 |
Медленно-вращательное и комбинированное бурение.
|
|
|
|
Практическое занятие 1.
Ударно- канатное бурение
И бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента
Ударно-канатное бурение
Как рассказывалось в истории бурения, ударное бурение было первым видом бурения скважин, сначала водозаборных, затем и для разведки и добычи твердых полезных ископаемых и для разведки и добычи нефти. В конце XIX века ударно-штанговое бурение было заменено более совершенным ударно-канатным.
Применяется три варианта ударно-канатного бурения:
- основной, сущность которого и принципиальное отличие его от других видов бурения заключается в том, что обязательные два действия – разрушение породы на забое скважины и удаление разрушенной породы с забоя, осуществляется в этом способе как две отдельные операции – сначала одним инструментом порода разрушается на забое, потом разрушенная порода другим инструментом извлекается из скважины. Такой вариант характерен для бурения сравнительно глубоких (до 200 – 300 м) водозаборных скважин.
- второйвариант, применяемый при разведки россыпных месторождений, когда бурение в продуктивном горизонте (порода сыпучая и ее не нужно разрушать) ведется принудительным погружением в породу на 20 – 50 см обсадных труб, и затем из труб, изолированная от массива порода, извлекается на поверхность, обеспечивая качественное опробование.
- третий вариант применяется при инженерногеологических изысканиях для получения качественных образцов грунтов. Этот вариант может иметь дополнительное названия: «ударно-канатное бурение кольцевым забоем», «мелкое ударное бурение», «ударное бурение грунтов».
Все эти варианты различаются технологией и техникой, поэтому рассмотрим их раздельно.
|
|
|
Ударно-канатное бурение водозаборных скважин.
Примерно до 50-тых годов прошлого века ударно-канатное бурение было основным видом бурения гидрогеологических и водозаборных скважин и скважин при разведке россыпных и мелковкрапленных руд. Однако из-за низкой производительности и высокой себестоимости за счет большого количества стальных обсадных труб в настоящее время ударно-канатное бурение водозаборных скважин в значительной степени заменено вращательным. Но, поскольку ударно-канатное бурения обеспечивает более высокое качество и позволяет бурить скважины большого диаметра до 900 мм, там где сохранились работоспособные буровые станки ударно-канатного бурения, оно применяется. Пример, показанный по телевидению, когда в Крыму после блокирования водоснабжения Украиной, бурили водозаборные скважины большого диаметра станками ударно-канатного бурения.
Поскольку такое бурение ведется в разрезах представленных разными породами, включая твердые скальные, здесь применяется классическая технология и техника ударно-канатного бурения. Разрушение породы производится инструментом, который называется «буровой снаряд», подвешенным на стальном канате (тросе), который периодически приподнимается на 40 – 80 см и сбрасывается на забой. Чтобы разрушаемая порода не мешала разрушению следующей породы на забое, в скважине должно быть от 2-3 метров слой воды и при движении снаряда разрушенная порода переходит во взвешенное состояние.
  
| 
|
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4
При насыщении призабойной жидкости частицами породы образуется вязкая пульпа, и дальнейшая углубка становится слишком медленной. Буровой снаряд поднимают и в скважину спускают другой инструмент – «желонку» (рис. 2). Желонка(отрезок трубы, имеющий на нижнем конце клапан) несколько раз приподнимается и сбрасывается на забой, заполняется пульпой с разрушенной породой и поднимается на поверхность, где пульпа с породой извлекается и, если нужно, служит геологическим образцом.
|
|
|
При бурении в плотных устойчивых породах стенки скважины остаются незакрепленными. При бурении пластов с рыхлыми и неустойчивыми породами стенки скважины начинают обваливаться и для их закрепления в скважину спускают «обсадные трубы», обычно стальные толстостенные. При дальнейшем бурении (если в этом есть необходимость) буровой снаряд спускается внутри обсадных труб и разрыхляет породу, затем спускается желонка и порода извлекается. Но, поскольку речь идет о рыхлых породах, то разрушать их часто нет необходимости. И в скважину спускается только желонка, которая наполняется рыхлой или сыпучей породой, т.е. бурение ведется желонкой. После извлечения из скважины определенного количества породы, возникает возможность продвижения вниз, спущенной ранее, колонны обсадных труб.
При проходке плывучих или сыпучих пород (пески-плывуны, жидкие глины и.т.п.) обсадные трубы могут продвигаться впереди забоя и порода извлекается из труб. В тех случаях, когда веса труб недостаточно для их погружения в рыхлых породах для закрепления стенок скважины, обсадные трубы можно забивать (для этого их делают толстостенными – прочными и тяжелыми).
Главным достоинством ударно-канатного бурения водозаборных скважин это высокое качество опробования водоносных горизонтов и максимальная водоотдача продуктивных пластов. Дополнительно в качестве достоинства можно назвать возможность проходить (разбивать) крупные валуны, встречающиеся в массиве слабых пород.
Для бурения в разных породах применяют разные долота (рис. 4 а, б) приспособленные для разрушения как слабых песчано-глинистых, так и твердых скальных пород и валунов (рис. 4 в)
Ударно-канатное бурение при разведке россыпных месторождений.
Благодаря высокому качеству опробования продолжает использоваться ударно-канатное бурении и при разведке россыпных месторождений.
Главная задача при разведке россыпей - обеспечение точной привязки поднятой из скважины пробы к данному интервалу разреза и недопущение попадания в пробу породы из боковых или вывшее расположенных участков, поскольку речь идет о разведке редких и драгоценных металлов и кристаллов (золото, платина, россыпные алмазы…).
|
|
|
Для разведки россыпей применяется несколько отличные, от применяемых для бурения водозаборных скважин, буровой инструмент и оборудование. Технология бурения по пласту полезного ископаемого (он представлен сыпучими породами по определению) представлена опережающим погружением на 20 - 50 см обсадных труб с последующим извлечением всего объема породы, заключенной внутри труб, что исключает попадание посторонних частиц. Полное извлечение объема породы из обсадной трубы обеспечивается применением поршневых желонок (рис. 3).
Третий вариант ударно-канатного бурения – ударно-канатное бурение с кольцевым забоем (мелкое ударное бурение, ударное бурение грунтов) рассматривается уже в следующем разделе занятия.
Бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента.
Это группа разновидностей бурения, включающая пять разновидностей, которых объединяет три условия: - бурение без циркуляции очистного агента (разрушенная порода удаляется другими способами), бурение ведется преимущественно в мягких и слабых породах, и глубины скважин не более 60 метров.
- Мелкое ударное бурение;
- Медленно-вращательное и комбинированное бурение;
- бурение задавливанием и винтобурение;
- Вибро, виброударное и виброударно-вращательное бурение;
- Шнековое бурение.
Мелкое ударное бурение (ударно-канатное бурение кольцевым забоем), ударное бурение грунтов применяется главным образом при инженерногеологических изысканиях. (Иногда его еще называют «ударное бурение стаканами», но это звучит несколько двусмысленно).
Действительно, инструмент для такого бурения представляет собой отрезок трубы длиной 1,0 – 2, 0 метра («стакан»), на нижнем конце которого навинчивается заостренный снизу наконечник («башмак»), а на верхний конец присоединяется утяжелитель – либо сплошной металлический стержень массой 100 – 200 кг, (рис. 4 а) либо ударный патрон, состоящий из корпуса (тоже отрезок трубы) внутри которого размещен подвижный ударник массой до 100-150 кг (рис. 4 б).
|
|
|
| 
|
Поскольку для инженерногеологических изысканий главная задача получить образец породы с ненарушенными природными свойствами, главным образом, плотность, пористость, влажность, в зависимости от состояния пород применяются два варианта ударного бурения с кольцевым забоем: клюющий и забивной. Клюющий способ применяется для получения образцов в наиболее слабых, слабо-связных пород. В этом варианте бурения применяется стакан с утяжелителем, Снаряд поднимается на 1 – 2 метра, сбрасывается на забой. и врезается в породу на 5 – 15 см. Затем снаряд поднимается и из него извлекается образец породы практически с неизмененными свойствами. Такой вариант бурения называется «клюющий».
При бурении в боле плотных породах при клюющем способе стакан будет слишком мало (до 5 см) внедряться в породу. В этом случае применяется забивной стакан, который может забиваться в породу до 0,5 – 1,0 метра. Поскольку порода достаточно плотная ее свойства при этом не будут за
метно искажаться.
а б
Рис.4
Медленно-вращательное и комбинированное бурение.
Ударно-канатное бурение с кольцевым забоем для инженерногеологических изысканий может использоваться только в слабых однородных породах. В породах с прослойками твердых пород или с присутствием валунов применяют комбинированное бурение, включающее медленно-вращательное бурение грунтоносами в однородных слабых породах и с использованием классического ударно-канатного бурения дотом и желонкой в твердых пропластках и при встрече валунов. Главное достоинство этого способа бурения для инженерной геологии – отсутствие промывки, что позволяет сохранять естественную влажность образцов. И универсальности способа. Медленно-вращательным способ называется потому, что разрушаемая на забое порода, уплотняется в стенки скважины, что требует большого крутящего момента, и охлаждение наконечника грунтоноса происходит самой породой, что недостаточно при быстром вращении. Ударный инструмент применяется такой же, как при ударно- вращательном бурении,
|
|
|
