Буровые работы

Бурение скважин, выполнятся для изучения геологического разреза, т.е. для выявления последовательности залегания пластов, их мощности, состава, плотности, консистенции, влажности, водоносности, а также для отбора образцов пород и последующего испытания в лабораторных условиях. Для этой цели применяется ручное и механическое бурение. Ручное бурение выполняют ударно-вращательным или ударно-канатным способом. Механическое бурение осуществляется вращательными, ударно-механическими и вибробуровыми установками.

Выбор способа бурения зависит от состава проходимых пород, от назначения и глубины бурения, от условий производства работ. При выборе способа бурения особое внимание уделяется качеству и виду отбираемых образцов пород и экономической эффективности способа.

Диаметры скважин зависят от их назначения и колеблются в широких пределах – от 89 до 325 мм и более, а глубина инженерно-геологических скважин может быть 10, 30, 100 м и более.

Способ ручного бурения применяется на объектах с малыми объемами работ, в районах, куда доставка механических буровых установок может быть сопряжена с трудностями. По способу проходки скважины оно может быть вращательным, ударным и комбинированным – ударно-вращательным. Для взятия образцов породы с ненарушенной структурой используют грунтоносы. Ручное ударно-вращательное бурение применяется для всех видов грунтов, кроме скальных; бурение ведется с применением разного рода средств и приспособлений, рис. 2.3.

В зависимости от состава пород в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах применяют ложки и змеевики, в обломочных породах – долота и желонки, в сильно обводненных песчаных и илистых грунтах – желонки. В процессе ручного бурения производится отбор образцов грунта нарушенной и не нарушенной структуры.

Рис. 2.3. Ручное бурение

1 – змеевик; 2 – долото; 3 – ложка; 4 – желонка; 5 – грунтонос;

6 – штанга; 7 – обсадная труба; 8 – хомут; 9 – лебедка; 10 – копер; 11 – устье скважины; 12 – забой.

На основании механизации ударно-вращательного способа возник ударно-канатный способ бурения. Буровой снаряд, спущенный в скважину на канате, периодически поднимают и сбрасывают на забой с помощью ударного механизма рис. 2.4. Бурение у д а р н о-к а н а т н ы м способом может вестись сплошным и кольцевым забоем. При бурении сплошным забоем проходка скважины производится путем сбрасывания (ударов) на забой долота, с последующим извлечением породы желонкой, а при бурении кольцевым забоем – сбрасыванием (забивкой) забивного стакана, который постепенно наполняется грунтом и затем поднимается на поверхность. Долото используют для раздробления твердых включений (валунов и др.). Желонка представляет собой стакан, в нижней части которого имеется башмачок с клапаном, который при подъеме закрывает отверстие. Недостаток этого способа бурения – его большая трудоемкость и малый темп работ.

Рис. 2.4. Схема работы ударно-канатного станка.

1 – буровой снаряд; 2 – инструментальный канат; 3 – шестерня привода ударного вала; 4 – кривошип; 5 – шатун; 6 – оттяжная рама.

К о л о н к о в о е бурение является разновидностью вращательного способа проходки скважин, когда забой разрабатывается по кольцу, с оставлением не разрушенного столбика породы-керна, рис. 2.5. Его основные преимущества:

1) получение образцов в виде колонки породы-керна, по которому судят о геологическом строении и физико-механических свойствах проходимых пород;

2) возможность бурения скважин в породах любой крепости под различными углами наклона к горизонту.

Колонковое бурение ведется при помощи колонковой трубы, к нижнему торцу которой привинчивается кольцевая коронка с зубьями из твердого сплава или алмазная коронка, которая вращается со скоростью 50–300 об/мин образуя забой в виде кольца, а в центре его остается столбик нетронутой породы – керн. Продукты разрушения породы – шлам – удаляют из забоя (в зависимости от физико-механических свойств пород и глубины скважины) нагнетанием в скважину глинистого раствора или продувкой сжатым воздухом. При наполнении колонковой трубы керном или при затуплении резцов коронки бурение прекращают; керн заклинивают в конусе корпуса коронки, отрывают от забоя и поднимают вместе со снарядом на поверхность. Колонковое бурение может использоваться для проходки скважин во всех видах грунтов (за исключением песчаных и глинистых мягкопластичных), причем на значительные глубины. Этот способ обеспечивает получение образцов пород (керна) с естественной структурой и влажностью.