Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Наиболее распространенным способом разведки и эксплуа­тации подземных вод в настоящее время остается бурение сква­жин и колодцев. На выбор способа бурения влияют многие фак­торы: 1) степень гидрогеологической изученности района; 2) цель работ; 3) степень требуемой достоверности геолого­гидрогеологической информации, получаемой при данном спо­собе бурения; 4) технико-экономические показатели рассмат­риваемого способа бурения.

Выбор способа бурения в значительной степени зависит также от характера водовмещающих пород и вод (напорные, уровень которых устанавливается выше глубины вскрытия, и безнапорные).

На выбор технологии бурения скважин влияют: темпера­тура, степень минерализации подземных вод и их агрессивность по отношению к бетону (цементу) и железу, последнее уста­навливается СН 249—63.

В зависимости от целевого назначения и конкретных усло­вий буровые скважины на воду могут сооружаться следую­щими способами: 1) вращательным с прямой, обратной и об- ратно-всасывающей промывкой; 2) вращательным с продувкой сжатым воздухом, аэрированным раствором, пеной; 3) враща­тельным без промывки (продувки) — шнековым; 4) быстро — и медленновращательным с применением пневмоударников;

5) ударно-канатным. Бурение может производиться керновым и бескерновым способами.

Выбор рационального способа бурения рекомендуется про­изводить по стоимости 1 м3 добываемой воды с учетом воз­можного срока существования скважины, а также по полноте й точности получаемой при бурении гидрогеологической инфор­мации.

Вращательное бурение скважин на воду в настоящее время получило наибольшее распространение. Его рекомендуется при­менять в районах с изученными гидрогеологическими условиями для вскрытия артезианских (напорных) вод. Производитель­ность вращательного бурения в 3—5 раз выше, чем у удар­но-канатного способа проходки скважин на воду. Однако спо­соб вращательного бурения с промывкой имеет весьма суще­ственный недостаток — может вызвать закупорку пор и трещин водоносного слоя горизонта, что требует дополнительных затрат времени и средств на возбуждение притока воды к скважине. Однако при применении специальных растворов и новой техно­логии вскрытия водоносных горизонтов данный способ может быть наиболее эффективным при бурении скважин на воду.

Для вращательного бурения применяются различные буро­вые установки, выпускаемые в соответствие с ОСТ 26-02-807—73. Скважины диаметром более 394 мм могут проходиться реак­тивно-турбинным бурением, ударно-канатным и др.

К специализированным буровым установкам при бурении на воду относятся: 1БА-15В; 1БА-15К; УВБ-600 и УРБ-2А2.

Буровой агрегат 1БА-15В (ТУ 26-02-664—75 и соответствует установке УГБ-4ВПП) включает базовую установку УРБ-ЗА2 и компрессорно-силовой блок (рис. 9.1). Установка УРБ-ЗА2 относится к классу самоходных установок роторного типа. Она смонтирована на раме автомобиля МАЗ-500А. В состав ее вхо­дят: 1) ротор с проходным отверстием, равным 410 мм; 2) одно­барабанная лебедка с фрикционной двухдисковой муфтой и с безопасной катушкой; 3) четырехскоростная коробка пере­дач; 4) буровой насос НБ 12-63—40; 5) генератор мощностью 12 кВт; 6) мачта двухсекционная, спуск и подъем обеспечива­ются двумя гидродомкратами; 7) механизм принудительной подачи бурового инструмента на забой, состоящий из двух гидроцилиндров, размещенных на мачте, и гидравлического за­жимного устройства ведущей бурильной трубы; 8) глиноме­шалка с электроприводом; 9) желобная система. Управление

Мачта б транспортном положении Рис. 9.1. Буровой агрегат БА-15В: / — буровой агрегат; 2 — компрессорно-силовой блок; 3 — карданная передача блоки-» ровки силовых блоков; 4 — прицеп с бурильными трубами; 5 — глннохоэяйство; 6—на — сосиосиловой прицеп

всеми основными механизмами бурового агрегата — пневмати­ческое с дублированием.

Компрессорно-силовой блок предназначен для осуществле­ния обратно-всасывающей промывки при бурении и производ­стве откачек воды из скважины эрлифтом.

В агрегате обеспечивается блокирование основного силового блока с силовым насосным или компрессорным блоком, чем достигаются высокая надежность работы и передача мощности в любом требуемом направлении. Агрегат 1БА-15В укомплек­товывается грузоподъемным устройством для производства ремонтных работ, приспособлениями для выноса бурильных труб, ограничителем подъема талевого блока и т. д. Ему при­даются также укрытия из прорезиненной ткани на металличе­ском каркасе для буровой установки и компрессорно-силового блока. Буровой агрегат 1БА-15В обеспечивает вращательное бурение как с прямой, так и с обратной промывкой.

Агрегат 1БА-15Н удовлетворяет параметрам установки УРБ-20А ГОСТ 16151—79, хотя и предназначен для бурения скважин на нефть и газ, но может быть при необходимости применен для бурения скважин на воду.

Буровой агрегат УВБ-600 (установка вращательного буре­ния соответствует по параметрам установке УГБ-5ВПП, выпус­кается по ТУ 26-02С-26—70) представляет собой установку ро­торного типа, состоящую из лебедочно-роторного, насосного и компрессорно-силовых блоков. Основные блоки размещены на трехосном автошасси КрАЗ-257.

Буровая установка УРБ-2А2 применяется при гидрогеологи­ческой и геологической съемке и поисках, для бурения скважин на воду и скважин другого назначения. Она смонтирована на шасси автомобиля ЗИЛ-131 и приводится в действие от транс­портного двигателя. Установка оборудована подвижным вра­щателем с гидравлическим двигателем. Вращатель применяется для бурения, свинчивания и развинчивания бурильных труб. Установка состоит из следующих основных узлов: мачты, гид­родомкрата подачи и подъема бурового инструмента, трехско­ростного вращателя, талевой системы, раздаточной коробки, рамы, бурового насоса (или компрессора).

Краткая техническая характеристика буровых агрегатов 1БА-15В и УВБ-600 и УРБ-2А2

Буревые агрегаты……………………….. 1БА-15В УВБ-600 УРБ-2А2 Глубина бурения в м при использо­вании бурильных труб диаметром, мм: 60,3…………………………………… — — 200 73……………………………………… 500 — — 114……………………………………… — 600 — Диаметр скважины: мм: начальный…………………………… 394 490 190 конечный……………………………. 194 214 76

Скорость подъема крюка при наи­большей оснастке талей, м/с: минимальная……………………….. 0,2 0,18 0—0,6 максимальная………………………. 1,4 1,2 Оснастка талевой системы. . . 2X3 3X4 Специальная

Частота вращения стола ротора, с-1 минимальная…. . . . . 1,08 1,75 максимальная…. . . . . 4,17 3,05 Буровой насос…. . . . . НБ12-63-40 9МГР-61 НБ 12-63-40 Число насосов…. . . . . 1 2 1

Грузоподъемность кронблока (мак­симальная), т………………………………… Высота до оси кронблока мачты, м Масса бурового агрегата, кг. .
200 18,0 35 900
500 22,4 55 000	25 8,4 10080

Ударно-механическое бурение на воду применяют в райо­нах, недостаточно изученных в гидрогеологическом отношении, с низким пластовым давлением, где весьма сложно организо­вать подачу воды к установкам вращательного бурения или там, где климатические условия затрудняют применение враща­тельного способа из-за необходимости утепления буровых и при бурении скважин с большим начальным диаметром — 500 мм и более.

Достоинством этого способа бурения является то, что вскры­ваемые водоносные горизонты не засоряются и не кольматиру — ются циркулирующим по скважине промывочным раствором. Наблюдение за положением уровня воды в скважине в процессе бурения позволяет своевременно обнаружить водоносный гори­зонт. Погрешность в установлении границы залегания водонос­ного горизонта этим способом составляет ±(0,5—1) м. При этом легко устанавливаются все вскрываемые водоносные гори­зонты, обеспечивается высокое качество опробования водонос­ного пласта. Дебит скважины, как правило, выше скважин, пройденных вращательным способом с промывкой глинистым раствором.

К недостаткам ударно-механического способа бурения можно отнести: 1) большой расход обсадных труб (что объясняется малой величиной выхода последующей колонны из-под баш­мака предыдущей), который обычно составляет 25—30 м, а при применении специальных способов посадки труб до 50—70 м;

2) относительно малую глубину бурения скважин; 3) низкую техническую и коммерческую скорости бурения; 4) высокую стоимость 1 м бурения; 5) возможность некоторого уплотне­ния пород в зоне водоносного горизонта при неправильно выб­ранной технологии бурения, что может повлиять на снижение дебита скважины.

При сооружении скважины на воду с помощью ударно-ка­натного станка производятся следующие операции: разруше­ние породы на забое (долбление), чистка скважины от буро­вого шлама и крепление стенок скважин обсадными трубами. Все эти операции разделены во времени. К тому же произво­дительное время работы долота на забое составляет небольшую долю от времени, необходимого на проходку скважины. Этим объясняются более низкие технико-экономические показатели ударно-канатного бурения по сравнению с вращательным.

Ударно-канатным способом обычно проходят скважины на­чального диаметра 200—900 мм и глубиной 100—150 м, иногда в очень сложных геологических условиях.

В соответствии с выполняемыми операциями при бурении скважин станок ударно-каиат’иого бурения имеет следующие основные узлы: 1) долбежная часть; 2) инструментальный ба­рабан; 3) желоночный барабан; 4) главный вал, от которого приводятся в действие перечисленные узлы.

В станках, рассчитанных на бурение глубоких скважин, имеется еще один узел — талевый барабан для спуска и подъ­ема колонн обсадных труб. Все основные узлы, мачта и двига­тель, монтируются на общей раме станка.

Общая схема буровой установки для ударно-канатного бу­рения показана на рис. 9.2. Буровой станок снабжен мачтой 2 и двигателем 6, который установлен на общей раме станка. Ударный снаряд подвешен на канате, который через головной ролик /, оттяжной ролик 4 и направляющий ролик 5 идет к ин­струментальному барабану 7. Снаряд при долблении подни­мается и сбрасывается с помощью оттяжного механизма станка. При движении оттяжного ролика 4 вниз ударный снаряд при­поднимается над забоем, при движении этого ролика вверх сна­ряд под действием собственного веса падает вниз, разрушая породу на забое.

По мере углубления скважины бурильный ка­нат стравливают с инст­рументального барабана, осуществляя подачу до­лота. Пробурив некото­рый участок скважины, прекращают долбление и приступают к ее чистке.

Эту операцию выполняют желонкой, спускаемой в скважину на желоноч­ном канате с желоноч­ного барабана.

После чистки сква­жины продолжают долб­ление или приступают к креплению скважины — неустойчивые стенки ее

Рис. 9.2. Общая схема уста­новки для ударно-канатного бурения:

/ — головной ролик; 2— мачта;

3 —канатная растяжка; 4 — от­тяжной ролик: 5 — направляющий ролик: 6 — двигатель; 7 —инстру­ментальный барабан: 8 — станок;

9 —желонка; 10 — ударный сна­ряд; // — ударный снаряд
закрепляют обсадными трубами. Тяжелые колонны труб спу­скают в скважину с талевого барабана станка, которым обо­рудуются некоторые станки.

При бурении скважин на воду в основном применяются станки типа —УКС-22М1 и УКС-30М1.

Станок УК. С-22М1 (рис. 9.3) предназначен для бурения сква­жин глубиной до 300 м при н-ачальном диаметре 500—600 мм. Станок снабжен мачтой телескопического типа, шарнирно свя­занной с рамой. Мачта имеет высоту 12,3 м и грузоподъем­ность 120 т при транспортировке станка она укладывается го­ризонтально. Наверху мачты установлены два направляющих ролика — один для инструментового, другой для желоночного канатов. Ниже, в обойме, закреплены три ролика для талевой оснастки. Нижний конец мачты оканчивается винтовым дом­кратом, с помощью которого рама станка разгружается от дей­ствия усилий. Мачта снабжена кран-балкой и червячной талью для перемещения тяжелого бурового оборудования. В уста­новленном виде мачта раскрепляется трубчатыми и канат­ными растяжками, которые крепятся к якорям, зарытым в землю.

Для технического обслуживания верхней части мачты слу­жит огражденная площадка с ведущей к ней лестницей, сту­пеньками которой являются скобы, укрепленные на мачте.

Рама станка изготовлена из двутавровых балок и швелле­ров и установлена на две оси. Одна из них является поворотной и имеет дышло. Каждая ось снабжена четырьмя автомо­бильными скатами. На раме смонтированы узлы бурового станка.

Оттяжной механизм станка состоит из вала и двух криво­шипов, которые через шатуны передают качательные движения оттяжной раме. Вал ударного механизма установлен в двух шарикоподшипниках, между которыми помещается приварен­ная к валу шестерня, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней главного вала станка.

Каждый кривошип имеет четыре отверстия, расположенные на разных расстояниях от оси вала. Устанавливая палец кри­вошипа в одно из отверстий, можно изменять ход оттяжного ролика в пределах 0,35—1 м.

Оттяжная рама выполнена из двух швеллерных балок, свя­занных поперечными осями. Задняя ось жестко соединена с бал­ками рамы и покоится в шарикоподшипниках, установленных на распорных стойках рамы станка. На этой оси свободно по­сажен направляющий ролик, осевое перемещение которого обес­печивает правильную укладку витков каната на инструменто — вом барабане.

На передней оси установлен оттяжной ролик, а сама ось лежит в шариковых подшипниках рычагов, шарнирно связан­ных с передними концами балок оттяжной рамы. На каждой

Рис. 9.3. Общий вид станка УКС-22М1:

/ —■ главный вал; 2 — клнноремен — ная передача; 3 — электродвига­тель; 4 — инструментальный ка­нат; 5 —ударный механизм; 6 — желоночный канат; 7 — талевый барабан; 8—-мачта; 9— кран-бал­ка с кошкой и червячной талью

из балок оттяжной рамы сверху находятся пружины прямой и обратной амортизации. Обе пружины установлены па одном штоке и разделены опорой. В начале движения оттяжного ро­лика вниз, когда ударный снаряд должен отрываться от забоя, ролик отклоняется назад и через передний конец штоков передает усилие на пружины прямой амортизации. Послед­ние сжимаются, обеспечивая плавный подъем ударного сна­ряда.

При движении оттяжного ролика вверх пружины прямой амортизации растягиваются, а пружины обратной аморти­зации сжимаются, обеспечивая плавный отход оттяжного ролика.

Вследствие наличия амортизатора ударный станок подвер­жен меньшему воздействию динамических нагрузок, что бла­гоприятно сказывается на работе конструкции. Пружинным амортизатором снабжен и головной ролик мачты станка. Его действие аналогично действию пружины прямой амортизации. Наличие амортизационных пружин, кроме того, улучшает ус­ловия работы бурового снаряда на забое.

Инструментальный барабан станка получает вращение от главного вала с помощью цепной передачи. Он разделен на две секции, на одной из которых находится рабочая, на другой запасная часть инструментального каната. Запасная часть ка­ната используется постепенно, по мере углубления скважины. На инструментальный барабан каната станка можно намотать 350 м стального каната диаметром 21,5 мм. Стравливание ин­струментального каната с барабана лебедки осуществляется с помощью тормоза вручную.

Желоночный и талевый барабаны расположены на одной оси и получают вращение от главного вала через зубчатую пе­редачу. Желоночный барабан, предназначенный для работы с желонкой, вмещает 350 м каната диаметром 15,5 мм. Тале­вый барабан необходим для спуска тяжелых колонн обсадных труб.

Привод станка осуществляется электрическим асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Движение от двига­теля на главный вал передается с помощью клиноременной пе­редачи.

Главный вал станка снабжен четырьмя фрикционными муф­тами автотракторного типа, включающими в работу отдельные механизмы станка.

Станок УКС-30М1 имеет аналогичную конструкцию и по­зволяет проходить скважины начальным диаметром до 800-г 900 мм.

Для бурения гидрогеологических скважин ударно-канатным способом были предусмотрены новые типы установок третьего и четвертого классов: УГБ-ЗУК и УГБ-4УК, являющиеся про­тотипами установок УКС.

Наряду с рассмотренными в настоящее время разрабаты­ваются новые буровые установки, обеспечивающие проходку скважин роторным (с навесным вращателем) н ударным спо­собами.

Установки………………….. . е	УГБ-ЗУК	УГБ-4УК
Глубина бурения, м……………….	(УКС-22М1)	(УКС-30М1)
300	500
Начальный диаметр скважины,
мм………………………………………..	600	900
Наибольший вес инструмента,
кН………………………………………….	13	25
Ход инструмента, м….	0,50—0,80	0,50—0,80
	(0,35—1,00)*	(0,50—1,00)*
Число ударов в 1 мин. . .	40,50	40,50
Высота мачты, м/грузоподъем­
ность, т…………………………………	13/12 12,5/12,0*	16,0/25,0
Мощность двигателя, кВт. .	22	40
Масса станка, кг………………………	7000	11 200
Грузоподъемность барабанов, т:
инструментального….	2000	3200 (3000)* 2000
желоночного………………………	1200 (1300) *
талевого…………………………….	2000 (1500) *	3200 (3000)
Средние скорости навивки ка­
ната на барабан, м/с:	1,0 (1,18—1,47) *
инструментального….	1,2(1,10; 1,42)*
желоночного………………………	1,8 (1,2-1,8)-*	1,6(1,21; 1,38; 1,68)
талевого…………………… 1 . »	1,0 (0,8—1,0) *	1,2 (0,95—1,22) *

• В скобках даны значения для станков УКС.

Значительный интерес представляют также работы, проводи­мые по совмещению ударного бурения с обратно-всасывающим способом промывки; ударно-забивного с обратной продувкой, а также ударно-вращательного бурения с системой связанных между собой пневмоударников для проходки скважин большого диаметра в скальных породах.

Комбинированное бурение используется для проходки гид­рогеологических и инженерно-геологических скважин на глубину до 50 м. Широкое распространение получили специализиро­ванные установки типа ЛБУ и УГБ, которые обеспечивают проходку ударно-канатным, шнековым и вращательным спо­собами, а также позволяют производить пробную прокачку скважин. Для этой же цели может быть использована буровая установка УБШК-50.

Комбинированные установки обеспечивают более точное опробование водоносных горизонтов. Эти установки использу­ются в районах с недостаточно изученными геолого-гидрогеоло — гическими условиями для вскрытия слабонапорных водоносных горизонтов.

Комментарии запрещены.