Глава 5. Ударно-канатное бурение

5.1. Основные понятия

Ударно-канатное бурение относится к ударно-механическому бурению которое подразделяется на два основных вида: штанговое и канатное.

Ударно-канатное бурение известно еще со времен древнего Китая. В Китае с некоторой высоты кидался конусообразный груз, который раздвигал и уплотнял грунт. Сейчас же для ударно-канатного бурения используют желонки и забивные стаканы. Желонка – это снаряд, который кидается с высоты в скважину (рис.5.1). При ударе о дно скважины в желонку входит грунт, который остается в ней за счет наличия клапана. Потом желонку вытаскивают на поверхность, вытряхивают из нее грунт, и снова кидают. Забивной стакан – по сути это тоже желонка, с той лишь разницей, что в стакане нет клапана, и грунт застревает в стакане за счет силы трения.

Рис. 5.1. Желонка [13]

В наши дни практике применяется почти исключительно канатное бурение по следующим причинам: все канатное оборудование, в том числе и станок, легче штангового; на канате быстрее проводятся спускоподъемные операции; не требуется организация промывки забоя, исключается высокая аварийность при работе со штангами.

Ударно-канатный первый и основной способ бурения скважин на воду состоит из периодического разрушения пород дроблением с помощью соответствующих долот и последующей очистки забоя желонками. Отличительные особенности скважин, пробуренных этим способом, заключаются в сохранении высоких дебитов и больших сроков их службы (иногда 70-80 лет и более). В настоящее время в нашей стране ударно-канатный способ бурения артезианских скважин вытесняется роторным способом бурения. Однако за рубежом (в США, Великобритании, ФРГ) многие фирмы до сих пор отдают ему предпочтение. В каждом станке для канатного ударно-механического бурения имеются следующие узлы: 1) главный или трансмиссионный вал, получающий вращение от двигателя и передающий вращение другим узлам; 2) долбежный вал (ударный механизм) с оттяжным роликом; 3) инструментальный барабан (подъемный механизм); 4) желоночный барабан.

Передача движения от главного вала осуществляется или зубчатыми шестернями, или фрикционными колесами.

Движение от двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя главному валу производится плоскоременной или клиноременной передачей.

Станки изготовляются передвижными и самоходными, на колесном или гусеничном ходу, а также на шасси автомашины. Для спуско-подъемных операций станки имеют мачту.

Рис. 5.2. Ударный стакан[13]

5.2. Буровые станки

По системе ударного механизма станки разделяются на балансирные и безбалансирные, работающие по принципу оттяжки.

Ударный снаряд подвешивается на канате, который через головной ролик (на мачте), оттяжной ролик (на кривошипно-шатунном механизме) и направляющий ролик (на оттяжной раме) идет к инструментальному барабану.

Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается при помощи оттяжного механизма, который состоит из оттяжной рамы и кривошипно-шатунного механизма.

По мере углубления скважины бурильный канат стравливается с инструментального барабана, осуществляя подачу долота.

Чтобы получить скважину круглого сечения, необходимо после каждого удара инструмент (долото) поворачивать

Если в разрезе есть неустойчивые породы, стенки скважин закрепляют колонной обсадных труб. Тяжелые комплекты труб спускают в скважину с трубного (талевого) барабана (есть на ударно-канатных станках тяжелого и среднего типов)

Кроме того, станок часто имеет ручную или механическую лебедку для подъема и опускания мачты. Мачта при перевозках станка кладется в горизонтальное положение.

На буровых работах применяются следующие канатные станки: УА-75, «Уралец» БУ-1, БУ-20-2, УКС-20. УКС-22, УКС-30 и др.

Ударно-канатные станки имеют примерно следующую основную характеристику: число ударов 40–60 в минуту, ход инструмента (высота подъема) 50–110 см; путем перестановки пальца кривошипа можно изменять ход инструмента.

Станок БУ-20-2 (самоходный), имеющий значительное распространение, имеет следующие характеристики:

• предназначен для бурения скважин начальным диаметром до 300 мм, глубиной – до 300 м;

• вес бурового снаряда 1300 кг;

• высота подъема над забоем –0,45–1,1 м;

• число ударов – 56 в минуту;

• высота мачты 11,6 м;

• вес станка 11,1 т.