Ударное бурение

Частный дом или загородная дача должны обеспечиваться водой. Животворящая влага нужна для произрастания культурных растений, которые радуют взор буйным цветением и полноценным плодоношением.
Ударно канатное бурение скважин своими руками, при кажущемся грандиозным процессе – вполне реально для возможности добычи воды. Такую работу можно выполнить самостоятельно без применения тяжелой буровой техники.
В статье предлагается познакомиться, как происходит ударно канатный способ бурения скважин.

Какие имеются типы скважин на воду

Итак:

• Абиссинский (трубчатый) колодец строится глубиной 8 — 12 метров. От обычного колодца он отличается тем, что верховодка не попадает в питьевую воду. Сюда также не проникает грязь, пыль и разные чужеродные элементы.
• На песок скважина заглубляется от 15 до 30 метров с использованием шнекового способа. В этом случае устройство скважины на воду имеет вид трубы, на конце конструкции расположен участок с перфорацией.
  Он обмотан металлической сеткой, изготовленной из нержавеющей стали. Фильтр (перфорированный участок трубы) монтируется в крупнофракционных песках с примесью гальки.
  В небольшом загородном доме или даче потребность воды позволяет покрыть дебит скважины на песок с двумя точками водозабора. Подобные сооружения служат не более 5 лет при эксплуатации периодами и до 15 лет – при постоянной нагрузке.
  Промывку проводят после заиливания или рядом бурят новый ствол.


• От 15 до 200 метров, что зависит от залегания известняка, бурится артезианская. Ее сооружение позволяет обеспечить водой от одного до нескольких загородных домов.
  Срок эксплуатации до 50 лет. Скважина делается глубиной, которая зависит от места, где располагается водоносный горизонт.

Основные технологии бурения

На дачном или приусадебном участке скважину для воды можно пробурить одним из методов:

• Шнековым.
• Роторным.
• Ударно-канатным.

Друг от друга перечисленные технологии бурения отличаются в методах разрушения породы, происходящих внутри, и способах извлечения грунта из ствола конструкции.
В каждом варианте нужно использовать определенное оборудование, по-разному влияющее на качество бурения скважины. От этого зависит и конечная цена работ.

Ударно-канатный способ

Самый простой и доступный способ — бурение скважин ударно канатное.
Особенность его в том, что процесс можно производить без использования тяжелой спецтехники. Монтировать установку можно самостоятельно, в непродолжительные сроки.
Ударное бурение скважин своими руками — самый популярный метод бурения. Он позволяет вскрывать водоносные пласты прямо с поверхности.

На фото представлено ударно канатное бурение скважин. Технология такого способа известна еще с древних времен.
Такой процесс упоминается еще в трудах Конфуция.
Для того чтобы произвести бурение скважин нужно приобрести:

• Стакан для забивки.
• Трос.
• Лебедка и блок.
• Штанга.
• Установочный каркас.

Основной элемент установки — забивной стакан.
Его основные элементы:

• Отрезок из стальной трубы, который скошен вовнутрь и имеет внизу прочную режущую кромку.
• На верхней части забивного стакана расположена наковальня, по которой производятся удары штангой.

При работе с помощью лебедки осуществляется подъем и опускание забивного стакана.
Действие установки заключается в следующем:

• Порода, попадающая в стакан, за счет силы трения, удерживается в нем.
• Для проникновения в грунт как можно глубже берется ударная штанга, которую бросают на наковальню.
• При заполнении стакана грунтом он поднимается наверх,
• Очищается.
• Операции повторяются до момента достижения необходимой глубины.

Совет: Забивные стаканы лучше всего использовать на мягких, глинистых несыпучих почвах.

Как выполнить бурение скважины на сыпучем грунте

При наличии сыпучего грунта на участке нужно использовать желонку. Это стальная труба, внизу которой расположен задерживающий клапан.
При опускании желонка в почву, открывается клапан, внутрь трубы попадает грунт. При подъеме элемента клапан закрывается. Желонка, после извлечения, очищается, и процесс повторяется снова.

Совет: Чтобы предотвратить во время бурения обсыпание грунта нужно использовать обсадные трубы, которые забиваются при углублении. На первом элементе обсадной трубы должен располагаться расширительный башмак, имеющий форму конуса. Для беспрепятственного перемещения ствола стакана внутри его диаметр должен быть меньше диаметра обсадной трубы.

Как пробурить скважину в каменистом твердом грунте

Скважина в таком грунте создается с помощью долота. Измельчение твердой породы происходит под его ударами.
В дальнейшем она извлекается на поверхность желонкой.
На таком грунте при монтаже обсадных труб должен использоваться расширитель, что обеспечивает конструкции необходимый диаметр.
Забивка осуществляется в слой грунта, который расположен ниже уровня нахождения водоносного пласта. Затем откачивается скопившаяся жидкость и очищается дно скважины от смеси воды и грунта с помощью желонки.

Совет: При ударно-канатном бурении скважины с использованием забивного стакана нужно перед началом работ подсыпать грунт. Это позволит создать более вязкую массу и облегчить процесс бурения.

Большое значение имеет прочность троса. От его надежности зависит, сможет он выдержать нагрузку при заклинивании стакана для забивки. Хорошо подойдет стальной трос, диаметр его должен быть минимум 12 мм.

Совет: При сооружении скважины нужно строго контролировать ее вертикальность. При малейшем отклонении обсадные трубы не будут опускаться, и работу нельзя будет продолжать. Облегчает процесс бурения забивные стаканы длиной до двух метров.

Что нужно учитывать при установке обсадных труб

Для вырытой скважины требуется дополнительная обсадка. Ее можно выполнить цельной из асбоцементной трубы и отдельных отрезов из асбестовых труб.
Процесс работы с отрезами требует особого внимания к равному диаметру труб для того, чтобы обеспечить в дальнейшем свободное погружение всей конструкции. Все трубные звенья удерживаются от сползания и закрепляются скобами.
Эти элементы затем закрываются полосками, изготовленными из нержавеющей стали.

Скважина на воду может быть «обсажена» пластмассовыми или стальными трубами.
Инструкция указывает, что «обсадка» трубы нужна для:

• Предотвращения при бурении осыпания стенок.
• Исключения при эксплуатации засорения.
• Перекрытия водоносных верхних слоев, где плохая вода.

Труба с фильтром опускается на дно. Фильтр изготавливается из мелкой сетки, которая не пропускает песчинки и обеспечивает фильтрацию воды.
Труба, опущенная на нужную глубину, закрепляется хомутом. Это предотвратит самопроизвольное проседание.
Надземная часть конструкции, при правильном устройстве на воду скважины, укрывается кессоном или оголовком. Он защищает источник от загрязнения.
Выполнен в форме бака с люком, диаметр которого позволяет беспрепятственно проникать к водозаборной скважине.

Преимущества и недостатки ударно-канатного способа

К преимуществам относятся:

• Большой срок службы.
• Можно сооружать источники большого диаметра.
• Отсутствует риск попадания вредных примесей в воду при бурении.
• Осуществлять контроль водоносности горизонта и уровень воды в нем.
• Экономическая эффективность бурения зимой.

К недостаткам относятся:

• Ограниченная глубина пробивания скважин в местах сыпучих грунтов.
• При бурении скважин на большую глубину — низкая скорость прохождения пород.

Что такое пневмоударное бурение

Бурение с применением пневмоударника, как рабочего органа — пневмоударное бурение.

этом случае забойный двигатель погружается в скважину и работает агрегат от энергии, вырабатываемой сжатым воздухом.
Погружным пневмоударником можно бурить скважины различного назначения на открытых горных породах высокой и средней крепости диаметром от 110 до 152 мм. Это могут быть и абразивные, разрушенные и трещиноватые грунты, которые можно бурить на глубину от 30 до 150 метров, что зависит от рабочего давления энергоносителя, создаваемого на выходе в пневмоударник, который вместе с буровой коронкой составляет рабочий орган буровой машины.
Это — пневматическое ударное устройство с беззолотниковой системой воздухораспределения, имеющий центральный подвод в рабочие камеры цилиндра сжатого воздуха и центральным выхлопом ранее отработанного воздуха посредством канала бурового инструмента на забой скважины.
Основные достоинства, которые имеет пневмоударное бурение скважин:

• Легкое забуривание.
• Нет заклинивания при бурении по трещиноватым и разрушенным породам буровых коронок.
• Эффективная очистка от шлама забоя.
• Удобная и быстрая замена инструмента.
• Пневмоударники обладают высокой стойкостью и большой производительностью бурения.

С применением стационарных буровых установок производят бурение пневмоударное глубоких скважин, а для взрывных используют лёгкие, средние и тяжёлые буровые станки. Для станков сжатый воздух подаётся от стационарных или передвижных компрессоров.
Пыль, которая образуюется при бурении, подавляется пылеулавливающими установками или воздушно-водяной смесью.
Как производится бурение ударно канатным способом скважин хорошо видно на видео. В этой статье рассматриваются лишь некоторые рекомендации по сооружению скважин.

moikolodets.ru

Ударное бурение скважин предполагает производство работ по сооружению скважин глубиной до 250 м. на полное сечение, сплошным забоем. Начальный диаметр скважины при ударном бурении составляет 300, а конечный 150 мм. Назначение скважин со сплошним забоем – водоснабжение, детальная разведка каменных материалов, инженерно-геологические исследования, устройство набивных свай и т. п.

Существует три разновидности ударного способа бурения:
– ударно-канатный способ бурения,
– ударно-штанговый способ бурения,
– ударно-вращательный способ бурения.

Ударно канатное бурение скважин, предполагает сбрасывание на забой скважины бурового снаряда массой до 3 тонн с высоты более 1 метра; снаряд при этом развивает значительную силу удара.

Схема установки ударно канатного бурения:

1 — долото; 2 — ударная штанга; 3 — опорный блок; 4— подвижный захват; 5 — барабан лебедки для каната; 6 — барабан для веревки; 7 — электродвигатель; 8 — редуктор; 9 — канат; 10 — веревка.

Принцип работы бурового станка для ударно-канатного бурения. Закрепленный на барабане лебеди канат, перебрасывается через опорный блок станка. На нем закрепляется снаряд, состоящий из ударной штанги, канатного замка и долота. В процессе бурения, производятся периодические подъемы и сбрасывания снаряда. В скважину постоянно заливается вода, для образования с тонкоизмельченной породой шлама. Шлам должен периодически вычерпываться желонкой с клапаном на нижнем конце. Производительность станков ударно-канатного бурения достигате 30 м за смену.

Ударно штанговое бурение применяется, при необходимости обеспечения минимального вертикального отклонения оси скважины. Снаряд опускается в скважину на колонне бурильных штангах, соединеняемых между собой замками с конической резьбой.

Ударно вращательное бурение предполагает использование двух независимых механизмов, вращателя – для вращения, и пневмоударника – для создания ударных нагрузок. Таким способом проходят скважины до 30 м в крепких породах.

Пневмоударник – это пневматический молот. Принцип его работы основан в движении возвратно-поступательного поршня со штоком, наносящего своим бойком удары по хвостовику коронки. которая при этом передвигается вдоль оси пневмоударника до 20 мм. Передача воздуха к пневмоударнику осуществляется по колонне буровых штанг. Буровой станок во время работы пневмоударника должен вращать колонну буровых штанг с пневмоударников. Оптимальная частота вращения 1 оборот за 25 минут.

Посетите интернет-магазин люстр в Петербурге (СПб) и выбирайте лучшие осветительные приборы по доступным ценам. Это один из старейших питерских интернет-магазинов с самым широким ассортиментом.

vseoburenii.com

1 Назначение и краткое описание технологии

Интересно, что этот способ бурения использовался еще в древние времена. Первые упоминания о ней с легкостью можно найти даже в трудах самого Конфуция. Но сегодня, чтобы начать работать, нужно иметь немного различных приспособлений. В этом случае вам понадобится такой инструмент:

• лебедка и блок;
• буровая штанга;
• забивной стакан;
• каркас установки;
• трос.

Данная технология предполагает, что основной инструмент – это забивной стакан, который представляет собой своеобразный отрезок трубы, сделанной из стали. Она скошена вовнутрь и имеет снизу режущую кромку, которая отличается очень высокими показателями прочности. У забивного стакана сверху есть так называемая наковальня, по которой штангой производятся удары.

Лебедка выполняет функцию опускания и подъема забивного стакана. Порода, попадающая в стакан, за счет силы трения удерживается в нем. Ударная штанга используется для того, чтобы максимально глубоко проникнуть в грунт, поэтому её с силой бросают на наковальню. После того, как стакан полностью заполнится грунтом, его поднимают наверх и тщательно очищают.

Такой процесс повторяется до тех пор, пока скважина будет иметь необходимую глубину. Как можно понять, данная технология не сложная, поэтому буровая установка своими руками – это реальная возможность сэкономить достаточно много денежных средств.
к меню ↑

1.1 Плюсы и минусы

Естественно, что ударно канатное бурение скважин имеет ряд как положительных, так и отрицательных сторон, поэтому постараемся в них разобраться.

Этот метод бурения имеет такие достоинства:

1. Во время бурения можно взять раздельные образцы (пробы) из водоносного слоя грунта.
2. Возможность осуществления бурильных скважинных работ во время больших начальных диаметров, которые могут достигать 500-та миллиметров и более.
3. Можно создавать скважины в самые короткие сроки, то есть сразу после того, как завершатся бурильные работы.
4. Водоносные горизонты благодаря использованию на практике этой техники, не засоряются, сохраняют такой же вид, как и до того, когда начинает использоваться буровая установка.
5. Возможность успешного проведения бурильных работ в так называемых галечниково-валунных прослойках. Кроме того в породах, которые легко впитывают различные промывочные жидкости.
6. Не нужно обеспечивать установку водой и раствором из глины, поэтому инструмент не так сильно засоряется.
7. Гарантия того, что будет произведено качественное и быстрое вскрытие с дальнейшим опробованием водоносного пласта.

Как видно, эта технология имеет много больших плюсов, поэтому стоит задуматься над тем, как сделанная своими руками буровая установка сослужит вам хорошую службу.

Теперь можно перейти к немногочисленным минусам, которые имеет этот способ бурения:

1. Осуществление исключительно вертикального бурения.
2. Во время создания глубоких скважин могут возникнуть определенные проблемы.
3. В некоторых грунтах песчаного типа бурить таким способом вообще невозможно (здесь даже специальный инструмент не поможет).
4. К самому большому недостатку относят низкую скорость бурения.

к меню ↑

1.2 Применяемое оборудование

Теперь стоит немного остановиться над тем, какой нужен инструмент, когда применяется ударно-канатный метод для бурения, тем более, если есть желание сделать скважину своими руками. Долото (обычно применяют долото PDC) – это главный рабочий инструмент, который выполняет функцию разрушения породы. Для того, чтобы извлечь разрушенную породу на поверхность используется так называемая буровая желонка. Ножницы являются составным элементом бурового снаряда, штанга нужна для ударов. Кроме того, требуется канатный замок, и, конечно, канат.

Установку и сборку бурового снаряда производят со вспомогательным инструментом. Сюда входят разнообразные ключи, в том числе гаечные и рожковые, отвертки и затяжные трещотки. Кроме того, эта технология требует использования специального оборудования, которое нужно для работы с обсадными трубами – хомуты, снаряды, забивные головки и башмак.

Если говорить о перечне, то буровые станки для осуществления качественных работ с применением ударно-канатного способа бывают различных типов (если сравнивать с роторным способом). Но многие специалисты советуют использовать комбинированный способ бурения, когда роторная технология сочетается с обратной промывкой и ударно-канатным способом.

Чаще всего, комбинированный метод используется в США. Они удачно сочетают ударно-канатный и вращательный способ осуществления бурильных работ, а также можно производить обратную промывку. Важно помнить, что цена комбинированных устройств намного больше стоимости стандартных простых бурильных конструкций, поэтому для того, чтобы быстрее окупить это оборудование нужно выполнять очень большие объемы работ.

Именно по этой причине небольшие компании их не применяют. Но если вы хотите сделать скважину своими руками, то такой способ может заинтересовать.
к меню ↑

1.3 Особенности проведения работ (видео)

к меню ↑

2 Этапы работы

Важно помнить, что бурение с применением забивных стаканов чаще всего используют во время работы на не сыпучих и сравнительно мягких породах. Поэтому на сыпучих грунтах использование данной разновидности бурения не рекомендуют.

Причина проста – в сыпучих породах частицы имеют недостаточную силу связи друг с другом, из-за чего для того, чтобы удержаться внутри корпуса забивного стакана им попросту не хватает силы трения, поэтому он во время выхода из забоя стает пустым, а сыпучий грунт забивает тело скважины.

Здесь может помочь только желонка, которая применяется при бурении скважины на сыпучих грунтах. В нижней части конструкции желонка есть специальный клапан, открывающийся во время врезания желонка в породу, в результате чего открывается свободное продвижение для сыпучего вещества.

Когда желонку поднимают наверх, клапан под весом захваченной породы в свою очередь закрывается и таким образом возникает препятствие для высыпания грунта. После того, как желонка поднимается на поверхность и освобождается от породы, процесс повторяется по новому кругу.

Если вы начали бурить скважину с помощью ударно-канатного способа на каменистых и твердых породах, то лучше всего использовать специальное буровое долото, которое выполняет функцию желонка или забивного стакана. Именно ударное действие долота гарантирует разрушение каменистых и твердых грунтов, они быстро измельчаются и превращаются в достаточно мелкие частицы. С применением желонки они в дальнейшем без проблем извлекаются наверх со дна новой скважины.

Очень важно во время осуществления бурения ударно-канатным методом придерживаться основных этапов работы. Самым главным этапом является сборка и точная установка конструкции в требуемом месте. Если все сделать правильно, особенно своими руками, то никаких трудностей во время создания новой скважины возникнуть не должно.

Если вы начали бурить на сыпучем грунте, или на породах с его прослойками, то нужно следить, чтобы скважина не засыпалась грунтом. В этом случае нужно внутрь скважины установить специальные стальные обсадные трубы. Здесь важно, чтобы первой отрезок используемой трубы был с небольшим расширительным конусным башмаком.

Обсадные трубы при этом должны иметь больший диаметр, чем диаметр самого забивного стакана. Это даст возможность последнему свободно перемещаться в скважине. Интересно, что во время опускания обсадных труб в скважину своими руками, которое осуществляется с помощью не очень сильных ударов или просто под собственным весом, из-за своего большего диаметра они попросту срезают часть грунта со стенок скважины.

Стоит помнить, что использование ударно-канатного способа бурения можно значительно облегчить, так как все требуемые в этом случае детали вполне реально изготовить самостоятельно, еще и в домашних условиях. Специальные глубокие познания в этой сфере вам не потребуются, главное – это иметь желание.

byreniepro.ru

УДАРНОЕ БУРЕНИЕ (а. percussive drilling; н. Stoßbohren, Schlagbohren; ф. forage par battage, forage par percussion, burinage; и. perforacion por percusion, sondeo por percusion, taladrado por percusion) — способ бурения, при котором разрушение породы происходит под действием ударов падающего на забой скважины бурового снаряда либо ударов по снаряду, стоящему на забое. Используется в основном в мягких и рыхлых отложениях с обломочными включениями, а также скальных породах до глубины 100 и более метров. Разрушение пород носит характер дробления, раздавливания и рыхления. Бурение осуществляется сплошным или кольцевым забоем.

После нанесения очередного удара инструмент отрывается от забоя либо постоянно контактирует с ним (забивание). Для спуска бурового снаряда используются канат или штанги (ударно-канатное и ударно-штанговое бурение) и специальные двойные концентрические трубы. В узком смысле под ударным бурением понимают только ударно-канатное бурение, получившее в практике наибольшее распространение. Разрушение породы при ударно-канатном бурении сплошным забоем осуществляется снарядом, включающим долота различных типов, ударные штанги, яссы (ножницы) и канатный замок, в котором закреплён конец инструментального каната. Для бурения в мягких породах используют плоские долота с клинообразным (иногда сменным) лезвием, в вязких породах — двутавровые, в твёрдых трещиноватых — крестовые, в валунах — пирамидальные. Разрушение достигается сбрасыванием снаряда массой 500-2500 кг с высоты 300-1000 мм с частотой 45-60 уд/мин. В момент подъёма снаряда под действием упругости каната происходит его поворот на 20-50°, что обеспечивает обработку всей площади забоя. Для подъёма и сбрасывания ударного снаряда используется ударный механизм (качающаяся рама с приводом от кривошипно-шатунного механизма, эксцентричный ролик, система гидроцилиндров). В сухих скважинах на забой периодически подливают воду. После разрушения участка скважины определённой длины (0,2-0,6 м) продукты разрушения извлекаются с забоя посредством обычной или поршневой желонки, которая в песках и галечниках применяется также и для бурения (забивания в породу).

Ударно-канатное бурение сплошным забоем используется для сооружения скважин на воду и при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых в наиболее сложных геолого-технических условиях (рыхлых породах с большим содержанием гравийно-галечных отложений и валунов), водопонизительных скважин для осушения карьеров, а также при взрывных и строительных работах. Глубина скважин в основном 50-100 м, реже до 300 м, диаметры 150-850 мм.

Ударно-канатное бурение кольцевым забоем осуществляется посредством грунтоносов (забивных стаканов, иногда разъёмных), сбрасываемых на забой и внедряющихся в породу на 0,1-0,2 м либо забиваемых бойком с ударной штангой с частотой 40-50 уд/мин. Масса ударной части снаряда 100-500 кг, интервал углубления без отрыва стакана от забоя 0,2-0,6 м (за один удар в песках 0,3-0,4 см, глинах 0,8-1,2 см, супесях и суглинках 1,5-2 см). Применяются также установки, в которых для сбрасывания ударного снаряда используется эксцентриковый механизм свободного сброса или лебёдка. Бурение кольцевым забоем используется в мягких и рыхлых породах на глубине до 15-30 м инструментом диаметром 73-273 мм при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях, поисках и разведке россыпных месторождений, нерудных строительных материалов и других полезных ископаемых

При ударном бурении двойными концентрическими бурильными трубами их забивают дизельным молотом или другим источником ударных импульсов. Для разрушения породы служит кольцевой башмак с твердосплавными резцами. В кольцевой зазор между наружной и внутренней трубами подаётся сжатый воздух, который поднимается по центральному каналу и транспортирует с забоя разрушенную породу. Этот способ применяется за рубежом для бурения скважин диаметром 140-500 мм на глубине 15-30, реже до 100 м при разведке россыпей и строительных работах (в осадочных породах с большим содержанием обломочного материала). Энергия удара до 10-12 кДж, частота 90-100 уд/мин. Скорость бурения в несколько раз превышает скорость ударно-канатного бурения, достигая 5-30 м/ч при углублении 5-6 мм за удар.

www.mining-enc.ru

Ударный способ бурения в зависимости от способа отбора керна подразделяют на: ударный сплошным забоем, клюющий кольцевым забоем и ударно-забивной или просто забивной кольцевымзабоем.

Ударное бурение сплошным забоемзаключается в разру­шении пород забоя долотами, удалении продуктов разруше­ния желонками и получении образцов пород в виде шлама. Ударное бурение сплошным забоем на море переходят только при необходи­мости разрушения встречающихся валунов и крепких по­род.

Клюющий способ бурения заключается в том, что буровой снаряд, включающий жестко соединенные между собой керноприемный стакан и утяжеленную трубу, сбрасывают на забой с некоторой высоты; стакан углубляется в породу, за­тем снаряд поднимают на поверхность для отбора керна из стакана. Величина углубления стакана в породы в рейсе зави­сит от энергии удара снаряда о забой. При бурении этим способом на море достичь значений энергии удара, достаточ­ных для погружения стакана в породы на глубину хотя бы 0,1—0,2 м, трудно, так как буровой снаряд движется в сква­жине, заполненной водой, и испытывает большие гидравли­ческие сопротивления движению. Поэтому на море этот спо­соб бурения не применяют.

Основной разновидностью ударного бурения в рыхлых породах на море является забивной способ, обеспечивающий получение образцов пород в виде керна. Отбор керна при этом осуществляется нанесением ударов по трубчатому керноприемнику, снабженному упроченным кольцевым башма­ком, который выполняет роль породоразрушающего инстру­мента. Выход керна при отборе его из обсадной колонны забивными керноприемниками примерно такой же, как и при отборе, его вдавливаемыми грунтоносами.

Таким образом, наибольший выход керна рыхлых пород на море имеет место при вдавливающем способе бурения со скоростью погружения обсадных труб и грунтоносов в породы менее 0,02 м/с и всего на 3—4 % меньше при забивном способе со скоростью погружения обсадных труб и забивных керноприемных снарядов в породы более 0,16 м/с.

Однако ударно-забивной способ позволяет бурить разве­дочные скважины любых необходимых диаметров в рыхлых, крепких и перемежающейся крепости породах. Бурение вдавливанием экономически оправдано только диаметром до 0,108 м и только в рыхлых отложениях без включения гальки и валунов и поэтому не вполне отвечает обобщенным ГМТ, предъявляемым к бурению разведочных скважин.

При бурении многих видов разведочных скважин требует­ся внедрение в коренные породы (структурные, разведочные на россыпи, уголь и т.д.). Выбуривание керна из таких пород возможно только вращательным способом. Это единствен­ный способ производительного бурения, обеспечивающий получение качественного керна в твердых и крепких поро­дах. Во многих условиях вращательный способ является не­заменимым при инженерно-геологических изысканиях, так как позволяет получать колонки керна мягких и твердых по­род без существенного искажения их природных физико-механических свойств.

Рис.17-Последовательность выполнения операций в рейсе при погружении колонны обсадных труб в породы и отборе керна из них новыми конструкциями забивного снаряда и забивного керноприемника: а – погружение в породы обсадной колонны; б – сбрасывание керноприемного стакана на забой скважины; в – спуск в скважину ударной штанги и погружение стакана в породы; г – извлечение штанги из скважины и настройка ловителя на захват стакана; д – спуск ударной штанги с ловителем в скважину, захват стакана и подъем их на поверхность; 1 – обсадная колонна труб; 2 – забивной снаряд; 3 – стакан керноприемный; 4 – ударная штанга; 5 – заблокированный ловитель.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Для чего предназначен ПУО?

2.Какие типы ПУО вы знаете?

 

 

 

 

poznayka.org

Использование ударного воздействия для внедрения бурового инструмента и разрушения породы на забое скважины применяется 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 применяется только в мягких породах. Инструмент для такого бурения обычно называется «стакан».

В литературе встречаются различные названия этого варианта бурения – «ударное бурение кольцевым забоем», «ударное бурение стаканами», «ударное бурение грунтов». Примем термин «ударное бурение грунтов».

Другая разновидность ударного бурения заключается в разрушение породы по всему забою с последующим извлечением разрушенной породы специальным инструментом, является универсальной, применяется в любых породах и носит традиционное название «ударно-канатное бурение».

 

Ударное бурение грунтов

 

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

При любом ударном бурении для разрушения или уплотнения породы на забое используется кинетическая энергия движущейся массы. При этом реализация этой энергии (удар) может осуществляться непосредственно на породу забоя, либо посредством промежуточного инструмента. В соответствии со способом передачи энергии удара этот вид бурения подразделяется на два варианта: бурение «клюющим способом» и бурение забивными стаканами (рис.8.1).

 

 

Рис. 8.1. Схемы ударного бурения грунтов

 

а – клюющий способ,

б – забивной способ

 

При «клюющем» бурении стакан с утяжелителем на канате сбрасывается с достаточно большой высоты на забой скважины, внедряется в породу на глубину 2-20 см. и поднимается на поверхность для извлечения образца. Затем операция повторяется.

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

При «клюющем» варианте бурения запас кинетической энергии падающего стакана непосредственно реализуется для внедрения инструмента в породу. Из закона сохранения энергии можно вывести зависимость глубины погружения стакана при одиночном сбрасывании

 

, (8.1)

 

где m-масса стакана с утяжелителем; V₀-скорость стакана в момент касания забоя; -сумма сопротивления со стороны грунта (лобовое сопротивление и боковое трение); mg-вес снаряда.

Учитывая, что скорость падающего груза пропорциональна высоте сбрасывания – H, т.е. V₀=α , где α-коэффициент, учитывающий сопротивления воздуха и стенок скважины, и обозначив α² через k, получим зависимость

 

(8.2)

 

Поскольку силы сопротивления внедрению намного больше силы тяжести – mg, можно считать, что глубина внедрения стакана прямо пропорциональна его массе и высоте сбрасывания.

Технология ударного бурения клюющим способом сводится к выбору массы инструмента и высоты сбрасывания. Масса стакана с утяжелителем желательна максимально возможной и выбирается из удобства работы с ним и возможности использования легкого бурового оборудования. Практически рекомендуется использовать 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 большое увеличение высоты сбрасывания становится нерациональным. Из опыта рекомендуется принимать высоту сбрасывания в пределах 3-8 метров. Таким образом, величина углубки стакана за один сброс и производительность бурения зависит, главным образом, от свойств пород и составляет обычно от 5 до 20 см.

 

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

 

При ударно-забивном варианте бурения, в отличие от клюющего, углубка стакана происходит под воздействием серии ударов, наносимых активной массой-m₁ по головке стакана (пассивной массе-m₂). В этом случае величина погружения стакана за один удар зависит от величин активной и пассивной масс, их соотношения и от скорости, приобретаемой пассивной массой в момент удара-V₂, а также от сил сопротивления и веса снаряда и определяется выражением

 

(8.3)

 

Анализ теории и опытные данные показывают, что наиболее эффективно происходит внедрение стакана при примерном равенстве активной и пассивной масс, т.е. желательно чтобы m₁»m₂, 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 к технологическим параметрам добавляется ещё частота ударов ударника, которая составляет обычно 20-25 ударов в минуту (при наличии ударного механизма до 40), и глубина забивки стакана за один спуск (рейс). Углубка за рейс выбирается 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 внедрения стакана. Обычно рекомендуется углубка за рейс в пределах 0,2-0,6 м, хотя в отдельных благоприятных случаях она может достигать 1,0 и даже 1,5 метра.

Выбор того или иного варианта ударного бурения грунтов зависит от свойств пород, требования к качеству образцов и глубины скважины. Наиболее важно сохранить свойства образцов при бурении в рыхлых, слабых породах. Более высокое качество образцов в этом случае даёт «клюющий» способ. В рыхлых грунтах он будет и более производительным, имея углубку за рейс 15-20 см. Надо учитывать, что с увеличением глубины скважины производительность «клюющего» способа бурения будет заметно снижаться за счет возрастания затрат времени на подъём 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, выделяется две основные группы технических средств: буровой инструмент и буровое оборудование.

Буровой инструмент для ударного бурения грунтов содержит: стаканы, утяжелители, забивные патроны, желонки.

Стакан – отрезок трубы, имеющий на нижнем конце заострённую режущую кромку, а на верхнем – резьбу для присоединения утяжелителя или ударного патрона. В зависимости от условий бурения применяются 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, заклёпками или сваркой. При бурении рыхлых грунтов применяются башмаки с внутренним скосом, что позволяет за счет некоторого уплотнения породы удерживать образец в стакане при подъёме его из скважины. В плотных грунтах надо применять башмак с наружным скосом, чтобы предотвратить преждевременное уплотнение породы внутри стакана, что приводит к образованию «пробки» и прекращению углубки. При бурении несвязных грунтов применяют стаканы с клапаном или желонки.

Наиболее трудоёмкой 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 надёжны, однако, извлечение образца из них весьма трудоёмко и при извлечении нарушается качество образца. Этих недостатков лишены стаканы с разъёмным корпусом, ещё лучше, когда в разъёмном корпусе размещается бумажная или полимерная гильза. 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 вставляется неподвижный штырь, стакан натяжением каната перемещается вверх и поршень аккуратно выдавливает образец.

Утяжелитель или ударная штанга присоединяется к стакану при клюющем способе и представляет собой 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 присоединяется забивной патрон (рис. 8.4 б), состоящий из корпуса, наковальни и бойка с серьгой для каната.

 

 

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 (1 – разъемный корпус 2 – керноприемная гильза), ж-поршневой стакан (1-поршень, 2-отверстие в поршне для штыря, 3-фиксатор поршня, 4- пазы в корпусе стакана

 

Стаканы обычно изготавливаются 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 метра.

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 осуществляется подъёмом и сбрасыванием стакана с лебедки станка при ручном управлении лебедкой. Наиболее характерные установки для ударного бурения грунтов: УПБ-15М (рис. 8.5), УБП-15М-гидропроекта, БУКС-ЛГТ – Ленгипротранса. Основные данные этих установок приведены в табл.8.2.

Из универсальных установок, предназначенных для различных видов бурения, для ударного бурения грунтов могут использоваться БУЛИЗ-15, УБР-2М, БУГ-100 и некоторые другие.

 

Таблица 8.2. Характеристика установок для ударного бурения

 

Параметры	Д-5-25	УБП-15М	БУКС-ЛГТ
Глубина бурения, м
Диаметр скважин, мм
Высота мачты, м	4,0	5,6	5,0
Масса, кг

 

 

а б

Рис. 8.4. Ударная штанга

а – утяжелитель,

б – забивной патрон для ударного бурения грунтов

 

 

 

 

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

1-каток; 2-стопор шнековый;

3-анкер; 4-лебедка ручная; 5-рама;

6-двигатель; 7-бензобак; 8 -вспомогательный канат; 9-канат; 10-молот; 11-мачта; 12-центратор;

13-направляющий ролик; 14-лебедка; 15-редуктор; 16-задняя опора; 17-ящик для инстумента

 

 

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

 

Термин ударно-канатное бурение в отличие от ударного бурения грунтов, т.е. кольцевым забоем, применяется к классической разновидности ударного бурения, когда порода разрушается по всей площади забоя долотом, а затем разрушенная порода извлекается из скважины другим инструментом – желонкой. Хотя объёмы и области применения ударно-канатного бурения постепенно сокращаются, оно имеет ещё довольно широкое применение при разведке россыпей, бурении гидрогеологических и водозаборных скважин и небольшое применение при разведке стройматериалов и бурении специальных скважин.

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

Достоинствами ударно-канатного бурения является высокое качество (не загрязненность) 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 выделяется четыре группы бурового инструмента: 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 используется буровой снаряд, состоящий из четырех элементов: долото, ударная штанга, раздвижная штанга и канатный замок (рис. 8.6). В отдельных случаях при бурении неглубоких скважин в мягких породах в снаряд можно не включать раздвижную штангу, а иногда и канатный замок.

Долота (рис.8.7) изготовляются 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 применяется в различных породах, в соответствии с породами используются и разные типы долот.

 

Рис. 8.6. Буровой снаряд для ударно-канатного бурения

1 – долото, 2 – ударная штанга, 3 – раздвижная штанга, 4 – канатный замок

 

 

В мягких породах применяется плоское долото с углом приострения лезвия 70-90° (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 (рис. 8.7 б), в твердых породах и при встрече валунов в мягких породах применяется округляющее долото, оно имеет широкие ребра и вогнутое лезвие с углом приострения 110-130° (рис. 8.7 в) и отличается массивностью, в трещиноватых породах во избежание заклинивания долота и при встрече одиночных валунов во избежание искривления скважины надо применять крестовое долото (рис. 8.7 г). Размеры долот выбирают в зависимости от диаметра скважины и с учетом получения оптимального веса снаряда. Крайние значения параметров долот приведены в табл. 8.3.

Таблица 8.3. Предельные значения основных параметров долот

 

Параметры	от	до
Длина лезвия долота, мм
Длина долота, мм
Масса долота, кг

 

Рис. 8.7. Долота для ударно-канатного бурения

а – плоское, б – двутавровое,

в – округляющее, г – крестовое

 

 

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. На корпус для обеспечения жесткости и прочности лезвия насаживается на гладкие шпильки 3, которые воспринимают тангенциальные нагрузки. Крепление лезвия к корпусу производится центровой шпилькой 4, один конец которой ввинчен в лезвие, другой притянут гайкой 5,опирающейся на шайбу 6. Самоотвинчивание гайки предотвращают штифты 7, вставленные в зазоры между стенкой окна корпуса и ее лысками на поверхности.

Крепление различных типов лезвий к корпусу долота идентично, это и создает возможность при их смене получать долото различного назначения.

Ударная штанга предназначена для увеличения и регулирования массы бурового снаряда. Она представляет собой круглый сплошной стальной стержень с резьбовыми концами. Ударная штанга может быть гладкой или с высаженными концами (рис. 6). Длина ударных штанг для удобства подбора рациональной массы снаряда может быть 2, 4 и 6 метров, 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, а включается она в снаряд с профилактической целью на случай заклинивания или прихвата долота. В таких случаях раздвижная штанга позволяет выбивать заклиненный снаряд.

 

Рис. 8.8. Долото со сменными лезвиями

 

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

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 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 подъёме снаряда под действием натяжения и обратного закручивания каната. Для облегчения поворачивания втулки между ней и корпусом устанавливается бронзовая шайба, а в корпусе делаются боковые отверстия для проникновения жидкости, снижающей трение.

 

 

Рис. 8.9. Канатный замок с поворотным устройством

1 – корпус замка, 2 – втулка, 3 – шайба

 

При ударно-канатном бурении для удаления разрушенной породы, а при проходке несвязных рыхлых пород и для непосредственного бурения, применяются желонки.

Желонка представляет собой отрезок трубы, снабженный на нижнем конце башмаком с заостренной кромкой и клапаном, и с резьбой или серьгой на верхнем конце. Желонки в зависимости от условий бурения различаются размерами и конструкцией клапана, в отдельных случаях применяются поршневые желонки (рис.8.10).

 

Рис.8.10. Желонки для ударно-канатного бурения

 

а – с плоским клапаном, б – с двустворчатым клапаном,

в – с полусферическим клапаном и копьем, г – поршневая желонка

 

Для бурения плывучих песков и для чистки скважины при проходке скальных пород применяются 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 применяется двустворчатый клапан с ножом, в валунно-галечных отложениях успешно применяются желонки с двустворчатым клапаном типа «ангара». В продуктивной зоне россыпных месторождений, где требуется особо тщательное опробование, применяют поршневые желонки.

Для опоражнивания желонок на поверхности их либо переворачивают, либо ставят клапаном на специальный металлический колышек, легче всего опоражнивается желонка с клапаном с языком, которую достаточно поставить языком на землю, и клапан сам открывается.

Основные размеры желонок по длине от 3200 до 6200 мм, диаметры от 120 до 530 мм, масса от 85 до 800 кг.

Стальные канаты при ударно – канатном бурении применяются непосредственно при проходке ствола скважины, для работы с желонками при чистке скважины, при операциях с обсадными трубами, а также для укрепления мачты. Такое широкое применение стальных канатов при бурении скважин ударно – канатным способом требует его правильного выбора и обслуживания.

Канаты изготавливают 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 наибольшее распространение получили шестипрядные канаты двойной свивки следующих конструкций 6×19+10С, 6×37+10С, где 6 – число прядей; 19, 37 – число проволок в каждой пряди и один органический сердечник (рис. 8.11).

 

 

Рис. 8.11. Стальные канаты

а – поперечное сечение каната, 1 – проволоки, 2 – пряди, 3 – органический сердечник; б – характер и направление свивки каната, I – канат прямой левой свивки, II – канат крестовой левой свивки, III – канат прямой правой свивки, IV – канат крестовой правой свивки

 

 

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 определяется 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 – канатного 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 принимаются 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 Q бурового снаряда или желонки со шламом, т. е.

 

Р_раз=12Q, здесь (8.4)

 

Q=k (Q_ин+q_к·ℓ_к), (8.5)

 

где k= 1,2 – 1,3 и 1,5 – 2,0 коэффициент, учитывающий прихваты соответственно бурового снаряда и желонки; Q_ин – вес бурового снаряда (желонки), Н; q_к – вес 1м каната, Н; ℓ_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 σ_Z (МПа) рассчитывается по формуле

σ_Z= σ_р + σ_из= , (8.6)

 

где σ_р и σ_из – предел прочности материала, соответственно, при растяжении и изгибе, МПа; F – площадь всех проволок в канате, м²; с=0,35 – 0,75 – коэффициент, учитывающий напряжение кручения в проволоках, трение между проволоками и условия работы каната; Е=2,1×10⁵ МПа – модуль продольной упругости материала каната; D_ш – диаметр шкивов (роликов) ударного механизма и кронблока, м; d_n –диаметр проволоки, м.

После определения суммарных напряжений находится действительный запас прочности каната по формуле

, (8.7)

 

где К_q – действительный запас прочности каната; σ_в – 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 зависит 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 запрещается эксплуатация канатов: с одной оборванной или вдавленной прядью, при числе оборванных проволок 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 применяются для закрепления и изоляции уже пробуренного интервала скважины или для перекрытия ствола в неустойчивых породах одновременно с углубкой, 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 погружаются в скважину принудительно путем забивания, поэтому они выполняются из стали и являются толстостенными. Длина одной трубы может быть от 2 до 12 метров. 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 соединяются сваркой их торцов непосредственно при спуске в скважину. Обсадные трубы ударно-канатного бурения те же, что и трубы вращательного бурения водозаборных и нефтегазовых скважин. Они выпускаются в большом диапазоне размеров с наружным диаметром от 114 до 508 мм. Наиболее характерные размеры обсадных труб приведены в табл. 8.4.

 

 

Таблица 8.4. Размеры наиболее используемых обсадных труб

 

Размер, дюйм	Наружный диаметр, мм	Диаметр муфты, мм	Толщина стенки, мм	Масса 1м/кг	Тип соединения
6”					Труба в трубу
8”					Труба в трубу и муфтовое
10”
12”

 

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

При сборке бурового снаряда могут использоваться резьбовые переводники, предназначенные для соединения инструментов, имеющих разные конусные резьбы, ключи инструментальные, трещетка затяжная. Ввиду того, что при свинчивании буровых инструментов на рукоятку ключа прилагаются большие усилия (до 30 кН), инструментальные ключи изготовляются массивными с большим плечом. Трещотка затяжная позволяет получить усилие на плече ключа до 3 тонн, состоит из дугообразной зубчатой рейки, неподвижного упора и подвижного башмака с рычагом.

Для работы (погружение, извлечение) с обсадными трубами применяются 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 называется любая поломка 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 соответственно для ловли и захвата оборванного каната, отвернувшихся или обломанных частей снаряда, освобождение и извлечение прихваченного снаряда. В последнем случае часто бывает необходимо обрубить канат от прихваченного снаряда. Аварийный инструмент для этих случаев представлен: ершами однорогим и двурогим (вилкообразным), ловильником, 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 ясен из рис. 8.12.

 

Оборудование для ударно-канатного бурения

 

Для ударно-канатного бурения применяется 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 выпускается две группы станков ударно-канатного бурения: станки УГБ (установка гидрогеологического бурения) – УГБ-ЗУК (УКС-22М) и УГБ-4УК (УКС-30М), применяемые главным образом при бурении гидрогеологических и водозаборных скважин и станки серии БУ-20-2 (БУ- 20-2М, БУ-20-2УШ, БУ-20-3) и станок «Амурец», применяемые при разведке россыпных месторождений.

 

А б в г

 

 

 

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 устанавливается амортизатор. У станков УГБ (УКС) амортизатор устанавливается непосредственно на ударном механизме, на оттяжном ролике, у станков БУ амортизатор устанавливается на мачте под головным роликом. Геометрия ударного механизма выполняется таким образом, что угол сбрасывания снаряда – α₁ был меньше, чем угол подъема снаряда – α₂ . Это обеспечивает более быстрое падение снаряда, более эффективный удар по породе забоя и более плавный подъем снаряда. Обычно α₁ < α₂ на 15-20º рис.8.13. Кинематическая схема ударного механизма приведена на рис. 13, ударный вал приводится во вращение от главного вала посредствам зубчатой передачи. На ударном валу закреплен кривошип – 1. Пальцы – 2 кривошипа описывают окружность радиуса r, 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 направляющим 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 А А₁. 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 с которого пропускается через талевую систему и он служит для спуска и извлечения тяжелых обсадных колонн. В станках БУ талевый барабан отсутствует, поскольку станки предназначены для бурения неглубоких скважин на россыпях. Еще одно различие между станками УГБ и БУ, связанное с условиями их применения. Станки УГБ устанавливается 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-канатного бурения имеют электропривод, как более устойчивый на динамические нагрузки, исключением является вариант станка УГБ-ЗУК (УКС-22МД) с приводом от дизельного двигателя.

 

 

 

Рис. 8.13. Кинематическая схема ударного механизма

 

За рубежом выпускаются станки ударно-канатного бурения аналогичных конструкций, часто с дизельным приводом. Кинематическую схему и устройство ударно-канатных станков рассмотрим на примере установки УГБ-3УК (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 осуществляется 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 колики рамы и далее на мачту к ролику 23. Конец каната, переброшенного через мачту, закрепляют в канатном замке, с которым соединяют буровой инструмент.

 

а

 

lektsia.com

Полезное по теме

1. Очистить воду от железа
2. Малогабаритные установки для бурения скважин на воду
3. Как раскачать скважину после зимы
4. Фильтр для скважины от железа
5. Скважина на садовом участке
6. Фильтр обезжелезивания
7. Фильтр для удаления железа из воды