нефтегазовых скважин. Выпускают их в большом диапазоне размеров с наружным диаметром от 114 до 508 мм. Наиболее характерные размеры обсадных труб при­ведены в табл. 8.3.

Таблица 8.3. Размеры наиболее используемых обсадных труб

Размер труб, дюйм

Наружный диаметр, мм

Диаметр муфты, мм

Толщина стенки, мм

Масса, м/кг

Тип

соединения

6"

168

198

6

26

Труба в трубу

8

32

8"

219

245

7

37

Труба в трубу

8

47

и муфтовое

10"

273

299

9

59

12"

324

351

10

78

Вспомогательный инструмент включает инструмент для сборки-раз­борки бурового снаряда и инструмент для работы с обсадными трубами.

При сборке бурового снаряда возможно использование резьбовых переводников, предназначенных для соединения инструментов, имею­щих разные конусные резьбы, ключей инструментальных, трещотки затяжной. Ввиду того что при свинчивании буровых инструментов на рукоятку ключа прилагаются большие усилия (до 30 кН), инстру­ментальные ключи изготовляют массивными, с большим плечом. Тре­щотка затяжная позволяет получить усилие на плече ключа до 3 т. Она состоит из дугообразной зубчатой рейки, неподвижного упора и подвижного башмака с рычагом.

Для работы (погружение, извлечение) с обсадными трубами при­меняют башмаки забивные (гладкие) с заостренной внутренней кром­кой, закрепляемые на нижнем конце обсадных труб и облегчающие внедрение труб, бабы забивные массой до 1000 кг, хомуты для обсад­ных труб, головки забивные резьбовые и ступенчатые, выбивные сна­ряды и другие инструменты.

Аварийный (ловильный) инструмент. В отличие от общетехниче­ского употребления термина «авария», когда имеются в виду крупные повреждения с серьезными последствиями, в бурении аварией назы­вают любую поломку или осложнение, в результате которого инстру­мент не может быть извлечен из скважины обычными средствами. При ударно-канатном бурении авария может быть связана с обрывом каната, развинчиванием или обрывом частей бурового снаряда, закли­ниванием снаряда в скважине. Аварийный инструмент предназначен для ловли и захвата оборванного каната, отвернувшихся или обло­манных частей снаряда, освобождения и извлечения прихваченного снаряда. В последнем случае часто бывает необходимо обрубить канат от прихваченного снаряда. Аварийный инструмент для этих случаев представлен ершами однорогим и двурогим (вилкообразным), ловиль — ником, канаторезкой, обуриващим долотом, пауком для ловли мелких предметов, упавших в скважину. Аварийные инструменты спускаются в скважину в составе аварийного снаряда, включающего также ударную штангу, аварийную раздвижную штангу и канатный замок. Устрой­ство и принцип работы аварийных инструментов представлены на рис. 8.12.

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

а б в г

Рис. 8.12. Аварийный инструмент для ударно-канатного бурения: а — ерш однорогий; 6 — ерш двурогий с вилкой; в — канаторезка; г —• ловильник (шипе)

Для ударно-канатного бурения применяют несколько типов буро­вых станков, имеющих аналогичную конструкцию и различающихся лишь устройством отдельных узлов и некоторыми параметрами. Все ударно-канатные станки, передвижные или ограниченно самоходные, имеют в своем составе мачту, ударный механизм, два или три ба­рабана (лебедки) и, как правило, электропривод. Общие требования к станкам — максимальная простота, прочность, надежность. С уче­том области применения выпускают две группы станков ударно-ка­натного бурения: станки УГБ (установка гидрогеологического буре­ния) — УГБ-ЗУК (УКС-22М) и УГБ-4УК (УКС-ЗОМ), применяемые главным образом при бурении гидрогеологических и водозаборных сква­жин, станки серии БУ-20-2 (БУ — 20-2М, БУ-20-2УШ, БУ-20-3) и ста­нок «Амурец», применяемые при разведке россыпных месторождений.

Основным характерным узлом станка ударно-канатного бурения является ударный механизм. Во всех перечисленных станках применен классический ударный механизм шатунно-кривошипного типа с от­тяжной (балансирной) рамой. При работе ударного механизма на станок действуют значительные динамические нагрузки, явно неблагоприят­ные для срока службы станка. Для их снижения на станке обязательно устанавливают амортизатор. У станков УГБ (УКС) амортизатор уста — навлен непосредственно на ударном механизме, на оттяжном ролике, а у станков БУ — на мачте под головным роликом. Геометрия ударного механизма выполнена таким образом, что угол сбрасывания снаряда а, был бы меньше, чем угол подъема снаряда а2. Это обеспечивает бо­лее быстрое падение снаряда, более эффективный удар по породе забоя и более плавный подъем снаряда. Обычно а, < а2 на 15—20° (рис. 8.13). Кинематическая схема ударного механизма приведена на рис. 8.13. Ударный вал приводится во вращение от главного вала по-

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ СКВАЖИН БЕЗ ОЧИСТНОГО АГЕНТА

средством зубчатой передачи. На ударном валу закреплен кривошип 1. Пальцы 2 кривошипа описывают окружность радиуса г, они входят в нижние головки шатунов 3. Верхние головки шатунов в точке А шарнирно соединены с оттяжной рамой 4, на переднем конце рамы установлен оттяжной ролик 5, другой конец оттяжной рамы закреп­лен на направляющем валике 6, несущем направляющей ролик 7. Инструментальный канат 8 огибает ролики 7 и 5 оттяжной рамы, а затем ролик на вершине мачты и направляется в скважину.

Движение бурового снаряда в скважине определяется движением точки А, в которой шатун шарнирно сочленен с оттяжной рамой. При вращении кривошипа точка А описывает дугу АА{. Положение точки А на схеме соответствует максимальному подъему оттяжного ролика, а точки А1 — наиболее низкому положению оттяжного ролика.

Кроме ударного механизма, в состав ударно-канатного станка входят три или два барабана (лебедки): инструментальный для спуска и подъе­ма бурового снаряда и обеспечения подачи снаряда с тормоза в про­цессе углубки скважины: желоночный для спуска и подъема желонки и талевый трос, который пропускается через талевую систему и служит для спуска и извлечения тяжелых обсадных колонн. В станках БУ талевый барабан отсутствует, поскольку станки предназначены для бу­рения неглубоких скважин на россыпях. Другое различие между стан­ками УГБ и БУ связано с условиями их применения. Станки УГБ устанавливают на колесном прицепе, БУ — на гусеничной самоходной тележке с приводом от электродвигателя станка с возможностью пере­мещения на длину кабеля (примерно на 0,5 км), обычно в пределах разведуемой площадки россыпи. Как привило, станки ударно-канат — ного бурения имеют электропривод как более устойчивый на дина­мические нагрузки, исключением является вариант станка УГБ-ЗУК (УКС-22МД) с приводом от дизельного двигателя.

За рубежом выпускают станки ударно-канатного бурения анало­гичных конструкций, часто с дизельным приводом. Кинематическая схема установки УГБ-ЗУК и устройство ударно-канатных станков при­ведены на рис. 8.14. Буровой станок смонтирован на стальной метал­лической раме 6, установленной на осях, оснащенных двухколесными скатами 7. От двигателя 1 вращение передается клиноременной пе­редачей 10 на шкив главного вала 3, от которого с помощью зубчатых колес приводятся в движение вал ударного механизма 29, желоноч­ный 4 и талевый 5 барабан при включении соответствующей фрик­ционной муфты.

С главного вала вращение через цепную трансмиссию передается на инструментальный барабан 2. Включение фрикционных муфт глав­ного вала осуществляют рычагами управления 15.

Ударный механизм станка кривошипно-шатунного типа с оттяж­ной рамой (балансиром) оснащен амортизационным устройством. Кри­вошип 31 ударного механизма 8, получающий вращение от шестер­ни 30, с помощью пальцев 32 шарнирно соединен с шатунами 33, которые, в свою очередь, шарнирно соединены с оттяжной рамой 13.

Инструментальный канат 25 с инструментального барабана 2 прохо­дит через направляющий 12 и оттяжной 14 ролики рамы и далее на мачту к ролику 23. Конец каната, переброшенного через мачту, за­крепляют в канатном замке, с которым соединяют буровой инстру­мент.

При передаче движения на вал ударного механизма оттяжная рама, соединенная шатуном с валом кривошипа, начинает качаться относи­тельно оси подвеса. Движение оттяжного ролика при заторможенном инструментальном барабане обеспечивает подъем и сбрасывание удар­ного инструмента на забой. Высота подъема бурового снаряда над забоем регулируется за счет изменения рабочего радиуса кривошипа, для чего кривошип имеет ряд отверстий под пальцы шатуна, распо­ложенные на различном расстоянии от оси ударного вала. Частота сбрасывания снаряда на забой изменяется путем замены шкивов на валу электродвигателя.

Инструментальный барабан 2 имеет делительный диск, отделяю­щий рабочую часть каната от всей его массы. Работа желонки осу­ществляется с помощью желоночного барабана 4. Канат желоночного барабана 11 перекинут через ролик на вершине мачты и конец его присоединен к желонке. На мачте установлены три ролика 27 для каната талевой системы, связанной с талевым барабаном.

В транспортном положении мачту укладывают на опоры 18 и 9. Подъем мачты в рабочее положение осуществляют с помощью чер­вячной лебедки 35, получающей вращение от шестерни привода же­лоночного барабана г = 95 при установке дополнительной шестерни г =33, связанной червячной парой с лебедкой. Канат 34 лебедки 35 проходит через систему направляющих роликов и закрепляется на мачте. При включении электродвигателя и желоночного барабана вра­щение через зубчатые шестерни будет передано на барабан лебедки подъема мачты за счет ее поворота вокруг шарнирной опоры 18. С по­мощью двух винтовых домкратов, состоящих из винта 20, гайки 21 и опоры 22, мачту поддомкрачивают, что разгружает раму станка и передает основную нагрузку на грунт.

Мачта состоит из двух телескопических звеньев. Верхнее звено 28 выдвигается из нижнего 16 с помощью червячной лебедки. Жесткое крепление верхнего и нижнего звеньев мачты обеспечено болтовым соединением.

На мачте закрепляют защитное приспособление 17 и направляю­щий ролик 19. Устойчивость мачты достигают раскреплением ее труб­чатыми растяжками 26 и тремя канатными растяжками 24. Основные данные станков ударно-канатного бурения приведены в табл. 8.4.

Технология ударно-канатного бурения включает ряд последователь­но принимаемых решений, определяющих характер выполнения опе­раций по бурению скважины. Основные позиции технологии:

1. Выбор типа и параметров долота производят в соответствии с породами, представленными в разрезе скважины. При несуществен­ных различиях пород скважину можно бурить одним типом долота,

Рис 8.14. Установка УГБ-ЗУК:

-Обший вид; б-кинематическая схема

Таблица 8.4. Основные параметры станков ударно-канатного бурения

Параметры

Гидрогеология

Разведка россыпей

Р-600

(Испания)

УГБ-ЗУК

УКС-22М

УГБ-4УК

УКС-ЗОМ

БУ-20-2УШ

БУ-20-3

Глубина скважины, м

300

500

200

250

600

Диаметр скважины, мм

600

900

400

250

650

Масса снаряда, кг

1300

2500

1200

1400

3000

Мощность привода, кВт

Электродвигатель

Электродвигатель

Дизель

22

40

22

28

66

Дизель

33

Масса станка, кг

7600

12 700

11 400

12 500

12 500

База

Колесный прицеп

Гусеничная самоходная

Съемная авто­

тележка

платформа

2=90 2=31

Подпись: 2=90 2=31

2=56 2=25 2=14

б

Продолжение рис. 8.14

Подпись: 2=56 2=25 2=14 б Продолжение рис. 8.14

при резкой смене пород следует заменить долото. Для мягких связ­ных пород следует применять плоское долото, для мягких вязких пород и плотных сухих глин — двутавровое долото, для твердых по­род — округляющее долото, для твердых трещиноватых и валунных пород — крестовое или округляющее долото. В соответствии с поро­дами выбирают и угол приострения долота: от 60 до 80° для мягких пород, до 130—140° для наиболее твердых пород.

2. Состав снаряда выбирают в соответствии с условиями бурения. При наиболее благоприятных условиях и небольшой глубине скважи­ны можно использовать упрощенный снаряд без раздвижной штанги, иногда вместо канатного замка к ударной штанге присоединяют серь­гу и снаряд соединяют с канатом быстроразъемным соединением, что позволяет использовать ударный механизм для работы и со снарядом, и с желонкой. В сложных горно-геологических условиях и при зна­чительной глубине скважины снаряд должен быть собран в полном составе.

3. Масса снаряда относится к параметрам режима бурения и ре­комендуется в зависимости от диаметра скважины и свойств буримых пород. Рекомендованная масса снаряда, приходящаяся на 1 см длины лезвия долота, составляет от 15 до 90 кг.

4. Подача долота должна обеспечивать наиболее полное исполь­зование энергии удара для разрушения породы на забое и при этом не допускать прослабления каната во избежание ухудшения отделе­ния породы от забоя и рывков каната. Подачу осуществляют с тор­моза инструментального барабана таким образом, чтобы в свободном состоянии в нижней точке долото едва касалось забоя, а при значи­тельной глубине скважины и при бурении в твердых породах не доставало бы до забоя на 2—5 см. Эту величину называют навеской долота. Она обеспечивает резкий удар за счет растяжения каната и де­формации амортизатора в момент остановки оттяжного ролика в верх­нем положении.

5. Высота сбрасывания долота определяет энергию удара и, следо­вательно, эффективность разрушения породы: чем тверже порода, тем больше должна быть высота сбрасывания. Обычно высота сбрасыва­ния находится в пределах 350—1100 мм. Изменение высоты сбрасы­вания осуществляют перестановкой пальца кривошипа в другое от­верстие кривошипа соответствующего радиуса.

6. Частота ударов снаряда, осуществляемых ударным механизмом, имеет важное значение для оптимизации процесса бурения. Частота ударов и соответствующая ей скорость движения каната должна обес­печивать свободное падение снаряда в жидкости. При слишком быст­ром движении оттяжного ролика снаряд не будет успевать падать, про­изойдет прослабление каната и сильный последующий рывок, а при недостаточной частоте будет происходить замедление падения снаря­да и снижение силы удара по забою.

Практически изменение частоты ударов у отечественных станков ударно-канатного бурения осуществляется сменой шкивов на валу элект­родвигателя. У станков БУ имеется две частоты ударов, а у станков УГБ три — от 40 до 56 в мин. Частоту ударов выбирают в зависимости от характера проходимых пород и высоты сбрасывания снаряда, причем большее значение частоты выбирают для более твердых пород.

7. Высота столба пульпы в скважине должна обеспечивать переход разрушенной породы во взвешенное состояние и при этом создавать не слишком большие сопротивления падению снаряда. При наличии грунтовых вод высоту столба жидкости в скважине определяют ста­тическим уровнем, при их отсутствии воду заливают в скважину для создания столба жидкости высотой от 1,0 до 3,0 м, причем тем боль­ше, чем мягче порода. После извлечения шлама в виде пульпы же­лонкой воду вновь подливают в скважину.

8. Плотность пульпы. Для эффективного перехода частиц породы с забоя во взвешенное состояние целесообразно поддерживать опти­мальную плотность пульпы: чем выше плотность пульпы, тем легче переходят во взвесь и удерживаются частицы шлама. Поэтому, с одной стороны, плотность пульпы желательно повышать как можно больше и доводить до 2,0—2,5 г/см3, с другой — с увеличением плотности пульпы заметно снижается скорость падения снаряда. Так, при уве­личении плотности пульпы с 1,2 до 2,2 г/см3 скорость падения долота в момент удара снижается почти в два раза. Учитывая обе стороны влияния, плотность пульпы рекомендуется поддерживать в пределах 1,5—2,0 г/см3.

9. Углубка за рейс. По мере работы долота на забое происходят разрушение породы, переход ее во взвешенное состояние и рост плот­ности пульпы. Последнее обстоятельство приводит к снижению ско­рости падения долота и энергии удара, ухудшению очистки забоя и, как следствие, к снижению скорости бурения. В результате наступает момент, когда дальнейшее бурение становится нецелесообразно и не­обходимо произвести чистку скважины. Рекомендованная величина углубки за рейс в зависимости от свойств пород составляет от 0,3 м в твердых породах до 1,2 м в мягких породах.

10. Время долбления, зависящее от скорости бурения и рациональ­ной углубки за рейс, обычно составляет от 3—4 мин в мягких и до 25—40 мин в твердых породах. Сводные значения технологических параметров ударно-канатного бурения приведены в табл. 8.5.

Таблица 8.5. Технологические параметры ударно-канатного бурения

Параметры

Породы

мягкие

средние

крепкие

очень крепкие

Угол приострения долота, град Удельная масса снаряда, кг/см Высота сбрасывания, м Число ударов в 1 мин Высота столба пульпы, м Углубка за рейс, м

70-80 15-40 0,35-0,5 40-45 3,0 1,0-1,2

90-110 30-50 0,5-0,9 45-50 2,0 0,7-0,9

110-130 40-70 0,9-1,0 45-55 1,5 0,5-0,6

120-140 50-90 1,0-1,1 45-55 1,0 0,3-0,4

Извлечение разрушенной породы (очистку скважины) осуществ­ляют желонками различных конструкций в зависимости от геологи­ческих условий и задач бурения. Как уже отмечалось, для извлече­ния породы в скважине должен быть столб жидкости высотой не менее 1—3 м. Обычно чистку скважины выполняют за 3—4 сбрасы­вания желонки. При отсутствии особых требований по опробованию в скважине рекомендуется оставлять часть плотной пульпы, чтобы к началу следующего долбления после подлива воды плотность пуль­пы была достаточна для удержания разрушенной породы, т. е. более 1,3—1,5 г/см3.

Особенности технологии ударно-канатного бурения в различных геологических условиях

Твердые скальные породы. Бурение осуществляют снарядом с мак­симально возможной массой и с округляющим или крестовым (если породы трещиноватые) долотом. Основное внимание необходимо уде­лять контролю за износом долота по длине лезвия (по наружному диаметру), так как такой износ приводит к зауживанию ствола сква­жины и последующему заклиниванию снаряда. При износе более чем на 3 мм долото или его лезвие надо заменить. Важно следить за на­дежностью соединений снаряда, которые при сильных жестких ударах могут самопроизвольно развинчиваться. Диаметр желонки при буре­нии в твердых породах выбирают на 25 мм меньше диаметра долота. В трещиноватых и закарстованных породах ввиду возможного обру­шения стенок скважины бурение надо вести с дополнительными мерами предосторожностями. В таких случаях бурение осуществляют с использованием густой вязкой пульпы, для чего в скважину за­брасывают 10—15 кг жирной глины на 1 м бурения. При возможно­сти бурение проводят с одновременной обсадкой скважины трубами.

Глинистые породы бурят с помощью двутаврового или плоского долота с подливом 2—3 ведер воды. Извлечение шлама осуществляют желонкой с плоским клапаном. Песчаные глины, супеси, суглинки можно проходить стаканами или желонкой без клапана (как при удар­ном бурении фунтов).

Бурение пластичных вязких глин можно успешно проводить без желонки плоским долотом с приваренным в крест основному до­полнительным лезвием. В скважину доливают такое количество воды, чтобы при работе долота образовалась тестообразная масса, которая налипала бы на долото и поднималась с ним на поверхность. При такой методике исключается операция чистки скважины и производитель­ность увеличивается в 1,5—2,0 раза. В устойчивых глинах бурение воз­можно без обсадки трубами интервалов до 50—70 м.

Пески бурят непосредственно желонкой с плоским или полусфери­ческим клапаном с языком и одновременным креплением стенок сква­жины обсадными трубами. Во избежание заклинивания или прихвата породой желонки в трубах ее диаметр должен бьггь меньше внутреннего диаметра труб на 100 мм. Нельзя допускать остановки желонки на забое. Переполнения ее породой, выход желонки ниже башмака об­садных труб не должны быть больше, чем на 0,5—0,75 м. Бурение в песках следует вести при минимальном числе ударов желонкой, для лучшего забора песка рекомендуется забрасывать жирную глину и под­ливать воду.

В песках-плывунах работать желонкой можно с использованием ударного механизма при максимальном числе ударов и при мини­мальной высоте сбрасывания. При пересечении скважиной напорных плывунов за счет пластового давления песок может подниматься в тру­бах (скважина падает), образуя в них пробку высотой до 5—10 м. Для предотвращения пробок и борьбы с ними в скважину необходи­мо подливать воду или глинистый раствор для создания противодав­ления на пласт, особенно при подъеме желонки.

Галечники, гравий бурят с помощью двутаврового долота и желон­ки с плоским клапаном и низким башмаком. При проходке глини­стой породы с галечником бурение можно вести без применения до­лота: непосредственно желонкой с двустворчатым клапаном и ножом. При проходке чистых галечников и гравия в скважину нужно сбра­сывать жирную глину. Бурение нужно проводить с одновременным креплением скважины обсадными трубами.

Валунные отложения бурят с помощью тяжелых округляющих или крестовых долот с одновременной обсадкой скважины трубами. Валу­ны размером больше, чем размер обсадных труб, надо разбивать доло­том, причем в плотных породах валун разбивается легче, чем в рых­лых. Во избежание искривления скважины при встрече валуна, боком выступающего на забое, в скважину засыпают крупный (4—6 см) ще­бень крепких горных пород и куски глины, после чего валун разру­шают долотом вместе со щебнем. При невозможности разбить валун долотом его разрушают взрывом кумулятивного заряда. Боковые ва­луны небольших размеров можно забивать в стенку скважины, а затем этот участок необходимо перекрыть трубами. Небольшие валуны в рых­лых породах можно успешно извлекать желонками с двустворчатым клапаном типа «Ангара».

Особенности технологии ударно-канатного бурения скважин различного назначения

При проектировании и бурении гидрогеологических и водозаборных скважин главная особенность связана с применением метода и сред­ства опробования и эксплуатации водоносных горизонтов. Прежде всего необходимо учитывать конструкцию скважины. Конечный диа­метр скважины выбирают из условия размещения в ней необходимого фильтра и водоподъемного средства. Количество обсадных колонн за­висит не только от необходимости закрепления неустойчивых участ­ков, но должно обеспечивать изоляцию отдельных водоносных гори­зонтов для исключения водоперетоков между ними.

При разведке россыпных месторождений основные особенности технологии ударно-канатного бурения связаны с необходимостью обес­печения качественного опробования по полезному ископаемому, при этом технико-экономические показатели бурения имеют вторичный характер. Из требования опробования выбирается диаметр скважины, обычно 168—219 мм, чаще всего скважины одноступенчатые. В рых­лых, сыпучих, обводненных породах бурение ведется с опережающим погружением обсадных труб на величину от 5—10 до 20—50 см — бу­рение в трубах. В плотных отложениях с включением большого ко­личества валунов допускается отставание башмака обсадных труб от забоя на интервал опробования (обычно 20—50 см) — бурение ниже труб. В мерзлых и плотных устойчивых породах бурение ведут без об­садки скважины трубами — бурение без труб. При всех методах буре­ния россыпей обязательным является строго поинтервальный отбор проб. Существует определенная связь между параметрами бурения и качеством опробования, поэтому инструмент и режим ударно-канат — ного бурения выбирают с учетом опробования. Так, для качественно­го опробования предпочтение отдают плоским долотам, меньшей массе снаряда и умеренной высоте сбрасывания. Для наиболее полного извлечения пробы при разведке россыпей, как правило, применяют поршневые желонки или специальные желонки — пробоотборники.

Оставить комментарий