Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При бурении с обратной промывкой вся разрушаемая по­рода выносится на поверхность по внутреннему каналу буриль­ной колонны, поэтому к конструкции бурильных труб предъяв­ляются: особые требования: ори должны иметь равнопроходные внутренние сечения как по всему телу трубы, так и на концах в местах их соединений.

Площади сечения бурильных труб и соответственно их диа­метры определяются в первую очередь эффективностью выноса кусков разрушаемой породы, размеры которых при этом методе бурения могут доходить до 150 мм и более. При выборе диа­метра бурильных труб учитывают размеры имеющихся в геоло­гических разрезах валунов и других включений, а также диа­метры скважин.

При бурении шурфов и шахтных стволов в основном приме­няют бурильные трубы диаметрами 219, 273 и 325 мм, при бу — рении стволов скважин — бурильные трубы диаметрами 114, 146 и 168 мм; реже используется буровой инструмент диамет­ром 219 мм.

■Для бурения методом всасывания с использованием вакуум — и центробежных насосов колонца бурильных труб должна об­ладать лишь равнопроходным сечением и надежной герметиза­цией соедйнений.

Рнс. 11.7. Бурильная флан­цевая труба для бурения с эрлифтом

Рис. ІІ.8. Шплннт-шпилька

І

При эрлифтном пульпоподъеме в буровой колонне дополни­тельно должен быть предусмотрен канал для подачи воздуха к смесителям, устанавливаемым в различных интервалах буро­вой колонны в зависимости от давления, развиваемого компрес­сором, и глубины бурения.

За рубежом инструмент для бурения с обратной промывкой обычно изготовляют с фланцевым болтовым соединением, кото­рый используется как для всасывающего пульпоподъема, так и для эрлифтного. Успешно применяемые у нас в стране ставки тица РД-12. укомплектованы фланцевым буровым инструмен­том диаметром 168 мм. Конструктивное исполнение этого ин­струмента аналогично в основном описываемому ниже фланце­вому инструменту (рис. 11.7), изготавливаемому на заводе тре­ста «Промбурвод». В отдельных случаях для бурения методом всасывания применяют резьбовые замковые соединения (напри­мер, в установках К2/5, выпускаемых в ГДР).

Бурильные трубы с фланцами на концах для эрлифтного пульпоподъема состоят практически из трех труб — основной 4 диаметром 168 мм и двух параллельных ей труб 5 малого диа­метра для подачи по ним воздуха. Сверху и снизу все три трубы объединены в единую конструкцию фланцами 1, которые поз­воляют соединять между собой бурильные трубы в колонну; при

ь

этом в колонне получаются три канала — два для подачи воз­духа и один (центральный) для подъема пульпы. Для преду­преждения в процессе вращения буровой колонны срезающих усилий на соединительные болты 2 во фланцевых соединениях предусмотрены специальные штыри 3, имеющие ответные отвер­стия в противоположном фланце. Штыри позволяют также об­легчить центрирование фланцев при их соединении. Для пред­отвращения развинчивания соединительных болтов в процессе бурения предусмотрена их шплинтовка специальными шплин­тами-шпильками (рис. 11.8).

Конструкция ведущей трубы аналогична конструкции бу­рильной. Приваренные к основной трубе воздушные трубки при соответствующем ответном отверстии во вкладыше ротора поз­воляют передавать вращающее усилие буровой колонне. В при­веденной конструкции воздушные трубки в интервале рабочей части (перемещающейся через вкладыш ротора) защищены сварным кожухом. В верхней части воздушные трубки не дове­дены до верхнего фланца и заканчиваются штуцерами для при­соединения с помощью шлангов к воздушным штуцерам верт­люга.

Для обеспечения равнопроходного сечения по всему пути движения породы и промывочной жидкости с забоя внутренний диаметр канала вертлюгов специальных конструкций должен быть равен внутреннему диаметру применяемых бурильных труб, соответственно равны ему внутренние диаметры отвод­ного патрубка и присоединяемых к нему рукавов (шлангов). Воздух от компрессора подается к трубам, вращающимся вокруг оси буровой колонны, специальным воздухораспредели­телем в нижней части вертлюга (рис. 11.9). Для упрощения кон­струкции вертлюга и с учетом того, что воздухораспределитель чаще выходит из строя, чем сам вертлюг, были созданы и по­лучили распространение отдельные конструкции переходных вертлюгов-воздухораспределителей (рис. 11.10), которые с одной стороны присоединяются фланцами к вертлюгу, а с другой — к верхнему концу ведущей трубы.

При сборке бурового инструмента (рис. 11.11) кроме пере­численных элементов в него вводят смеситель и долото.

Первый смеситель устанавливают в нижней части колонны над долотом. Смесители представляют собой двухфланцевый переводник с круговой камерой, которую подсоединяют к Од­ному из двух воздушных каналов бурильной колонны. Нагне­таемый в камеру воздух попадает через отверстия во внутрен­ней ее стенке в центральный канал бурильной колонны для обеспечения эрлифтного пульпоподъема. Этот же инструмент можно использовать для бурения всасыванием с помощью цен­тробежного насоса. В этом случае исключаются смесители, и на отводном патрубке вертлюга предусматривают штуцер для подсоединения шланга от вакуум-насоса.

Рнс. 11.9. Вертлюг для бу­рения скважин с эрлифтом при наружном расположе­нии воздушных трубок:

1 — корпус; 2 — отвод; 3 — ствол; 4 — подшипники; 5 — штуцер для подачи воздуха

Рис-. 11.10. Переходный вертлюг-воздухораспределитель: / — верхний фланец; 2 — центральная труба; 3-г-кррпус; 4 — воздушная камера: 5 — штуцер воздушной камеры; 6 — штуцер отводной V

С началом широкого внедрения бурения с обратной промыв­кой у нас в стране наряду с созданием, и использованием флан­цевого бурового инструмента начались работы по разработке других видов соединений. При использовании фланцевого соеди­нения в процессе — проведения спуско-подъемных операций тре­буется длительное время для каждого соединения или разъеди­нения (до 20—30 мин).

•Для бурения эрлифтным пульпоподъемником созданы кон­центрические сдвоенные буровые колонны с резьбовыми соеди­нениями. В ПНИИС изготовлен инструмент (рис. 11.12, а) из наружных 168X8 мм и внутренних пульпоподъемных 127Х Х4,5 мм труб, которые сваркой присоединены к буровым зам­кам со сквозными воздухопроводными каналами, обеспечиваю­щими прохождение воздуха по кольцевому пространству между наружными и внутренними трубами к смесителю. В смесителе установлены обратные шариковые клапаны для предупрежде­ния попадания в смеситель шлама при прекращении подачи воздуха. Кроме смесителя в каждой секции бурильных труб предусмотрено по одному маленькому отверстию с обратным клапаном, которое обеспечивает аэрацию пульпы по всей длине колонны.

Ведущая труба к этой бурильной колонне также состоит из двух труб, соединяемых в верхней части фланцем^ а в нижней— ниппелем замка,

Рис. 11.11. Буровой инструмент для бурения с использованием эрлифта с параллельным расположением воздушных трубок:

/—долото; 2 — переводник;. 3, 5 — ннжний и верх­ний смесители; 4 — бурильные трубы; б — ведущая труба; 7 — переходный вертлюг; 8 — вертлюг; 9 — отводной шланг; 10 — воздушный шланг

Для работы со сдвоенной колонной создан специальный вертлюг, позво­ляющий подводить воздух к межтруб — ному кольцевому пространству от компрессора. Аналогичный инстру­мент изготовлен Ульяновской ПМК «Россельхозводстроя» (рис. 11.12, б).

В. А. Керимовым разработаны ориги­нальные конструкции соединений бу­рильных труб (рис. 11.13). В Гипро — водхозе создан инструмент, в котором бурильные трубы соединяются с по­мощью накидных резьбовых муфт.

Все приведенные конструкции бу­рового инструмента, за исключением фланцевого, несмотря на наличие оп­ределенных преимуществ, позволяю­щих облегчить и сократить время на соединение и разъединение труб в про­цессе спуско-подъемных операций, в силу сложности изготовления и не­обходимости дальнейших усовершен­ствований — и длительных испытаний получили пока ограниченное распро­странение.

Широко применяют схему эрлифт — ного пульпоподъема с трубами для подачи воздуха, свободно спускае­мыми в бурильные трубы. Эту схему используют как с фланцевым соедине­нием бурильных труб, так и с резь­бовым.

Значительное количество скважин бурятся в суглинисто-песчаных разре­зах с незначительными прослойками глин без каких-либо круп­ных включений. В таких разрезах кольцевой канал для подъ­ема пульпы, образуемый в бурильной колонне в — результате спуска в нее труб для подачи воздуха, не представляет опасно­сти с точки зрения заклинивания кусков породы и сальникооб — разования; В новом варианте инструмента с центральными тру­бами исключено их развинчивание. Для этой дели центральную колонну труб присоединяют К специальному вертлюгу

Рис. 11.12. Сдвоенные бурильные колонны:

■а — конструкции ЦНИИСа: 1 — трубы диаметром 168 мм. -2 — трубы дйаметром 127 мм, 3— ниппель бурильного — замка, 4 — воздухопроводящий каиал, 5 —резиновые прокладко, 6—муфта бурильного замка, 7 — шарико­вый обратный клапан; 5 — конструкции Ульяновской ГХМК: / — замок бурильных труб (с внутренней резь­бой); 2 — каналы для прохода воздуха; 3 — замок бу­рильных труб (с наружной резьбой); 4 — кольцевые вы­точки для прохода воздуха в замковых соединениях; $ — труба внутренняя; 6 — труба наружная

Рнс. 11.13. Соединения бурильных труб:

а — коническое резьбовое: /— труба, 2 — воздушные патрубки, 3 и 4—замки с ко­нической резьбой, 5 и € — кольцевые и продольные воздушные каналы; 6 — быстрораэъемйые: / — труба, 2 — воздуш­ные патрубки, 3 — муфта, 4 — ниппель, 5 —фиксаторы пальцев; € — пальцы

Рис. 11.14. Специальны^ вертлюг: / — ствол; 2 — подшипники; 3 — корпус; 4-

штудер

А

Рис. 11.15. Буровой инструмент конструкции ППО «Востокбурвод»

Рис. 11.16. Типы долот

(рис. 11.14), устанавливаемому на отводном патрубке основного вертлюга. Это обеспечивает свободное проворачивание цен­тральных труб. Кроме того, в конструкции резьбовых соедине­ний центральных труб предусмотрено приспособление против их развинчивания.

Эффективно использование для такого инструмента легко­сплавных бурильных труб как замковой, так и беззамковой кон­струкции. В тресте «Промбурвод» бурильный инструмент с цен­тральными трубами применяют из беззамковых ЛБТ диаметром 146 мм, имеющих утолщенные наружные концы диаметром 178 мм, которые позволяют нарезать замковую соединительную резьбу 3-13?.-При толщине стенки 11 мм такие трубы имеют равнопроходное внутреннее сечение 124 мм. Центральные трубы изготовляют из легких сплавов, а также из стали. Такой инстру­мент прост в изготовлении, облегчает труд буровой бригады вследствие незначительной массы легкосплавных-труб и удоб­ства их развинчивания и свинчивания, так как на утолщен­ных концах, предусмотрены проточки под вилочные ключи и ключи-элева’Торы, обеспечивающие раскрепление и развинчи­вание труб_ротором.

Рис. 11.17. Лопастные долота:

/ — лопасть; 2 — патрубок; 3 — фланец; 4 — забурннк

Рис. 11.18. Рейсовые шнеки:

/—забурники; 2—лопасти шнека; 3 — корпус? 4—перевод­ник; 5 — отсекатель а — одноэаходный; 5 — двухзаходный;

Ведущую трубу к опйсайнбму инструменту с центральным^ трубами изготовляют из стальной трубы такого же диаметра, как и бурильные трубы, приваривая вдоль трубы с двух сторон полосы или швеллера.

Одно из очевидных преимуществ инструмента для обратной промывки из ЛБТ — его универсальность, так как при отсут­ствии необходимости бурить с обратной промывкой бурильные трубы применяются для бурения с прямой промывкой, для чего комплекту придаются необходимые переводники.

В. А. Керимовым совместно с проектно-конструкторской кон­торой ППО «Востокбурвод» разработан новый оригинальный буровой инструмент (рис. 11.15), включающий трубы 1 с быстро­разъемными соединениями, вертлюг 2, установленный над рото­ром, и рабочую трубу 3.

Конструкции долот для бурения с прямой и обратной про­мывкой существенно различаются, так как при обратной про­мывке обеспечиваются более эффективная очистка забоя и вы­нос частиц породы через отверстия долота и внутренний канал бурильной колонны. За рубежом в мягкИх и рыхлых породах применяют (рис. 11.16) эксцентричные (а), трехлопастные (б), крестообразные ромбические (в) долота, а при бурении в креп­ких и твердых породах — комбинированные шарошечные до­лота (г).

Во всех долотах (кроме шарошечных) диаметр промывоч­ного отверстия, через которое проходит промывочная жидкость с породой, равно внутреннему сечению буровой колонны.

В отечественной практике используют в основном ступенча­тые трехлопастные долота (рис. 11.17, а), в Черкасской гидро­геологической экспедиции применяют двухлопастные кониче­ские долота (рис. 11.17, б), в ПНИИСе — четырехлопастные.

В тресте «Промбурвод» при необходимости бурения твердых пропластков применяют стандартные шарошечные долота диа­метром 490 мм, в которых делают расширенное отверстие для прохождения пульпы с забоя. Для забуривания скважин «всу­хую» медленновращательным способом успешно применяет рей­совые шнековые забурники, выпускаемые трестом «Промбур­вод» (рис. 11.18)* Общая высота рейсовых шнеков не превы­шает 900 мм, что обеспечивает возможность присоединения их к ведущей трубе и освобождение от породы под ротором.

Рейсовые шнеки выпускают диаметрами 290, 490, 790 и 1200 мм.

Комментарии запрещены.