Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Медленновращательное бурение

При вращательном бурении без очистного агента разрушение породы и углубка скважины происходят за счет срезания и частично­го уплотнения породы вращающимся инструментом с режущими лез­виями — буром. При этом разрушается и уплотняется лишь незначи­тельная часть породы из общего объема скважины, а большая часть попадает внутрь или на лопасти бура и затем извлекается вместе с ним из скважины и используется в качестве образца. Поскольку при таком воздействии инструмента приходится преодолевать значительное со­противление при уплотнении породы в стенки скважины и большие силы трения, для вращения инструмента требуются весьма высокие значения крутящего момента. При ограниченной величине приводной мощности увеличение крутящего момента можно получить только за счет снижения частоты вращения. За счет интенсивного трения ин­струмента о стенки скважины с увеличением скорости вращения резко возрастает выделение тепла и нагрев инструмента, ввиду чего враща­тельное бурение без очистного агента возможно только при невы­соких скоростях вращения, обычно в пределах 0,1—1,0 с“1, почему этот вариант и называют медленновращательным бурением (при вращатель­ном бурении с очистным агентом или шнеками частота вращения 2,0-25 с“1).

Крутящий момент при медленновращательном бурении состав­ляет до 3—5 кН, причем значения момента возрастают по мере внедрения инструмента в породу за счет увеличения трения и уплотнения породы. Одновременно за счет уплотнения породы снижается и скорость бурения. Характер зависимостей Мкр и Км от величины углубки инструмента параболический. С учетом этих зависимостей рациональная углубка за рейс составляет от 0,3—10,5 до 1,2—1,5 м.

Для разрушения, уплотнения породы и внедрения инструмента одновременно с его вращением требуется передача на инструмент осевой нагрузки, величина которой составляет от 1—3 до 10—15 кН.

В зависимости от свойств буримых пород и требований опробо­вания применяют различные буры или грунтоносы. В плотных связ­ных породах при отсутствии особых требований к качеству образцов применяют спиральный бур, называемый «змеевиком» (рис. 8.15). Такой бур легко ввинчивается в породу (как штопор), не нуждается в создании осевой нагрузки, но требует значительных усилий при извлечении. После углубки на 0,3—1,5 м бур без вращения поднима­ют на поверхность вместе с породой, удерживаемой на его лопастях. В рыхлых малосвязных влажных породах используют ложковый бур (буровая ложка), имеющий режущие лопасти, которые срезают слой породы, поступающей внутрь бура, где она уплотняется и за счет этого удерживается при подъеме бура на поверхность.

При необходимости для получения образцов с ненарушенной струк­турой используют различные грунтоносы. Грунтонос разрушает поро­ду по кольцевому забою, в центре которого остается ненарушенный столбик породы, попадающий внутрь грунтоноса. Внутри корпуса грунтоносов обычно имеется разъемная гильза или другие приспособ­ления, облегчающие извлечение и обеспечивающие сохранность об­разца (один из грунтоносов показан на рис. 8.15).

При медленновращательном бурении вращение и осевая нагрузка передаются на бур или грунтонос через колонну бурильных труб. Трубы служат также для спуска бура в скважину и подъема его на поверх­ность. Соединяются трубы между собой в колонну резьбовыми соеди­нительными элементами, обычно муфтово-замкового типа. Для мед­ленновращательного бурения обычно используют бурильные трубы геологоразведочного сортамента длиной 3—4,5 м с наружным диамет­ром 50 или 63,5 мм.

Комбинированное бурение

Поскольку даже при небольших глубинах скважин однородные разрезы мягких пород встречаются редко, а чаще чередуются с твер­дыми прослойками или пластами неустойчивых пород, то в таких случаях целесообразно в одной скважине чередовать медленновраща­тельное бурение с ударным, т. е. применять комбинированное бурение.

Наиболее простым и доступным вариантом комбинированного бурения является ручное бурение. Еще в 50-е годы ручное бурение было преобладающим при выполнении инженерно-геологических изысканий, разведке россыпей и стройматериалов, поисково-съемоч­ных работах. В настоящее время ручное бурение почти полностью заменено механическим, однако в отдельных случаях при поисково­съемочных работах, бурении одиночных инженерно-геологических сква­жин в неудобных для техники местах, для индивидуального водоснаб­жения еще применяют ручное бурение.

При ручном бурении в основном используют медленновращатель­ный способ спиральными или ложковыми бурами. При встрече твер­дых пропластков или включений в скважину на бурильных трубах спускают долото и ударным способом разрушают твердое включение, затем желонкой также на бурильных трубах поднимают разрушенную породу. При встрече неустойчивых пропластков (плывучих, сыпучих песков) ручное бурение можно вести с одновременным закреплением скважины обсадными трубами, так же как при механическом ударно­канатном бурении.

В прошлом скважины ручного бурения достигали глубин 100—120 м при начальном диаметре до 250 мм. При этом использовали дере­вянные вышки-треноги и подсобные механизмы — ручные лебедки, во­ротки, балансиры. В настоящее время ручным способом проходят скважины глубиной до 15 м, диаметром 35—60 мм (для водоснабжения

до 150 мм), и все технические средства сводятся только к комплекту инструмента.

Так, для поисково-съемочных работ можно использовать также комплект «бур геолога» массой 16 кг, позволяющий бурить скважины глубиной до 10 м, диаметром 35 мм. Механическое комбинированное бурение применяют значительно шире при разведке россыпных мес­торождений, бурении инженерно — и гидрогеологических скважин, мел­кого водоснабжения, разведке стройматериалов.

Технические средства для комбинированного бурения объединяют в себе механизмы ударного и вращательного действия, а также вклю­чают механизмы для принудительного погружения обсадных труб. Буровой инструмент также представлен комплектами для ударного и вращательного бурения. Бурение можно вести попеременно мед­ленновращательным способом в мягких однородных породах и удар­но-канатным при встрече твердых прослоев, включений, плывучих и сыпучих пород. Погружение обсадных труб при проходке неустой­чивых пород осуществляют одновременно с бурением желонкой, ис­пользуя вращательный механизм. Обсадные трубы в таком случае за­бивают с помощью ударного механизма или погружают одновремен­ным воздействием вращения и ударов.

Буровые установки для механического комбинированного бурения типа БУУ-2, УБР-2М, БУГ-100, БУГ-50 выпускают разные ведомства (табл. 8.6). Принципиальная схема установки УБР-2М приведена на рис. 8.16. Важной особенностью этой установки является наличие вра­щателя шпиндельного типа с гидравлической системой подачи, спо­собного вращать и погружать как буровой инструмент, так и обсад­ные трубы.

Комментарии запрещены.