Глава 2 7

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН С УДАЛЕНИЕМ ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ ШНЕКОВЫМ ТРАНСПОРТЕРОМ

§ 1. Общие сведения

Вращательное бурение скважин с механическим способом удаления продуктов разрушения осуществляется с применением винтового транспортера непрерывного действия (шнека), приводимого в действие станком с механическим приводом. Организация работ при таком бурении отличается простотой при высокой производительности труда. Такой вид бурения применяют в породах достаточно мягких, несвязных и плотных I—V категории по буримости без керна и с получением керна с помощью ПРИ режу- ще-скалывающего действия (РСД). Особенностью этого способа является то, что разрушаемая порода удаляется из скважины одновременно с углубкой. Соединяют шнеки в колонну (став) с помощью быстроразъемных замков. Процесс бурения при этом не требует частых подъемов снаряда на поверхность земли, как это имеет место при других видах бурения. Механическая скорость бурения достигает больших величин. Например, при бурении в суглинках, песках и глинах (I — III категорий по буримости) рейсовая скорость может превышать 60 м/ч, а механическая достигает 700 м/ч; в гапечниковых отложениях она может быть до 30 м/ч. При глубине скважин 25—27 м в смену бурят по 3—4 скважины и более.

Охлаждение ПРЙ при бурении с шнековым транспортером происходит за счет теплообмена нагревающегося при трении ПРИ с породой при достаточно быстром его продвижении (углублении), что возможно только при разрушении достаточно мягких или рыхлых пород, чем и определяются условия применения такого способа бурения скважин на глубину до 60—80 м. Диаметр скважин может быть от 65 до 475 мм. Прибегают к такому способу бурения скважин при инженерно-геологических и геофизических исследованиях, геологической съемке и поисковых работах, а также при бурении технических скважин.

Основным достоинством вращательного способа бурения с применением шнеков является высокая скорость сооружения скважин и несложность выполняемых процессов при бурении и применяемого бурового инструмента.

Для вращательного бурения неглубоких скважин шнеками используют как специальные станки, так и установки комбинированного бурения.

К специальным станкам относятся мотобуры-протоотборники МП-1, мотобуры Д-10М, КМ-10 и установка ПБУ-10, предназначенные для бурения скважин на_/ глубину до 10—15 м при диаметре 5—100 мм. Для бурения неглубоких скважин (до 10—15 м) с применением шнеков служат установки легкого типа — мотобуры Д-10М, КМ-10, а также установки типа УКБ-12/25 и УБП-100, предназначенные для комбинированного бурения.

Для бурения более глубоких скважин при большом их диаметре с применением шнеков служат самоходные установки типа УРБ-1В, УШБ-ТМ, ШАК-4, УШ-2Т, предназначенные для комбинированного бурения.

§ 2. Буровой инструмент

При бурении скважин с удалением продуктов разрушения шнеками применяется технологический, вспомогательный и аварийный буровой инструмент. К технологическому инструменту относятся: породоразрушающий инструмент, шнеки и шнекоколонковые снаряды (грунтоносы); к вспомогательному—несложные приспособления для захвата и очистки шнека от выбуренной породы.

Породоразрушающий инструмент. При бурении скважин с шнековым транспортером применяется ПРИ режущего и режуще-скалывающего действия: лопастные долота с различной формой рабочей (режущей) части и коронки при бурении шнекоколонковыми снарядами для пород мягких (типа М) и перемещающейся твердости (типа МС). Для повышения износостойкости лезвия ПРИ армируют твердосплавными резцами, а для повышения эффективности при эксплуатации им придается определенная форма: спиральная, ступенчатая или овальная. При бурении суглинистых, а также песчано-глинистых образований I —

4. категорий по буримости применяются долота со спирально изогнутой лопастью и наклонными лезвиями (рис. 27.1). Долото с лопастью 1 присоединяется к шнеку хвостовиком 2 с пальцем- фиксатором 3, проходящим через отверстие в хвостовике и замковой муфте шнека.

Рис. 27.2. Долота для бурения скважин в хрупких плотных породах

Долота режуще-скалывающего действия двух- или трехлопастные имеют, как правило, прерывистые многоступенчатые, наклонно расположенные лезвия. Предназначены такие долота для разрушения хрупких пород III —VI категорий по буримости (рис. 27.2). Ступенчатая форма лезвий обеспечивает эффективное разрушение породы крупным сколом на уступах забоя. При этом повышается величина углубки на долото и снижается энергоемкость процесса разрушения породы. У некоторых долот такого типа (см. рис. 27.2) лопасть 1 крепится винтом 2 или болтом, а лезвия армируют твердосплавными резцами 5 или наплавляют релитом. Долото присоединяется к шнеку с помощью хвостовика 3 и пальца 4.

>4 О»

Рис. 27.4. Долота для бурения в породах перемежающейся твердости и в га- лечпиковых отложениях

ШШ

Трехлопастное долото (рис. 27.3) состоит из литого корпуса

3. с тремя лопастями 1, прерывистые лезвия которых армированы твердосплавными пластинками 9 и подрезными резцами 2 восьмигранной формы. Долото имеет шейку 4 с винтовой лопастью 5. Для присоединения к шнеку служит хвостовик б и стопорный палец 7 с подпружиненным фиксатором 8.

Для бурения в породах перемежающейся твердости I —VI категорий буримости, а также многолетнемерзлых пород в галечниках служат двухлопастные долота с овальной формой режущей кромки, армируемой резцами восьмигранной формы из твердого сплава ВК-8 и наплавкой релита. Конфигурация лезвий в этом случае определяется в соответствии с характерной формой естественного износа лопастей долота при бурении. Присоединяются такие долота к шнекам хвостовиком плоской или шестигранной формы (рис. 27.4).

Для бурения в мягких породах I — IV категорий по буримости служат долота режущего действия типа 1ДРШ-М, а в породах перемежающейся твердости II — IV категорий по буримости долота типа 1ДРШ-МС (рис. 27-5). Долота состоят из корпуса 1, двух лопастей 2, 3, расположенных под углом 5° относительно оси

Гис. 27.5. Долота конструкции СКБ НПО «Геотехника» для бурения в мягких породах и перемежающейся твердости: а - 1ДРШ-М; б - 1ДРШ-МС

корпуса. Лопасть 3 выполнена в виде калибрующего сектора. Лезвия лопастей армированы четырехгранными резцами 4 из твердого сплава ВК-8 и ВК-6. Такая конструкция обеспечивает эффективное удаление продуктов разрушения и более высокую скорость бурения.

Все долота имеют диаметры на 10—15 мм больше диаметра шнеков, которыми осуществляется бурение.

Шнек (в переводе в немецкого —винт) (рис. 27.6, а) представляет собой трубу 2 диаметром d, по наружной поверхности которой приварена спирально навитая стальная лента 3. Спираль имеет толщину 5—7 или 8—10 мм (утяжеленный шнек) и шаг витка S: у шнеков для бурения в вязких породах (0,4—0,7), а для сыпучих и твердых — (0,8—1,0) диаметра шнека. Длина отдельных шнеков 1,5—3,0 м, диаметры —от 65 до 475 мм. Наиболее ходовые диаметры шнеков 80, 100, 135, 150, 180, 200 и 300 мм. Шнеки соединяются в колонну либо с помощью резьбы (труба

Рис. 27.6. Технологический инструмент:

а — шнек: 1 — присоединительный элемент; 2—труба; 3 — спираль; 4— хвостовик; 5 — отверстие; 6 — стопорный палец; 7 —шарик; б— полый шнек: / — коронка; 2 —наружная труба; 3 — гильза; 4 — хвостовик

Рис. 27.7. Шнековый колонковый снаряд со съемным кернопрнемником

в трубу) или безрезьбовым способом. В последнем случае один конец шнека имеет хвостовик 4 шестигранной или плоской формы с отверстием 5 для пальца-стопора 6, а на другом конце присоединительный элемент 1 под хвостовик соответствующей формы. Закрепляется такое соединение пальцем-стопором 6, фиксируемым подпружиненным шариком 7.

Для взятия образцов пород (керна) служат шнекоколонковые снаряды с гильзой (рис. 27.6, б) или со съемной керноприемной трубой-грунтоноской — ШССК (рис. 27.7). На наружную трубу 5 такого снаряда, имеющую вид полого шнека, крепится коронка

2. РСД обуривающего типа. Внутренняя керноприемная труба 4 разъемного типа, оснащенная стаканом-штампом 1 и кернозахватывающим устройством 3, с помощью узла подвески 6 на шарикоподшипниковой опоре соединена со стопорным узлом 7, снабженным подпружиненными фиксаторами 8, утяжеленной штангой 9 и фасонной головкой 10 для захвата ловителем при извлечении грунтоноски на поверхность после заполнения ее породой. Принцип работы такого снаряда аналогичен работе ССК.