Медленновращательное и комбинированное бурение

Медленновращательное бурение

При вращательном бурении без очистного агента разрушение породы и углубка скважины происходит за счет срезания и частичного уплотнения породы вращающимся инструментом с режущими лезвиями – буром. При этом разрушается и уплотняется лишь незначительная часть породы из общего объема скважины, а большая часть попадает внутрь или на лопасти бура и затем извлекается вместе с ним из скважины и используется в качестве образца. Поскольку при таком воздействии инструмента приходится преодолевать значительное сопротивление при уплотнении породы в стенки скважины и большие силы трения, для вращения инструмента требуются весьма высокие значения крутящего момента. При ограниченной величине приводной мощности увеличение крутящего момента можно получить только за счет снижения частоты вращения. За счет интенсивного трения инструмента о стенки скважины с увеличением скорости вращения резко возрастает выделение тепла и нагрев инструмента. В виду всего этого, вращательное бурение без очистного агента возможно только при невысоких скоростях вращения, обычно в пределах 0, 1-1, 0 с^-1, почему этот вариант и называется «медленновращательное бурение» (при вращательном бурении с очистным агентом или шнеками частота вращения 2, 0-25 с^-1).

Крутящий момент при медленновращательном бурении составляет до 3-5 кН, причем значения момента возрастают по мере внедрения инструмента в породу за счет увеличения трения и уплотнения породы. Одновременно за счет уплотнения породы снижается и скорость бурения. Характер зависимостей М_кри V_м от величины углубки инструмента параболический. С учетом этих зависимостей рациональная углубка за рейс составляет от 0, 3-0, 5 до 1, 2-1, 5 м.

Для разрушения, уплотнения породы и внедрения инструмента одновременно с его вращением, требуется передача на инструмент осевой нагрузки, величина которой составляет от 1-3 до 10-15 кН.

В зависимости от свойств буримых пород и требований опробования применяют различные буры или грунтонасосы. В плотных связных породах при отсутствии особых требований к качеству образцов применяется спиральный бур, называемый также «змеевик» рис.8.15. Такой бур легко ввинчивается в породу (как штопор), не нуждается в создании осевой нагрузки, но требует значительных усилий при извлечении. После углубки на 0, 3-1, 5 м. бур без вращения поднимается на поверхность вместе с породой, удерживаемой на его лопастях. В рыхлых, малосвязных, влажных породах используется ложковый бур (буровая ложка). Ложковый бур имеет режущие лопасти, которые срезают слой породы, поступающей внутрь бура, где она уплотняется и за счет этого удерживается при подъеме бура на поверхность.

При необходимости, для получения образцов с ненарушенной структурой, используются различные грунтоносы. Грунтонос разрушает породу по кольцевому забою, в центре которого остается ненарушенный столбик породы, попадающий внутрь грунтоноса. Внутри корпуса грунтоносов обычно имеется разъемная гильза или другие приспособления, облегчающие извлечение и обеспечивающие сохранность образца, один из грунтоносов показан на рис. 8.15.

При медленновращательном бурении вращение и осевая нагрузка передаются на бур или грунтонос через колонну бурильных труб. Трубы служат также для спуска бура в скважину и подъема его на поверхность. Соединяются трубы между собой в колонну резьбовыми соединительными элементами, обычно муфтово-замкового типа. Для медленновращательного бурения обычно используются бурильные трубы геологоразведочного сортамента с наружным диаметром 50 или 63, 5 мм, длина труб 3-4, 5 метра.

А б в

Рис. 8.15. Буровой инструмент для медленно-вращательного бурения

а – спиральный бур (змеевик),

б – ложковый бур,

в – грунтонос обуривающий, (1 – корпус,

2 – разъемная гильза)

Комбинированное бурение

Поскольку даже при небольших глубинах скважин однородные разрезы мягких пород встречаются редко, а чаще чередуются с твердыми прослойками или пластами неустойчивых пород, то в таких случаях целесообразно в одной скважине чередовать медленновращательное и ударное бурение, т.е. применять комбинированное бурение.

Наиболее простым и доступным вариантом комбинированного бурения является ручное бурение. Еще в 50-е годы ручное бурение было преобладающим при выполнении инженерно-геологических изысканий, разведке россыпей и стройматериалов, поисково-съемочных работах. В настоящее время ручное бурение почти полностью заменено механическим, однако в отдельных случаях при поисково-съемочных работах, бурении одиночных инженерно-геологических скважин в неудобных для техники местах, для индивидуального водоснабжения ручное бурение еще применяется.

При ручном бурении в основном используется медленновращательный способ спиральными или ложковыми бурами. При встрече твердых пропластков или включений в скважину на бурильных трубах спускают долото и ударным способом разрушают твердое включение, затем желонкой также на бурильных трубах поднимают разрушенную породу. При встрече неустойчивых пропластков (плывучих, сыпучих песков) ручное бурение можно вести с одновременным закреплением скважины обсадными трубами также как при механическом ударно-канатном бурении.

В прошлом скважины ручного бурения достигали глубин 100-120м, при начальном диаметре до 250 мм. При этом использовались деревянные вышки-треноги и подсобные механизмы - ручные лебедки, воротки, балансиры. В настоящее время ручным способом проходятся скважины глубиной до 15 м, диаметром 35-60 мм (для водоснабжения до 150мм) и все технические средства сводятся только к комплекту инструмента. Так для поисково-съемочных работ может еще использоваться комплект «бур геолога» массой 16 кг, позволяющий бурить скважины глубиной до 10 м, диаметром 35мм. Механическое комбинированное бурение применяется значительно шире при разведке россыпных месторождений, бурении инженерно- и гидрогеологических скважин, мелкого водоснабжения, разведке стройматериалов. Технические средства для комбинированного бурения объединяют в себе механизмы ударного и вращательного действия, а также включают механизмы для принудительного погружения обсадных труб. Буровой инструмент также представлен комплектами для ударного и вращательного бурения. Бурение может вестись попеременно медленновращательным способом в мягких однородных породах и ударно-канатным способом при встрече твердых прослоев и включений и при встрече плывучих и сыпучих пород. Погружение обсадных труб при проходке неустойчивых пород может осуществляться одновременно с бурением желонкой, используя вращательный механизм. Обсадные трубы могут также забиваться с помощью ударного механизма или погружаться одновременным воздействием вращения и ударов. Буровые установки для механического комбинированного бурения выпускаются разными ведомствами, их представителями являются установки БУУ-2, УБР-2М, БУГ-100, БУГ-50 (табл. 8.7). Принципиальная схема характерной для этого вида бурения установки УБР-2М приведена на рис.8.16. Важной особенностью этой установки является наличие вращателя шпиндельного типа с гидравлической системой подачи способного вращать и погружать как буровой инструмент, так и обсадные трубы.

Таблица 8.7. Основные параметры установок комбинированного бурения

Параметры	УБР-2М	БУУ-2	БУГ-100
Глубина бурения, м.
Вращатель тип частота вращения, с^-1	шпиндельный 0, 2; 0, 4; 1, 26	роторный	шатунно-кривошипный 0, 03; 0, 06.
Механизм подачи: ход подачи, мм, Макс. крутящий момент, кНм	гидравлический 7, 0	гидравлический 4, 6	свободный 20, 0
Ударный механизм: тип частота ударов, мин высота сбрасывания	свободный сброс	шатунно-кривошипный 41; 62 500; 700; 1000	свободный сброс 30; 60
База	автомобиль ЗИЛ-131	трактор ДТ-75Б	подкатные тележки
Масса, кг

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒