Ударно-канатное бурение стаканами и грунтоносами

БУРЕНИЕ НЕГЛУБОКИХ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН

Скважины глубиной до 50—60 м получили наибольшее распространение при проведении геологопоисковых работ, поисках цветных и редких металлов, разведке строительных материалов, сейсмической разведке, инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях, а также при сооружении неглубоких скважин на воду.

При разведке некоторых видов твердых полезных ископаемых рекомендуется колонковым бурением проходить скважины диаметром 46 – 93 мм.

При разведке химического сырья и стройматериалов бурят скважины диаметром 93—200 мм.

Разведка россыпных месторождений золота и платины проводится скважинами диаметром 150—200 мм при условии проверки данных бурения шурфовочными работами.

При инженерно-геологических исследованиях в основном бурят скважины диаметром 112—219 мм.

При гидрогеологических изысканиях диаметры скважин определяются размерами существующих конструкций приборов и водоподъемного оборудования и колеблются в пределах 100—219 мм и более.

Диаметры эксплуатационных скважин на воду определяются требуемой продуктивностью скважины и обычно не менее 168—300 мм.

Основная масса этих скважин бурится в перемежающихся породах рыхлых, мягких и средней крепости. Часто бурение производится в песчано-глинистых грунтах, содержащих гравий, гальку и валуны. Породы эти склонны к обрушению. Встречаются породы типа плывунов. Поэтому в процессе углубки необходимо закреплять скважину обсадными трубами.. Скважина имеет, несмотря на малую глубину, в этом случае одно-, двух- и трехколонную конструкцию, а начальный диаметр скважины значительно превышает необходимый конечный диаметр.

По способам разрушения пород забоя можно выделить следующие основные группы буровых установок для неглубокого разведочного бурения:

1) легкие установки ударно-канатного бурения с помощью забивных стаканов, желонок и грунтоносов;

2) установки для вращательного беспромывочного бурения с транспортированием разрушенной породы с забоя на поверхность шнековой колонной (шнековое бурение);

3) установки вибрационного и виброударного бурения;

4) установки для комбинированного ударно-вращательного бурения;

5) установки для бурения в мягких породах методом задавливания при пенетрационно-каротажном исследовании грунтов.

Кроме того, для бурения неглубоких скважин в крепких породах используется колонковое вращательное бурение. Этот способ рассмотрен в главах, посвященных колонковому бурению.

Ударно-канатное бурение стаканами и грунтоносами

При бурении скважин глубиной до 30 м в породах рыхлых и сыпучих распространение получила одна из разновидностей ударно-канатного бурения: бурение с применением специального инструмента (забивных стаканов, ударных гильз, желонок), обеспечивающего одновременное разрушение породы кольцевым забоем и извлечение на поверхность образцов с малонарушенной структурой. Легкие буровые установки, работающие по данному методу, имеют простую конструкцию (рисунок 10). Основной рабочий орган этих установок — планетарная или фрикционная лебедка грузоподъемностью 500—1000 кг при скорости навивки каната на барабан 0,5—1,2 м/с. Привод лебедки осуществляется от двигателя внутреннего сгорания мощностью 4—6 кВт. Установки комплектуются легкой мачтой или треногой высотой 3—6 м. Специального ударного механизма эти установки не имеют.

Компонуются установки в виде одноосного прицепа на пневматических шинах и транспортируются автомашиной или даже мотоциклом, а в стесненных условиях на короткое расстояние — вручную.

Масса установок колеблется в пределах 250—1200 кг.

Буровые установки этого типа обслуживаются буровой бригадой из двух человек. Только при бурении с одновременным креплением скважины обсадными трубами состав бригады увеличивается до трех человек.

В настоящее время в эксплуатации находится около десятка типов установок этого класса. Наиболее распространенные из них—это установки Д-5-25, БУКС-ЛГТ, УБП-15М, БУВ-1Б.

Буровая установка Д-5-25 конструкции Днепрогипротранс (рисунок 2.1) предназначена для бурения скважин глубиной до 25 м, диаметром не более 145 мм. Установка оснащена лебедкой грузоподъемностью 500 кг со скоростью навивки каната на барабан 1 м/с, мачтой высотой 4,5 м и бензинового двигателя мощностью 5,9 кВт. Установка скомпонована в виде одноосного прицепа на пневматических колесах. Общая масса установки 370 кг.

Технология бурения скважин на установках подобного типа сводится к следующему.

Для бурения в мягких породах часто применяются ударные буровые гильзы-стаканы (рисунок 2.2, а). Буровой стакан, соединенный с ударной штангой, с помощью лебедки поднимается над забоем скважины на высоту 0,6—1,2 м и свободно сбрасывается. Частота ударов 15—20 удар/мин.

Ударные буровые желонки (рисунок 2.2, б) применяются для проходки водоносных песков и разжиженных глинистых грунтов. Желонки опускаются в скважину часто вместе с тяжелой ударной штангой (рисунок 2.2, в).

Грунтоносы (рисунок 2.2, г) предназначены для отбора монолитов грунтов. Отбор монолитов грунтоносом производится с помощью ударников (рис. 2.2, д). Грунтонос с ударником и ударной штангой на канате опускаются на предварительно зачищенный забой, после чего ударной штангой наносятся удары по наковальне. В результате ударов грунтонос, не отрываясь от забоя, внедряется в грунт, выбуривая керн.

1 – ударный стакан; 2 — штанга ударная; 3 — канат; 4 — ролик; 5 — мачта; 6 —двигатель; 7 — лебедка; 8 — рукоятки управления

Рисунок 2.1 – Установка Д-5-25 для ударно-канатного бурения забивными стаканами и грунтоносами

В сыпучих и неустойчивых породах бурение производится желонкой при одновременном закреплении скважины обсадными трубами (рисунок 11, ж). Встречаемые валуны разбивают долотом (рисунок 11, е) с ударной штангой при нанесении 15—20 удар/мин. Производительность ударно-канатного бурения легкими буровыми установками в 3 раза больше, чем ручного ударно-вращательного бурения.

Буровая установкаУБП-15М для инженерно-геологических изысканий (рисунок 2.3) предназначена для ударно-канатного бурения до 15 метров и для проведения пенетрации методом ударного зондирования до глубины 20 м. Диаметры скважин 168─108 мм. В состав установки входят:

- лебедка грузоподъемностью, кг – 1000;

- мачта складывающегося типа высотой до оси кронблока 5,6 м грузоподъемностью, т – 5;

- двигатель мощностью, кВт – 5,9;

- пенетрационный молот с высотой падения 800 мм, массой, кг – 60;

- масса всей установки, кг – 1100

а — ударный гильза-стакан; 1 — труба с вырезом; 2 — конус резьбовой; 3 — башмак; б — желонка: 1 — цилиндрический корпус; 2 — конус резьбовой; 3 — башмак; 4 — плоский клапан; в — ударная штанга: 1 — штанга; 2 — переходник-ушко; г — грунтонос: 1 — гильза; 2 — переходник; 3 — клапан дренажный шариковый; д — ударник для забивания грунтоноса в породу: 1 — переходник на грунтонос; 1 — наковальня; 3 — боек; 4 — патрубок; 5 — шток направляющий; 6 — утяжелитель; е — долото плоское; ж — обсадная труба: 1 — головка забивная; 2 — обсадная труба; 3 — ниппель; 4 — башмак фрезерный

Рисунок 2.2 – Инструмент для бурения легкими установками ударного действия

Пенетрационный молот предназначен для исследования плотности грунтов методом пенетрации (ударного зондирования) путем забивки в грунт штанг с конусом на конце и подсчета количества ударов молота, необходимых для погружения зонда на 10 см (рисунок 2.4).

Подготовив установку к работе, подвешивают между направляющими мачты пенетрационный молот. К молоту присоединяется штанга с конусом на конце. Забивка конуса производится ударником, поднимаемым при помощи лебедки. После заглубления первой штанги наращивается вторая штанга и т.д. Извлечение штанг после достижения конечной глубины производится лебедкой. При извлечении шплинт, удерживающий съемный конус, срезается и конус остается в скважине, не препятствуя подъему штанг. В некоторых случаях пользуются извлекаемым конусом, соединенным со штангой при помощи резьбы (см. рисунок 2.4, в).

1 — анкер; 2 — стопор шнековый; 3 — каток; 4 — лебедка ручная; 5 — рама;

6 — двигатель; 7 — бензобак; 8 — ящик для слесарного инструмента; 9 — опора задняя; 10 — ролик направляющий; 11 — центратор; 12 — мачта; 13 — молот пенетрационный; 14 — канат вспомогательный; 15 — лебедка; 16 — канат буровой; 17 — редуктор

Рисунок 2.3 – Установка буровая пенетрационная УБП-15М:

а — пенетрационный молот; 1—проворачивающийся переходник; 2 — фиксирующий болт; 3 — ударник 4 — кулачки-захваты; 5 — нижняя траверса; 6 — трос; 7 — направляющая штанга; 8 — каретка; 9 — ролики; 10 — указатели; 11 — верхняя траверса; б — штанги 1 — ниппель; 2 — штанга; в — конусы: 1 — неизвлекаемый конус; 2 — извлекаемый конус с резьбовым креплением

Рисунок 2.4 – Пенетрационный инструмент к установке УБП-15М