5.4. Процесс бурения

Технология ударно-канатного способа бурения зависит от геологических условий. В песках и песках-плывунах бурение скважин под воду, как правило, ведется с использованием желонки с плоским клапаном и одновременным креплением стенок скважин обсадными трубами. В водоносных и чистых песках (сухих) следует применять желонку, утяжеленную короткой ударной штангой. Число ударов должно быть минимальным. В процессе бурение артезианских скважин нельзя допускать, чтобы желонка опускалась ниже башмака обсадной трубы более чем на 0,5-0,75 м, так как песок может обвалиться и зажать желонку. В песках-плывунах скважина заполняется песком с водой, поднимающимся за желонкой. Надо следить, чтобы желонка не переполнялась и порода не перебрасывалась через нее вверх, так как попавшая в кольцевой зазор между обсадной трубой и желонкой порода может вызвать прихват. Поэтому плывуны надо проходить быстро, без остановок, по возможности укороченными рейсами. В галечниках и гравийных породах бурение ведут двутавровыми долотами с применением желонки с плоским клапаном и низким башмаком, в глинистых породах (в плотных и сухих глинах) бурят двутавровыми долотами. Глину разрыхляют долотом на глубину 0,5-0,75 м, а затем используют желонку. В сильнопесчанистых глинах скважину можно проходить буровым стаканом (утяжеленной желонкой без клапана).

Пластичные вязкие глины можно успешно бурить специальным долотом, изготовленным из обычного двутаврового или плоского (зубильного) долота, на конец которого приварены дополнительные лопасти, в результате чего оно приобретает вид крестового. Для работы таким долотом в скважину доливают 3-5 л воды и бурят в течение нескольких минут. Образовавшийся в скважине тестообразный шлам извлекают на корпусе долота.

Глинистые породы с валунами, особенно при большом скоплении последних, бурить сложно, так как при этом очень часто наблюдается искривление скважин.

Для разрушения валунов, больших по размеру, чем диаметр обсадных труб, следует применять тяжелые округляющие долота. Твердые и крепкие монолитные породы (плотные сухие глины, глинистые сланцы, известняки, песчаники, граниты, кварциты и прочие крепкие и абразивные породы) проходят периодическим дроблением с последующей очисткой скважины желонкой с плоским клапаном.

При бурении необходимо, чтобы скважина не сужалась и имела округлую форму. Причина сужения – быстрый износ долота. Трещиноватые изакарстованные породы бурят крестовыми и округляющими долотами с углом приострения 90.Трещиноватые породы склонны к обрушению и вывалам, поэтому бурение артезианских скважин на воду в них следует производить осторожно при всегда натянутом канате, не допуская раскачивания инструмента и одновременно обсаживая скважину.

Зону вечной мерзлоты, сложенную твердыми и крепкими устойчивыми породами (известняками, песчаниками, плотными глинистыми сланцами, гранитами и т.д.), бурят практически так же, как те же породы при обычных условиях. Бурение скважин в мерзлых, рыхлых породах (песчанистых глинах, песках, мягких глинистых сланцах, разрушенных песчаниках и известняках) значительно отличается от бурения в породах с положительной температурой. Сложность бурения обусловливает высокая чувствительность мерзлоты к нарушению ее теплового режима

Последовательность операций при сооружении скважины ударно-механическими станками обычно такова: на месте заложения скважины подготовляется площадка (иногда проходится небольшой шурф-приямок), на площадке устанавливается буровой станок, колеса его раскрепляются колодками. Далее поднимается мачта. После этого собирают буровой инструмент в такой последовательности (снизу вверх): на долото навинчивается ударная штанга, на последнюю ножницы и, наконец, канатный замок.

Собранный снаряд опускают в скважину и ставят долото на забой; оснастка каната должна быть следующей: канат от замка огибает верхний блок мачты или вышки, далее идет под оттяжной ролик и, огибая направляющий ролик, идет к барабану.

Натяжка каната должна быть такой, чтобы при верхнем положении оттяжного ролика долото только слегка касалось забоя. На канате, идущем из скважины, крепится поворотный хомут. Далее пускается в ход двигатель и главный вал, от главного вала – долбежный механизм. После каждого удара долото поворачивается.

После углубки на 30–50 см бурение прекращается, инструмент поднимается на поверхность, и в скважину опускается желонка; после чистки скважины в нее подливается вода и снова приступают к бурению.

Скорость проходки при ударном бурении зависит oт веса снаряда, высоты подъема инструмента и числа ударов. Высота подъема долота обычно находится в пределах 500–1000 мм. Число ударов при малых глубинах скважины достигает 50–60 в минуту; по мере углубки скважины число ударов снижается до 30 в минуту. Число ударов зависит также от величины хода инструмента и плотности шлама. Чем больше ход инструмента, тем больше время его падения, и тем меньше должно быть число ударов. При глубоком бурении и большой длине достаточно эластичного каната он может подхватывать долото раньше, чем последнее успеет ударить о забой, что резко снижает силу удара.

В случае проходки пород, в которых сильно увязает долото, над ножницами ставят вторую ударную (выбивную) штангу.

По буримости при ударно-механическом способе бурения породы разбиты на семь категорий. Скорость проходки в час чистого бурения в зависимости от крепости пород варьируется от 0,05 до 7 м.