Фильтры для воды

Способы ударного и вращательного механического бурения

Различают медленновращательное бурение на бурильных и обсадных трубах, а ударное — с отрывом («клюющий способ») и без отрыва (забивной способ) бурового инструмента от забоя.

Простые по устройству, легкие передвижные и самоходные установки УБР-1, УБР-2, УБР-2М и другие выпускаются взамен ручных комплектов и позволяют вести бурение указанными способами в любой последовательности с одновременным креплением скважин обсадными трубами.

Поднимают и сбрасывают ударный снаряд на канате лебедкой или ударным механизмом, а вращение бурового снаряда и обсадных труб осуществляют подвижным вращателем.

Ударное бурение в основном ведется по способу забивки, т. е. без отрыва породоразрушающего инструмента от забоя. Сущность его заключается в том, что породоразрушающий инструмент (буровой стакан или грунтонос) со специальным ударником и ударной штангой на канате опускается на забой. Ударной штангой наносятся удары по наковальне и породоразрушающий инструмент, не отрываясь от забоя, внедряется в породу, выбуривая керн.

При вращательном бурении остро направленное к забою колющие буровой ложки срезает слой рыхлой породы, которая поднимается во внутреннюю полость бура и извлекается на поверхность при его подъеме.

В связных породах спиральный бур ввинчивается как штопор к породу, а отделение ее от массива проводится при отрыве инструмента от забоя. При этом отбираются образцы грунта без изменений его структуры.

Буровой инструмент

При медленновращательном бурении в качестве породоразрушающих инструментов используют буровые ложки и спиральные буры (рис. 4.1, а, б). Буровые ложки могут быть закрытые, с клапаном, с одним или двумя лезвиями, с зарубочным змеевиком. Различают также ложки обычные и эксцентрические. У последних ось головки и лезвия не совпадает с осью корпуса, поэтому скважина разбуривается на 12—35 мм больше диаметра бура. Буровые ложки изготовляются диаметром 250, 190, 145, 108, 79 и 47 мм, длиной 0,5—1 м. Спиральные буры могут быть ступенчатые, с переменным шагом и имеют диаметр 190, 147, 108, 74 и 47 мм, длину 0,5—0,8 м.

ris 4.1

Рис. 4.1. Буровой инструмент для медленновращательного и ударного бурения легкими установками:

а — буровая ложка; б — спиральный бур; в — ударная гильза-стакан; 1 — конус резьбовой; 2 — труба с вырезом; 3—башмак; г — желонка: /—конус резьбовой; 2 — цилиндрический корпус; 3— плоский клапан; 4— башмак; д — ударная штанга: 1 — переходник-ушко; 2 — штанга; е — ударник для забивания грунтоноса в породу: 1 — утяжелитель; 2 — шток направляющий; 3 — патрубок; 4 — боек; 5 — наковальня; 6 — переходник на грунтонос

При ударном бурении твердых, крупнообломочных и валунно-галечниковых пород применяется обычный инструмент (долота, ударные штанги, желонки и т. п.). Чаще всего при бурении в мягких породах используют ударные буровые стаканы, в связных глинистых породах — стаканы с одним или двумя продольными окнами (рис. 4.1,в), позволяющими описывать геологический разрез и легко очищать их от породы; в слабосвязных породах — стаканы с клапаном (клапанами), установленным в башмаке. Широко распространены разъемные стаканы, которые легко очищаются от породы. Стаканы изготовляют из обсадных (колонковых) труб или ниппельных заготовок диаметром 73, 89, 108, 127, 146, 168, 219 и 273 мм.

Ударные буровые желонки (рис. 4.1, г) применяют для бурения водоносных песков и разжиженных глинистых пород. От обычных они отличаются тем, что вместо дужки имеют переходник с резьбой.

Ударные штанги (рис. 4.1, д) применяют для увеличения массы бурового стакана или желонки.

Ударный патрон или ударник (рис. 4.1, е) предназначен для забивки стакана (грунтоноса) в грунт без отрыва его от забоя после каждого удара.

Технология бурения

Буровыми ложками и спиральными бурами бурят при пониженных частотах вращения инструмента (от 7 до 80 об/мин). Необходимая осевая нагрузка на буровую ложку или спиральный бур принимается 1—10 кН в зависимости от твердости породы и диаметра породоразрушающего инструмента. Осевая нагрузка создается рычагом, штурвалом, гидроцилиндрами или другими механизмами подачи.

Величина углубки за рейс находится в пределах 0,3—0,8 м и зависит от длины породоразрушающего инструмента. В процессе бурения инструмент периодически приподнимают на 10— 15 см над забоем во избежание его заклинивания. При необходимости в скважину подливается небольшое количество воды.

При забивном бурении без отрыва снаряда от забоя основными технологическими параметрами считаются масса ударного патрона, частота ударов, высота подъема штанги ударного патрона и углубка за рейс. Масса ударного патрона принимается в зависимости от диаметра стакана и твердости породы и обычно составляет 150—300 кг. Величина подъема штанги ударного патрона определяется его конструкцией и составляет 0,6—1 м. Рекомендуемая частота ударов 20—25 в мин. Углубка за рейс ограничивается длиной забивного стакана и не превышает 0,5—0,8 м. Однако целесообразно рейсовую углубку уменьшать до 0,2—0,4 м во избежание прихвата породоразрушающего инструмента на забое.

В водонасыщенных и сыпучих породах бурение ведется желонками с одновременным или опережающим креплением скважины трубами. Частота ударов желонки о забой составляет 20—30 в мин, а высота ее подъема 0,25—0,45 м. Желонки рекомендуется утяжелять ударными штангами массой 50—100 кг. Не допускается выход желонки из-под башмака обсадных труб более чем на половину ее длины (0,5—1 м) во избежание ее прихвата при обрушении стенок.

Обсадные трубы могут свободно опускаться под действием собственного веса. Однако в большинстве случаев необходимо их принудительное погружение вибромеханизмами забивкой, заданливанием, расхаживанием или вращением.

Рейсовая скорость бурения без отрыва снаряда от забоя на глубине 50 м в 2—3 раз выше, чем при бурении с отрывом от забоя.