Механічне буріння неглибоких свердловин

Загальні відомості. До неглибоких належать свердловини завглиб­шки до 50 м, малого діаметра — від 40 до 200—250 мм і шурфи великого діаметра — від 400 до 1500 мм і більше.

Буріння неглибоких свердловин у пухких м'яких породах широко застосовується при геологічній зйомці й картуванні, при спеціальних видах зйомок, розвідці кольорових, рідкісних і чорних металів, хімічної сировини, будівельних матеріалів, сейсмічній розвідці, інженерно-геологічних дослідженнях, гідрогеологічному зондуванні; розвідці, проходці експлуатаційних свердловин на воду тощо.

Геолого-технічні умови буріння неглибоких свердловин найріз­номанітніші, часто значно відрізняються навіть в окремому обмеже­ному районі глибиною, рельєфом та гідрологічними умовами.

За призначенням інженерно-геологічні свердловини поділяються на зондувальні, опорні, структурні та технічні. Залежно від цільового призначення Б.М. Ребрик наводить діапазони діаметрів буріння свердловин (табл. 9).

Таблиця 9. Діапазоні і діаметрів буріння свердловин

Для буріння неглибоких свердловин у м'яких і пухких породах застосовується кілька десятків типів обладнання, яке базується на різних технологічних методах. Це легкі установки ударно-канатного буріння, що діють за допомогою забивних стаканів і ґрунтоносів;

обертального буріння без про­мивання з транспортуванням зруйнованої породи із забою на поверхню шнековою колоною (шнекове буріння); вібраційного та віброударного буріння; ком­бінованого ударно-обертального буріння; задавлювання при пенетраційно-каротажних дослід­женнях грунтів.

Під час обертального бу­ріння часто застосовується так зване повільнообертальне бу­ріння з частотою обертання 10—20 об/хв. Крім того, для буріння неглибоких свердловин у міцних породах застосовують колонкове обертальне буріння з промиванням.

Ударно-канатне буріння стаканами й ґрунтоносами. При бурінні неглибоких сверд­ловин у пухких і сипких поро­дах широко використовується один із різновидів ударно-ка­натного буріння: буріння з за­стосуванням забивних стаканів, желонок, ударних гільз, які забезпечують одночасне руйну­вання породи по кільцю на забої й витягання на поверхню зразків з малопорушеною структурою. При цьому виді буріння найчастіше використовують легкі бурові установки Д-5-25, БУКС-ЛГТ, УБП-15м, БУВ-1Б, які монтуються на одноосьових причепах.

Установка Д-5-25 (рис. 94) призначена для буріння свердловин завглибшки до 25 м, діаметром до 145 мм. Станок легко демонтується, що дає можливість транспортувати його до місця роботи в контейнерах. Загальна вага установки 370 кг. Розглянемо технологію буріння свердловин на установках подібного типу. Буровий снаряд, який складається з ударного стакана (гільзи) / і ударної штанги 2, підвішується на канаті 3. Канат огинає ролик 4 на вершині щогли 5 і закріплюється на барабані лебідки 7, яка приводиться в дію від двигуна 6. За допомогою лебідки піднімається й скидається буровий снаряд при вмиканні та звільненні барабана 7 рукоятками 8. Після заповнення стакана породою проводять піднімання інструменту на поверхню для очистки стакана від породи та отримання зразка для досліджень.

Для буріння в м'яких породах найчастіше застосовуються ударні бурові гільзи (стакани) (рис. 95, а). Ударні бурові желонки (рис. 95, б) застосовуються для проходки водоносних пісків та розріджених глинистих грунтів. Грунтоноси (рис. 95, г) призначені для відбору монолітів грунтів за допомогою ударників (рис. 95, д). Розглянемо цей процес. Грунтонос з ударником та ударною штангою на канаті опускається на попередньо зачищений забій, після чого ударною штангою б'ють по ковадлу, ці удари передаються грунто­носові, й він, не відриваючись від забою, занурюється в грунт.

У сипких і нестійких породах буріння виконується желонкою при одночасній обсадці трубами (рис. 95, є). Якщо трапляються при цьому валуни, їх розбивають долотом з ударною штангою.

Бурова установка БУКС-ЛГТ призначена для буріння свердловин завглибшки до 30 м та діаметром 168—127—89 мм за допомогою забивних стаканів і ґрунтоносів. Маса установки без інструменту становить 440 кг.

Пенетраційний молот призначений для дослідження щільності грунтів методом пенетрації (динамічного занурювання), тобто шляхом забивання в грунт штанг із конусом на кінці та обліку ударів молота, необхідних для занурювання зонда в грунт на 10 см.

Бурова установка УБП-15м для інженерно-геологічних досліджень призначена для буріння свердловин завглибшки до 15 м і для ведення динамічного зондування до глибини 20 м. Діаметри свердловин становлять 168—108 мм. Маса установки 1100 кг.

Бурова установка БУВ-Б призначена для буріння свердловин завглибшки до 30 м і діаметром 168—127 мм.

Обертальне буріння з транспортуванням зруйнованої породи на поверхню шнековою колоною. Суть обертального буріння шнеками полягає в тому, що зруйнована порода долотом піднімається на поверхню одночасно з поглибленням забою з допомогою бурових штанг, що обертаються, на яких гвинтоподібно навита сталева стрічка — реборда. Колона таких штанг-шнеків утворює гвинтовий транспортер.

Шнековий спосіб буріння з великою ефективністю застосовується під час буріння свердловин в м'яких і середньої міцності породах, а також у слабозцементованих галечниках з невеликим розміром гальки. Шнекове буріння застосовується для буріння свердловин при сейсморозвідувальних, інженерно-геологічних і гідрогеологічних до­слідженнях, геологічній зйомці й пошуках корисних копалин.

Геологічна документація забезпечується шляхом дослідження піднятої шнеками породи. Для уточнення документації переходять на буріння малими інтервалами. Наприклад, проходять 50 см, потім, не зупиняючи обертання шнеків, припиняють подачу, доки вся зруйнована на цьому інтервалі порода не буде винесена на поверхню. Для взяття зразків у вигляді керна застосовують шнековий інструмент зі знімною грунтоноскою, який забезпечує відбір керна без піднімання шнекової колони на поверхню.

Інструмент для шнекового буріння (рис. 96) складається з долота та колони шнекових штанг. Найчастіше застосовуються дво- й трипері долота зі ступінчастим різальним ребром, армованим різцями з твердих сплавів (рис. 96, а).

Шнеки (рис. 96, б) — це труби діаметром 60—73 мм з навитою спіраллю та привареною сталевою стрічкою завтовшки 5—6 мм. До кінця шнеків приварені з'єднувальні елементи для складання шнеків у колону з долотом на нижньому кінці. Довжина шнеків — від 1 до 3 м. Діаметри шнеків — 60—300 мм і більше. Для взяття керна застосовують шнеки з великим прохідним отвором, на які навита гвинтова реборда (рис. 96, в). Крізь ці шнеки опускається грунтоноска, яка закріплюється в нижньому шнеку з допомогою фіксаторів. Піднімання грунтоноски з керном здійснюється вловлювачем, який опускається в свердловину на канаті й захоплює грунто-носку за ловильну головку, або за допомогою каната, який під час буріння міститься всередині шнекової колони. Параметрами технологічного режиму шнекового буріння є осьове навантаження та швидкість обертання шнекової колони.

Під час проходки м'яких і сипких порід буріння проводиться простим або триперим долотом без примусового осьового тиску з максимальною частотою обертання (до 2000—3000 об/хв). Буріння у в'язких глинах за шнековим способом малоефективне внаслідок утворення сальників на долоті й шнеках. Проходка в такому випадку полегшується підливанням води на забій або передачею вібрації колоні шнеків під час буріння. Буріння твердих порід супроводжується примусовим тиском на долото (78,4 • 103 — 98 • 103 кПа), при цьому частота обертання знижується до 80—180 об/хв. Проходка пливунів і водоносних горизонтів здійснюється з одночасним спусканням, обсадної колони для закріплення стінок свердловини. При бурінні галечникових відкладів частоту обертання бурових інструментів рекомендується підвищувати до 200—300 об/хв.

Для геологічної зйомки, пошуків і картувальних робіт, а також під час проведення інженерно-геологічних досліджень застосовують мотобури.

За конструкцією найдосконалішим є мотобур М-1, середня продуктивність якого за зміну становить 38 м у піщано-глинистих грунтах, а максимальна досягає 83 м.

Значна група установок шнекового буріння змонтована на самохідній гусеничній базі. Всі установки цієї групи приводяться в дію від ходового двигуна. Проходка за годину чистого буріння становить: в породах І категорії — 75 м; II — 40 м; III — 21 м; IV — 10—14 м.

Вібраційне (віброударне) бу­ріння. Загальні відо­м о с т і. В 1950 р. проф. Д. Д. Баркан та інженер В. У. Тупіков запропонували ви­користовувати вібраційні машини для буріння геологорозвідкових свердловин.

Вібраційне буріння належить до найефективніших способів про­ходки неглибоких свердловин у нескельних грунтах на глибину 20—25 м і більше (алювіальні піски, супіски, суглинки, глини, моренні грунти, насипні грунти, щільні або корінні глини типу нижньокембрійських, гравійно-га­лечникові грунти, грунти типу стрічкових глин, а також м'які мергелі і породи до IV категорії включно).

Крім буріння свердловин ві­браційна техніка використо­вується для занурення та витя­гання обсадних труб, ліквідації аварій в свердловинах, пов'язаних із прихватом снаряда на забої, очистки колонкових труб і зондів, віброобертального буріння міцних і м'яких порід, розглинізації стінок свердловин, інтенсифікації приготування глинистого розчину та інших. Особливостями вібра­ційного буріння є низька вартість, висока продуктивність, задовільна якість геологічної та інженерно-геологічної інформації про грунти.

При вібраційному бурінні (рис. 97) віброзанурювач з ве­ликою швидкістю (до 2 м/хв й більше) занурює в грунт поро доруйнівний інструмент — зонд, що являє собою трубу з поздовжнім прорізом.

Вібраційні машини та їх призна­чення. Вібраційні машини поділяються на такі основні групи: віброзбуджувачі поверхневі з жорстким кріпленням двигуна на корпусі; віброзбуджувачі поверхневі з пружним (пружинним) кріп­ленням двигуна на корпусі; вібромолоти, що являють собою віброударні механізми поверхневого типу; віброзбуджувачі та вібро­молоти заглибні.

Віброзбуджувач — це вібраційна машина, коливання робочого органу якої передається породоруйнівному буровому інструментові або обсадній колоні, або будь-якому середовищу. Механічні вібро­збуджувачі на практиці називають вібраторами. Вони складаються з корпусу, всередині якого міститься один або декілька валів з дебалансами, та двигуна. При пружному кріпленні до корпусу віброзбуджувача двигун захищається від шкідливих вібрацій та ударів. Основним недоліком вібромашин з електричним приводом звичайного типу є короткий термін роботи двигуна (значні інерційні наванта­ження, пошкодження обмотки статора, прогин вала ротора тощо). Останнім часом застосовують вібростійкі електродвигуни.

Вібромолот являє собою ударно-вібраційну машину, коливання робочого органу якої закономірно супроводжуються ударами по інших елементах машини (наприклад, наголовнику), або по оброблюваному середовищу. Вібромолот складається з віброзбуджувача двигуна, наголовника (обмежувача) й пружини зі стяжними болтами. Вібромолоти поділяються на пружинні й безпружинні. В пружинних вібромолотах електродвигуни, як правило, вмонтовані в ударну частину, а дебаланси розташовані безпосередньо на валі електрод­вигуна.

Безпружинні вібромолоти забезпечують можливість буріння свер­дловин завглибшки до 50 м і більше породоруйнівним інструментом необхідного діаметра; пружинні вібромолоти аналогічні за парамет­рами, забезпечують проходку свердловин завглибшки не більше ніж 20 м. Безпружинний вібромолот використовується для вібраційної та ударно-вібраційної проходки свердловин. У безпружинному вібро­молоті можливо реалізувати режими з великою енергією поодинокого удару, що підвищує ефективність проходки щільних шарів грунту.

Безпружинний вібромолот, на відміну від пружинного, забезпечує особливо високу швидкість занурення породоруйнівного інструменту на початкових інтервалах заглиблення свердловин, що дуже важливо для інженерно-геологічних досліджень (свердловини завглибшки до 5—6 м). Наявність ударного патрона в безпружинному вібромолоті дає змогу при використанні найпростіших конструктивних елементів вирішити проблему вільного обертання інструменту в процесі буріння та його фіксування в підвішуваному стані. При використанні пружинного вібромолота таку проблему вирішити важко, а при застосуванні безударного віброзанурювача взагалі неможливо.

Безпружинний вібромолот простий за конструкцією. Згадані експ­луатаційні властивості безпружинного вібромолота, незважаючи на їхню велику енергомісткість і значну вагу, забезпечили їм широке застосування.

Пружинні вібромолоти також мають ряд позитивних якостей. Вони гарантують заданий ударний імпульс при меншому моменті дебалансів, кращу стабільність режимів роботи та більші можливості регулювання режимів.

Заглибні вібромашини, які називаються віброснарядами, являють собою віброзбуджувачі або вібромолоти, вмонтовані всередині труби певного розміру.

Віброснаряди розміщуються поблизу породоруйнівного інструменту, тому втрати енергії при її передачі практично відсутні. Останнім часом заглибні снаряди та віброгрейфери успішно застосовуються при бурінні свердловин великого діаметра — 500—1000 мм (рис. 98).

У віброзбуджувачі при обертанні дебаланса виникають вертикально на­правлені коливання зі збурюючою силою. У віброзбуджувачі така сила діє через корпус на буровий ін­струмент (обсадні труби тощо), у вібромолотах — через ударну плиту з бойком на наголовник з ковадлом, який жорстко з'єднаний з буровим інструментом (або іншим інстру­ментом), або обсадними трубами. Збуджуюча сила досягає 40000 Н.

У розвідувальному бурінні най­частіше застосовуються віброзбуджу­вачі з жорстким кріпленням на корпусі — БТ-9, В-109, С-414 тощо; віброзбуджувачі з пружним кріп­ленням двигуна — ВПМ-1, ВПМ-2, ВО-6, ВО-10, ВО-14, ВБЛ-ЗМ тощо; безпружинні вібромолоти — ВБ-7, ВГ-6, ВГ-8 тощо; вібромолоти з двовальним віброзбуджувачем і жор­стко вмонтованим кріпленням елект­родвигуна на ударній плиті — 0-833, О-402А, С-835 тощо. Наприклад, вібратор ВГ-8 має центральний про­хідний отвір і може закріплюватися за допомогою зажимного патрона в будь-якому місці обсадної труби, що занурюється.

Марка Призначення вібромашин й параметри

вібромашини свердловин

БТ-9 Буріння свердловин до 25 м і діаметром до 168 мм у нескельних

грунтах; ліквідування аварії та забиття обсадних труб
ВБ-7 Буріння свердловин завглибшки до 15—25 м і діаметром 108, 127,

146 мм у нескельних грунтах за вібраційним та ударно-вібраційним

способами, занурення й витягання обсадних труб таких же діаметрів;

ліквідація прихвату бурового снаряда в свердловині

ВПМ-1 і Буріння свердловин завглибшки до 20 м і діаметром до 100 мм у

ВПМ-2 водонасичених піщаних та пластично-глинистих грунтах

ВО-6 Буріння свердловин завглибшки до 50 м початковим діаметром 168 мм

у м'яких грунтах

ВО-10 Занурення й витягання обсадних труб діаметром 273, 219, 168 мм і

завдовжки відповідно ЗО, 40 і 50 м, а також буріння свердловин на

глибину 50 м

ВО-14 Занурення й витягання труб діаметром 325 і 377 мм і завдовжки до

50 м

ВГ-6 і ВГ-8 Занурення й витягання обсадних труб діаметром 108, 127, 146, 168, 219, 273 мм за вібраційним та ударно-вібраційним способами на глибину 40 м. Можуть бути застосовані для буріння свердловин

С-833 Занурення й витягання обсадних труб діаметром 76 мм і завдовжки

20 м

С-402А Буріння мілких свердловин у мерзлих грунтах

С-835 Забиття й витягання труб діаметром 168, 219, 273 мм і завдовжки

відповідно 80, 60, 40 м.

З 1977 р. замість вібратора ВБ-7 випускається вібратор ВБ-7А з електродвигуном 9,4 кВт, який характеризується вищими показниками.

Вібромашини за призначенням умовно можна поділити на дві групи: безударні віброзбуджувачі (віброзанурювачі) й вібромолоти малої потужності, призначені для буріння свердловин у нескельних (м'яких сипких) породах. До цієї групи належать вібромашини, які мають потужність двигуна не більше ніж 7 кВт, момент дебалансів до 2,5 кг • м і масу до 500 кг. До групи безударних віброзанурювачів і вібромолотів підвищеної потужності, призначених для занурення й витягання обсадних колон, відносять вібромашини, які мають потужність двигуна до 20 кВт, момент дебаланса до 7,0 кг • м і масу до 2000 кг.

Віброустановки. Вібробуріння звичайно проводиться спеціальними віброустановками або віброагрегатами. Складовими будь-якої установки є: вібраційна машина, обладнана наголовником; вантажопідйомний пристрій, який складається із щогли та лебідки й слугує для спуску та підйому бурового снаряда й вібромашини; джерело енергоживлення й ходова частина. Всі віброустановки, призначені для буріння м'яких порід, можна поділити на такі групи: 1) легкі переносні; 2) легкі, змонтовані на одноосьовому причепі; 3) змонтовані на автомобілі типу ГАЗ-69, ГАЗ-66 або ЗІЛ-131; 4) змонтовані на базі трактора.

За незначним винятком усі віброустановки комбіновані, тобто дають змогу бурити свердловини не тільки вібраційним, а й іншим способом. На деяких бурових установках вібраційний спосіб є допоміжним.

Переносний вібраційно-оберталь­ний комплект ПВОК-8. Головними особливостями комп­лекту є: проведення буріння за вібраційним та обертальним способами; при виконанні обертального буріння використовується підйомник БІ-8; забезпечується відбір зразків з непорушеною структурою; безвиточне витягання снаряда зі свердловини; легке розбирання комплекту. Як буровий інструмент застосовуються віброзонди, ґрунтоноси, шнеки, ложкові бури.

Агрегат вібробуріння АВБ-2М (рис. 99) призначається для буріння інженерно-геологічних свердловин за вібраційним та ударно-канатним способами; він є одною з найефективніших бурових установок, призначених для інженерно-гео­логічних робіт. Агрегат оснащений навісним мотором, який дає змогу використовувати його для буріння невеликих прошарків скельних і напівскельних порід.

В Росії запропоновано вібро-буровий агрегат АВБ-2М, оснаще­ний навісним обертачем з елект­роприводом, що дає можливість застосовувати вібраційно-обер­тальне обладнання. Такий вид буріння поєднує вібрацію снаряда з обертанням, це досить ефектив­но при бурінні крупноуламкових, мерзлих та інших грунтів, які важко піддаються віброзбуджу-вачам і вібромолотам. Для віб­раційно-обертального буріння за­стосовуються спеціальні твердо­сплавні коронки діаметром 76; 168 мм.

Віброустановка ВУД-25 при­значається для вібраційного бу­ріння свердловин при розвідці розсипних родовищ. Віброустановка СБУ-55 призначається для буріння в м'яких породах, а також для занурення й піднімання обсадних труб віброзанурювачами різних конструкцій.

Буровий інструмент. Буровий снаряд для вібраційного буріння складається з бурильних труб і породоруйнів-ного інструменту: віброзонда, стакана, віброжелонки й ґрунтоноса (рис. 100).

Зонд — це труба завдовжки 1,0—1,3 м, яка має на нижньому кінці робоче кільце, а на верхньому — перехідник для з'єднання з бурильними трубами. Труба по всій довжині має одну або декілька прорізів для очистки зонда від породи. Діаметри зондів: 108, 127, 146 і 168 мм, інколи 89 і 219 мм; для ручних переносних вібробурів — 40—70 мм. Пливуни та сипкі грунти проходять желонками. Для полегшення очистки зондів від породи рекомендується застосовувати розбірні зонди або стакани, а також поршневі зонди. Відбір зразків із непорушеною структурою проводиться ґрунтоносами, конструкцію яких описано нижче.

Режим вібробуріння. Основними технологіч­ними параметрами, які визначають ефективність вібробуріння, є момент дебалансів, частота коливань і маса віброзбуджувача, швидкість удару, маса ударної частини й частота ударів вібромолота, а також довжина рейса, діаметр зонда, тривалість безперервного вібрування. Під час вібробуріння глин і суглинків, а також щільних слабозволожених пісків рекомендується застосовувати віброзанурювачі з великим моментом дебалансу; при бурінні супісків і зволожених незв'язаних пісків дуже ефективні високочастотні віброзбуджувачі. Майже в усіх грунтах вібромолоти ефективніші ніж безударні віброзанурювачі. При бурінні щільних грунтів низькочастотний режим є найраціональнішим.

Дослідженнями встановлено, що оптимальна довжина рейсу для середніх умов, які найчастіше трапляються, залежать від глибини свердловини (м): 2; 3; 4; 5; 7; 10; 15; 20; тоді оптимальна довжина рейсу (м): 2,0; 2,10; 1,75; 1,55; 1,28; 1,05; 0,77; 0,6.

Початкові інтервали свердловин потрібно бурити зондами більшого діаметра з постійним зменшенням його при збільшенні глибини свердловини.

Вібраційно-обертальне буріння. Суть вібраційно-обертального буріння стосовно буріння інженерно-геологічних і геологорозвідкових свердловин полягає в тому, що процес заглиблення свердловини здійснюється передаванням обер­тальному снаряду коливальних рухів, або ударних імпульсів досить високої частоти. Як віброзанурювач можна використовувати поверх­неві віброзанурювачі, пружинні або безпружинні вібромолоти. Частота коливань або ударів змінюється від 5 до 50 за секунду; момент сили дебалансів — від 1,0 до 3,0 кг • м. Основні функції виконує віброзанурювач. Ротор (обертач) або інший пристрій передає снаряду обертання, виконує допоміжні функції. Частота обертання снаряда становить 20—200 об/хв. Раціональна область використання вібра­ційно-обертального буріння — проходка в основному пухких і м'яких порід І—V категорій, а також валунно-галечникових відкладів і мерзлих порід для забезпечення безперервного відбору керна. Максимальна глибина свердловин при застосуванні поверхневих віброзанурювачів сягає 30 м, діаметр свердловин змінюється від 89 до 219 мм. Як породоруйнівний інструмент слід використовувати спеціальні коронки, армовані твердим сплавом; як бурильні труби — стандартні бурильні труби діаметром 50 і 63,5 мм. Вібраційно-обер­тальний спосіб буріння забезпечує високу продуктивність. Під час буріння за вібраційним способом мерзлих порід середня швидкість буріння — 21,3 м/год, а при вібраційно-обертальному — 116 м/год.

Установки комбінованого буріння. При бурінні неглибоких свердловин часто мають справу з породами різної міцності — від м'яких до надміцних. У зв'язку з цим використовуються комбіновані установки, які найчастіше забезпечують буріння свердловин вібра­ційним, обертальним або ударним способами. Такі установки застосовуються при пошуково-картувальному бурінні, для буріння гідрогеологічних та інженерно-геологічних свердловин і для розвідки родовищ.

Установка для пошукового буріння УПБ-25 (рис. 101) призначається для буріння вертикальних і похилих (60—90°) свердловин за оберталь­ним способом шнеками діаметром 62, 70 і 102 мм на глибину 15 м і за обертальним способом із промиванням коронками діаметром 36 мм на глибину до 25 м. Установка розбирається на вузли масою до 25 кг. Маса установки — 108 кг. Крім того, застосовується

портативний обертальний буровий станок ПВБСМ-15, за основними параметрами конструктивно аналогічний УПБ-25.

Бурова установка іншого типу УІПБ-16 призначається для буріння гідрогеологічних, сейсмічних, пошукових, структурно-картувальних свердловин обертальним способом без промивання шнеками й з промиванням. Діаметр буріння — до 150 мм. Глибина буріння шнеками — до 75 м, а з промиванням за колонковим способом — до 300 м. Крім того, установка робить можливою проходку свердловин великого діаметра (до 1000 мм) за обертальним способом зі зворотним потоком промивальної рідини й за повільно-обертальним способом всуху змійовиком. Усе обладнання змонтоване на автомобілі ЗІЛ-157.

Технічна характеристика бурової установки УШБ-16

Діаметр буріння, мм:

початковий 230

кінцевий 180 або 135

Частота обертання, об/хв 70, 125, 200

Робочий хід обертача, мм 1500

Швидкість подачі обертача, м/хв:

вгору 7,28

вниз 14,1

Бурова установка УГБ-50М (рис. 102) призначається для гід­рогеологічного, інженерно-геологічного, а також розвідкового буріння свердловин завглибшки до 50 м за обертальним способом, шнеками й ударно-канатним. За наявності промивального насоса можна проводити колонкове буріння з промивкою. Установка змонтована на шасі автомобіля ГАЗ-66. До установки придається автопричіп із комплектом бурового інструменту.

Для здійснення ударно-канатного буріння установку оснащують ударним механізмом, який має такі технічні характеристики:

число ударів за хв 45 і 80

хід інструменту, мм 650 і 450

максимальна маса ударного інструменту, кг 400

швидкість навивання каната на барабан лебідки, м/с 0,64; 1,24; 1,98

вантажопідйомність лебідки, т 2,5

Бурова установка ЛБУ-50 призначається для буріння гідро­геологічних свердловин завглибшки до 50 м і шурфів завглибшки до 15 м. Буріння свердловин проводиться шнеками в поєднанні з ударно-канатними способами; діаметр вибурюється шнеками з відбором керна знімними ґрунтоносами — 240 мм; за шнековим способом у сполученні з ударно-канатним — 200 мм.

Шурфи (діаметром 1050 мм) буряться спеціальним ківшевим буром, який випускається в забій і піднімається на поверхню по гладкій бурильній трубі тросом лебідки. Стінки шурфу закріплюються залізобетонними або дерев'яно-металевими кільцями. Конструкція спеціального бура аналогічна конструкції ківшевого бура КШК-30. Технічна характеристика бурової установки ЛБУ-50

Для транспортування бурового й допоміжного інструменту облад­нано спеціальний причіп.

Бурова установка БУЛІЗ-15 призначається для буріння інженерно-геологічних свердловин при дослідженнях під лінії електропередач, траси залізничних і шосейних доріг, а також для буріння інженерно-геологічних свердловин на великих будівельних майданчиках. Уста­новка змонтована на автомобілі ГАЗ-69. Основні способи буріння: обертальний віброзондами, обертальний «всуху» колонковими снаря­дами й інструментом ручного буріння. Діаметри породоруйнівного інструменту: 112, 91, 76 мм. До установки додається одноосьовий причіп для транспортування бурового інструменту.

Для важкодоступних районів існує модифікація установки на всюдиході ГАЗ-47 (БУЛІЗ-158). Будова установки УБР-1 призна­чається для заміни кінно-ручного комплекту «Емпайр» при пошуках і розвідці розсипних родовищ золота. Установка допомагає поєднувати ударно-канатний і повільнообертальний способи буріння в будь-якій послідовності й одночасно кріпити стінки свердловини обсадними трубами. Ударно-канатне буріння виконується долотом, желонками й забивними стаканами без відриву керноприймальної гільзи від забою. Для повільнообертального буріння призначаються ложкові та спіральні бури, які опускаються в свердловину на штангах. Кріплення свердловини трубами виконують забиванням їх ударним снарядом з одночасним обертанням ротора. При цьому башмак обсадних труб може міститися попереду забою на одному рівні або відставати від забою на інтервал опробування. Глибина буріння — 15 м, діаметр свердловини 89—127 мм. Усі вузли установки змонтовані у вигляді одного блоку.

Маса установки без інструменту 885 кг; маса важчого вузла — 120 кг. Установка може розбиратися на окремі вузли для транспор­тування гужовим транспортом, вертольотом тощо. Установка УБР-1 забезпечує підвищення продуктивності праці відносно до комплекту «Емпайр» із найвищою якістю опробування.

Установка УБР-2 має таку ж конструктивну схему, що й установка УБР-1, й розрахована на використання такої самої технології буріння. Змонтована установка на автомобілі, але в разі необхідності може бути перенесена на будь-яку іншу транспортну базу (причіп, сани тощо) завдяки тому, що кінематично з автомобілем не пов'язана. Маса установки без транспортної бази — 2000 кг. Глибина буріння — до 25 м, діаметр — 253—102 мм.

Установка УБСР-25 призначається для буріння свердловин великого діаметра на заміну шурфів при розвідці золотоносних та інших розсипів, які залягають у талих, обводнених породах. Основний спосіб буріння установкою УБСР-25 — комбінований, який суміщує повільнообертальний (ківшевими бурами) й ударно-канатний (грей­ферами) способи в будь-якій послідовності. При бурінні стінки свердловини закріплюються обсадними трубами. Кріплення свердло­вини трубами виконується здавлюванням їх механізмом подачі з одночасним обертанням ротором. При цьому башмак обсадних труб може випереджати забій, перебувати на одному рівні з ним або відставати на інтервал опробування.

Установка змонтована на базі трелювального трактора ТДТ-75, від двигуна якого проводиться відбір потужності. Швидкість пересу­вання установки — 3,5 км/год, тиск на грунт — 46,1 кПа, маса установки — 12500 кг, а з інструментом — близько 22 т. Обслуговують установку три робітника за зміну. До складу основного робочого інструменту входять: ківшеві бури, які спускаються в свердловину на канаті або штангах; одноканатний грейфер, одноле-зове долото, обсадні труби з башмаком.

Ківшевий бур із розпорами складається з днища зі штоком, що його стягує, та породоприймальної касети, а також корпусу з механізмом розпору. Останній дає змогу розкріпити бур у будь-якому положенні відносно башмака обсадних труб. Ківшевий бур на штангах замість механізму розпору має шпиндель для приєднання штанг. Ківшевий бур забезпечує прийом і витягання зі свердловини пухкого матеріалу розміром до 200 мм.

Одноканатний грейфер складається із щелеп, корпусу з поліспас­том і головки з механізмом закриття щелеп. Грейфер забезпечує буріння пухких відкладів з витяганням гальки й валунів розміром до 500 мм без попереднього руйнування.

Обсадна труба спеціальної конструкції має довжину 1 м і складається з ніпеля й муфти. З'єднання труб між собою та з башмаком виконується за допомогою пальців.

Бурова установка УБРС-25 забезпечує швидкість буріння близько 6 м/станко-зміну. При цьому витягання породи досягає 95—100%; порода під час піднімання не губиться; подрібнення металу, змінення потужності пласта не спостерігається.

Нормальний ряд ґрунтоносів. Під нормальним рядом розуміють такий номенклатурний перелік;ґрунтоносів, який за призначенням і конструктивними параметрами й нормативному порядку встановлює раціональну кількість їхніх типорозмірів. Нормальний ряд складається з таких ґрунтоносів: оббурювального, забивного та вдавлювального (І, II, III моделі).

Оббурювальний ґрунтонос. Суть оббурю­вального способу відбору монолітів полягає в тому, що за допомогою башмака, обладнаного спеціальною фрезою, проводиться оббурювання керна, який надходить до гільзи, що обертається, й тертям об стінки або затворним пристроєм утримується в ґрунтоносі. Такий ґрунтонос призначається для відбору монолітів твердої або напівтвердої консистенції, а також щільних і зцементованих пісків.

Технічна характеристика оббурювального ґрунтоноса

Зовнішній діаметр, мм 160

Внутрішній діаметр, мм 96

Діаметр вхідного отвору, мм 94

Кут заточки башмака, ° 30

Сила ваги, Н 274,4

Ґрунтонос (рис. 103) складається з корпусу 3 зі спіральною шнековою на-вивкою, внутрішнього ста­кана 4, знімного башмака 6 з гальмівними лопатями 7, знімної коронки 5 зі знімними різцями 8, гвин­тів 2 для утримання ста­кана. Занурюючися, ста­кан упирається в кульку 1. Ґрунтонос занурюється обертанням і вдавлюван­ням у грунт. Ґрунтова стружка зрізується різця­ми, які виступають на 5— 9 мм нижче башмака 6. Частота обертання не по­винна перевищувати 30— 40 об/хв.

Забивний ґрунтонос. При забивному способі буріння ґрунтонос занурюється за допомогою динамічної (ударної) дії на нього. За­бивний ґрунтонос призна­чається для відбору мо­нолітів глинистих грунтів твердої, напівтвердої й тугопластичної консистенції й випускається двох розмірів.

Технічна характеристика забивного ґрунтоноса

Зовнішній діаметр, мм 123 (105)

Внутрішній діаметр, мм 114 (99,5)

Діаметр вхідного отвору, мм 108 (93,0)

Кут заточки башмака, ° 15 (15)

Висота в зібраному вигляді, мм 1743 (1743)

Сила ваги, Н 490 (397)

Ґрунтонос (рис. 104) складається з двох основних вузлів — керноприймального стакана й ударної частини.

Керноприймальний стакан складається з двох напівгільз 9, корпусу 10 і вгвинченої в нього головки 6. Напівгільзи розміщуються всередині корпусу. В нижній частині вони обладнані різальними напівбашмаками, а у верхній до них приклепані два напівзамки 8, які головкою закріплені зі столярним гвинтом 7.

Ударна частина складається з напрямної штанги 5, ударника 4, муфти З, корпусу ударника 2 й перехідника /, на який нагвинчується колона бурильних труб. Ударник разом із перехід-ником і корпусом ударника рухається по напрямній штанзі й завдає ударів по верхній частині головки 6. За рахунок енергії удару керноприймальний стакан занурюється на визначену глибину. При підйомі ґрунтоносів на поверхню верхній торець ударника впирається в муфту 3.

Вдавлювальні ґрунтоноси занурюються в грунт під дією вертикального статичного зусилля.

Вдавлювальні ґрунтоноси призначаються: І модель — для відбору монолітів лесовоподібних грунтів напівтвердої консистенції й глини­стих грунтів тугопластичної консистенції; II модель — для відбору монолітів глинистих грунтів. Моделі розрізняються за конструкцією та розмірами.

Технічна характеристика вдавлювальних ґрунтоносів

Зовнішній діаметр, мм 106 (108)

Внутрішній діаметр, мм 102,5 (98)

Діаметр вхідного отвору, мм 99 (96)

Кут заточки башмака, ° 6

Довжина керноприймальної гільзи, мм 320 (300)

Сила ваги, Н 34,3 (90,2)

Ґрунтонос І моделі (рис. 105) складається з тонкостінного корпусу І, перехідника 4 з шариковим клапаном 5 і рознімної керноприй­мальної гільзи 2 з рукояткою 3 для вилучення напівгільз із монолітом з корпусу ґрунтоноса.

При вібраційному способі ґрунтонос за­нурюється під дією вібрації й маси вібро­занурювача та бурильних труб. Розрізняють вібраційне й віброударне занурення.

Установки для пенетраційно-каротаж-них досліджень грунтів. Розроблено комп­лекс пенетраційно-каротажних досліджень, який дає змогу отримати основні характе­ристики фізико-механічних властивостей грунтів на глибину до 30 м без попереднього колонкового буріння свердловин і без ла­бораторних досліджень грунтів. Для цього сконструйована пенетраційно-каротажна станція СПК, яка призначається для інже­нерно-геологічних крупномасштабних зйомок і досліджень під об'єкти будівництва промислових і цивільних споруд. Станція працює за такою схемою: вимірювальний зонд із датчиками нагвинчується на нижню штангу, колона штанг гідрав­лічним пристроєм здавлюється в грунт із зусиллям 17,6 тсН. При занурюванні вимірювального зонда датчики фіксують інформацію на пульті наземної реєстрації апаратури.

Комплекс дає змогу також визначати положення рівня ґрунтових вод за даними ГНК (гамма-нейронний каротаж) і ГГК (гамма-гам-ма-каротаж) і виконувати літологію розрізу за даними ГК (гамма-каротаж) з використанням решти методів комплексу.

Техніка безпеки при механічному бурінні неглибоких свердловин. Під час буріння легкими пересувними установками не допускається пересування установки між пунктами з піднятою щоглою. Не допускається перевантаження щогл і лебідок. Категорично забороняється працювати лебідками з несправними гальмами. При механічному й повільно-обертальному бурінні забороняється: торкатися рухомих деталей або інструменту до повної зупинки; переміщувати в шпинделі бурильні труби, а також згвинчувати й розгвинчувати їх під час обертання на великій швидкості. Забороняється підтримувати руками знизу стакан або ґрунтонос, що перебуває в підвішуваному стані, перевіряти рукою положення зразка в підвішуваному стакані.

При шнековому бурінні забороняється: утримувати обертач в підвішуваному стані за допомогою підйомної лебідки; перебувати під піднятим обертачем; бурити шнеками, які мають тріщини й надриви на трубі або спіралі шнека; застосовувати шнеки зі зношеними елементами (хвостовиками, пальцями); з'єднувати шнеки штирями або іншими предметами; очищати шнеки від породи під час обертання; з'єднувати й роз'єднувати шнеки в підвішуваному стані; відштовхувати шнеки від устя свердловини безпосередньо руками, для цього використовують спеціальні гаки.

При вібраційному бурінні міцність з'єднань частин вібратора слід перевіряти перед його пуском через кожні півгодини роботи. Повний контроль усіх вузлів і з'єднань — кожні 20 год роботи. Забороняється: виконувати буріння або будь-які інші роботи на агрегаті під час дощу, працювати без заземлення; при підвищеній або зниженій напрузі електромережі або при великій силі струму (20-40 А); перебувати обслуговуючому персоналу в створі обертання дебалансів, а також під вібратором при несправних вольтметрі та амперметрі. Максимальний час безперервної роботи віброзанурювача має не перевищувати 15 хв.

Буріння свердловин великого діаметра вимагає виконання правил, які регламентують виробництво гірничопрохідницьких робіт. При бурінні шурфів за обертальним способом частота обертання породо-руйнівного інструменту має не перевищувати 60 об/хв.

Поиск по сайту: