Ударное бурение

        (a. percussive drilling; н. Stoβbohren, Schlagbohren; ф. forage par battage, forage par percussion, burinage; и. perforacion por percusion, sondeo por percusion, taladrado por percusion) — способ бурения, при к-ром разрушение породы происходит под действием ударов падающего на забой скважины бурового снаряда либо ударов по снаряду, стоящему на забое. Используется в осн. в мягких и рыхлых отложениях c обломочными включениями, a также скальных породах до глуб. 100 и более м. Pазрушение пород носит характер дробления, раздавливания и рыхления. Бурение осуществляется сплошным или кольцевым забоем.         
После нанесения очередного удара инструмент отрывается от забоя либо постоянно контактирует c ним (забивание). Для спуска бурового снаряда используются канат или штанги (ударно-канатное и ударно-штанговое бурение) и спец. двойные концентрич.

убы. B узком смысле под У. б. понимают только ударно-канатное бурениe, получившее в практике наибольшее распространение. Pазрушение породы при ударно-канатном бурении сплошным забоем осуществляется снарядом, включающим долота разл. типов, ударные штанги, яссы (ножницы) и канатный замок, в к-ром закреплён конец инструментального каната. Для бурения в мягких породах используют плоские долота c клинообразным (иногда сменным) лезвием, в вязких породах — двутавровые, в твёрдых трещиноватых — крестовые, в валунах — пирамидальные. Pазрушение достигается сбрасыванием снаряда массой 500-2500 кг c выс. 300-1000 мм c частотой 45-60 уд/мин. B момент подъёма снаряда под действием упругости каната происходит его поворот на 20-50°, что обеспечивает обработку всей площади забоя. Для подъёма и сбрасывания ударного снаряда используется ударный механизм (качающаяся рама c приводом от кривошипно-шатунного механизма, эксцентричный ролик, система гидроцилиндров). B сухих скважинах на забой периодически подливают воду. После разрушения участка скважины определённой длины (0,2-0,6 м) продукты разрушения извлекаются c забоя посредством обычной или поршневой Желонки, к-рая в песках и галечниках применяется также и для бурения (забивания в породу). Ударно-канатное бурение сплошным забоем используется для сооружения скважин на воду и при разведке россыпных м-ний п. и. в наиболее сложных геол.-техн. условиях (рыхлых породах c большим содержанием гравийно-галечных отложений и валунов), водопонизит.
важин для осушения карьеров, a также при взрывных и строит. работах. Глубина скважин в осн. 50-100 м, реже до 300 м, диаметры 150-850 мм.         
Ударно-канатное бурение кольцевым забоем осуществляется посредством Грунтоносов (забивных стаканов, иногда разъёмных), сбрасываемых на забой и внедряющихся в породу на 0,1-0,2 м либо забиваемых бойком c ударной штангой c частотой 40-50 уд/мин. Macca ударной части снаряда 100-500 кг, интервал углубления без отрыва стакана от забоя 0,2-0,6 м (за один удар в песках 0,3-0,4 см, глинах 0,8-1,2 см, супесях и суглинках 1,5-2 см). Применяются также установки, в к-рых для сбрасывания ударного снаряда используется эксцентриковый механизм свободного сброса или лебёдка. Бурение кольцевым забоем используется в мягких и рыхлых породах на глуб. до 15-30 м инструментом диаметром 73-273 мм при инж.-геол. и гидро-геол. исследованиях, поисках и разведке россыпных м-ний, нерудных строит. материалов и др. п. и.         
При У. б. двойными концентрическими бурильными трубами их забивают дизельным молотом или др. источником ударных импульсов. Для разрушения породы служит кольцевой башмак c твердосплавными резцами. B кольцевой зазор между наружной и внутр. трубами подаётся сжатый воздух, к-рый поднимается по центр, каналу и транспортирует c забоя разрушенную породу. Этот способ применяется за рубежом для бурения скважин диаметром 140-500 мм на глуб. 15-30, реже до 100 м при разведке россыпей и строит. работах (в осадочных породах c большим содержанием обломочного материала). Энергия удара до 10-12 кДж, частота 90-100 уд/мин. Cкорость бурения в неск. раз превышает скорость ударно-канатного бурения, достигая 5-30 м/ч при углублении 5-6 мм за удар.

Литература: Cправочник инженера по бурению геолого-разведочных скважин, т. 1-2, M., 1984.

B. Г. Kардыш.

Источник: dic.academic.ru

Бурильный инструмент

Инструменты, применяемые в процессе производства работ, подразделяются на технологические и вспомогательные.

Технологическая оснастка — это приспособления, с помощью которых буровым станком выполняется разрушение породы и извлечение ее на поверхность. Комплект специальных деталей, соединенных в заданной последовательности, образует буровой снаряд. Масса ударного снаряжения зависит от крепости разрабатываемой породы.

В стандартный набор входят:

• долото;
• раздвижная и ударная штанги;
• желонки или стаканы;
• канатный замок;
• желоночное ушко.

Вспомогательный инструмент необходим для обслуживания основного оборудования в процессе бурения скважины.

К нему относятся:

• канат стальной;
• комплект приспособлений для работы с обсадными трубами (башмаки, хомуты, забивной снаряд и др.);
• гаечные и разводные ключи.

Ударные долота предназначены для разрушения грунта в забое и для зачистки стенок скважины. Штанги применяют для увеличения веса бурового снаряда и удержания вертикального уровня выработки.

Замки канатные и переходники служат для сборки отдельных элементов в единый рабочий орган установки.

Желонки с клапаном плоской формы предназначены для удаления из выработки породы, размельченной долотами, а также для бурения в мягких слоях почвы. Для вязких глинистых пластов такой метод не подходит, в этом случае применяют желонки без клапанов (стаканы).

Стаканы имеют 1 или 2 продольных разреза для очистки приспособления от налипшей почвы. В нижней части приспособления размещается насадка, оснащенная рабочим кольцом с алмазной режущей кромкой.

Особенности бурения по различным грунтам

Метод механического бурения заключается в разламывании породы, подъеме ее наверх и укреплении стенок выработок. Грунтовый пласт в забое разрушают ударами, резанием, сколом или комбинированным способом.

Эффективность разлома породы и производительность бурения зависит от:

• веса сбрасываемого снаряда;
• высоты падения;
• количества ударов в единицу времени;
• прочности проходимых пород;
• типа и качества режущей части долота.

Для разрушения твердых пород применяют тяжелый инструмент при незначительной высоте подъема и наибольшем количестве ударов. При проходке мягкой почвы требуется небольшое орудие, большая высота сброса и малое количество ударов.

Вязкие и крепкие породы следует пробивать в два подхода: разрушение выполняется с помощью долота, раздвижной и ударной штанг, а выемка шлама из выработки производится посредством желонки с клапаном.

Рыхлые почвы проходят одной желонкой, которая в процессе работы заполняется грунтом. После прохождения намеченного участка устройство поднимают из скважины, очищают и вновь опускают в забой.

Шлам доставляют на поверхность двумя способами: сухим (при помощи конвейера или сжатого воздуха) и гидравлическим, при котором порода вымывается водой, подаваемой в выработку под большим давлением.

Обсаживание стенок скважин

При использовании всех механических и ручных методов бурения стенки выработки укрепляют обсадными трубами (Ø 50-200 мм). Звенья конструкции соединяют ниппелями или муфтами. Верхний конец профиля оборудуют защитным патрубком, а низ колонны — алмазной коронкой, облегчающей установку сооружения.

Последовательность проведения работ:

1. Вначале нужно проверить комплектность труб, измерить их, пронумеровать и сложить по порядку.
2. Перед спуском с верхнего конца сегмента следует снять предохранительные кольца, зачистить и смазать соединительную конусную резьбу.
3. Установить первую секцию, затем нарастить и опустить следующую трубу в муфту предыдущего сегмента при строгом соблюдении соосности и вертикальности конструкции.
4. В случае принудительной установки обсадных профилей на верхнюю соединительную муфту наворачивают предохранительную насадку и с помощью забивной бабы равномерными ударами по этой головке вколачивают всю колонну в скважину.

Заканчивать монтаж секций необходимо посадкой обсадных труб на 2-3 м в глубь целикового грунта. Такой прием защитит внутреннюю поверхность скважины от попадания в нее песка и вышележащих почвенных вод.

Скважина на участке

Принимая решение о бурении скважины, нужно удостовериться в наличии воды на участке, установить глубину расположения водоносного слоя, определить количество и качество доступного ресурса. Для того чтобы получить такую информацию, необходимо пригласить специалистов, которые проведут геологические исследования грунта и дадут рекомендации по обустройству водозабора.

В зависимости от условий залегания горизонта и гидрогеологических особенностей почвы принято различать 3 типа источников:

• верховодка;
• межпластовые (песчаные);
• артезианские.

Верховодкой называется временное сосредоточение подземных ресурсов в области аэрации, образовавшихся в результате фильтрации дождевых или талых вод. Запасы такого источника незначительны и зависят от объема атмосферных осадков в регионе проживания. Для системы водоснабжения дома такие ресурсы не используются.

Наиболее пригодны для устройства питьевого водопровода источники, находящиеся между плотными пластами пород (песчаные). Такие горизонты отличаются постоянством запасов и высоким качеством воды.

Артезианскими называются источники, залегающие на большой глубине между непроницаемыми водоупорными породами. Они хорошо защищены от поверхностных загрязненных стоков, отличаются большими и устойчивыми запасами ресурсов. Артезианские выработки оптимальны для снабжения питьевой водой жилых домов и мелких фермерских хозяйств.

Скважина представляет собой отвесную цилиндрическую выработку, расположенную перпендикулярно направлению движения водоносного слоя. Стенки источника закрепляются стальными обсадными трубами. Внутренний диаметр профиля зависит от перекачивающего оборудования (насоса, колонки и др.). В границах водоносного слоя конструкцию скважины снабжают очистными фильтрами.

Верхняя часть сооружения оборудуется защитным оголовком, предохраняющим источник от попадания в канал выработки сточных вод и других загрязнений. Устье водозабора должно находиться в смотровом колодце или кессоне. Размеры камеры зависят от количества размещаемого оборудования.

Порядок выполнения работ

Ударно-канатный способ бурения применяется для оборудования скважин глубиной от 5 до 30 м с диаметром ствола 75-325 мм. Процесс состоит из разламывания породы, подъема ее на поверхность, уплотнения стенок забоя и оборудования оголовка источника.

Инструкция по выполнению работ:

1. Вокруг предполагаемой выработки сооружают настил из досок.
2. В месте оголовка по центру вырезают отверстие, диаметр которого равен размеру ствола скважины.
3. На площадку устанавливают бурильный станок (при использовании механического способа) или треногу с блоком и лебедкой (при обустройстве скважины своими руками).
4. Через блок пропускают стальной канат.
5. На конец троса при помощи специального замка крепят долото или желонку.
6. Отвесом определяют центр выработки.
7. На величину ударного снаряда выкапывают шурф.
8. Проверяют соосность инструмента и скважины.
9. Освобождают лебедку и сбрасывают снаряд.
10. Поднимают желонку, очищают от грунта, наращивают штанги и повторяют процесс.
11. По мере углубления забоя в скважину опускают обсадные трубы.
12. Бурение выполняют до тех пор, пока снаряд не подойдет к водоносному слою.

Недостатки и преимущества процесса

Преимущества:

1. Не нарушается природное состояние водоносного горизонта.
2. Возможность оборудования глубоких скважин большого диаметра.
3. Разрешается устройство выработок в регионах со сложными гидрогеологическими условиями.
4. Бурение в безнапорных слоях любой мощности.
5. Возможность производства работ на валунно-галечниковых отложениях и в местах с рыхлыми породами.

Недостатками ударно-канатного способа, кроме его высокой стоимости, являются коррозия обсадных труб и разрушение поверхности. В результате таких дефектов существует риск загрязнения питьевой воды неметаллическими включениями, а при разрушении стальной оболочки возникает возможность попадания ливневых вод в скважину.

Источник: scvazina.ru

Ударный способ бурения скважин представляет собой методику проведения буровых работ для получения скважин сплошным забоем на глубину до 250 метров. Целью проведения бурения ударным способом и получения скважин со сплошным забоем – организация источника водоснабжения, проведение детальной разведки каменных пород, инженерно-геологические изыскания, установка свай набивного типа и многое другое. Данная технология предполагает получение скважины диаметром 300 мм у поверхности и около 150 мм на глубине.

Ударный способ бурения скважин по методу воздействия на породу и организации процесса бурения можно разделить на три подтипа проведения такого рода работ: ударно-канатный, ударно-штанговый и ударно-вращательный способы.

Первый, ударно-канатный способ бурения скважин, часто используется для получения источника водоснабжения на участке даже непрофессиональными пользователями. Принцип действия ударно-канатной буровой установки очень прост: он заключается в подъеме на определенную высоту и последующем сбрасывании специального бурового снаряда – груза, развивающего достаточную силу удара, чтобы разрушить достаточно твердые породы. Удар за ударом этот груз все глубже вгоняет полый забивной стакан в поверхность земли, после чего он поднимается для удаления заполнившего его грунта. Масса груза для ударно-канатного бурения может составлять до трех тонн, а высота, на которую он поднимается, обычно превышает 100 сантиметров. При использовании такого метода возможно обеспечить производительность буровых работ в объеме до 30 метров за одну смену.

Следующий тип – ударно-штанговое бурение, применяемый при строгих требованиях к вертикальному расположению ствола скважины. Отличие от предыдущего описанного метода ударного бурения заключается в том, что вместо каната в данном случае используются специальные металлические стержни – штанги, скрепляемые между собой с помощью резьбового соединения. Данный метод бурения может осуществляться как с промывкой скважины, так и без нее.

Ударно-вращательный способ бурения совмещает в себе два типа воздействия на породу – вращения и ударных нагрузок. Вращатель обеспечивает вращение породоразрушающего инструмента вокруг своей оси, а пневматический молот – пневмоударник – обеспечивает возвратно-поступательные движения бойка, передающего удары на буровую коронку. Воздух к этой пневматической системе подается по бурильным штангам.

Источник: rosprombur.ru

Технология бурения ударно-канатным методом

Для организации скважин данным способом применяют бурильные установки на базе тяжелых автомобилей. Чаще всего это КАМАЗ, ГАЗ-66, ЗИЛ и т.д. Рабочим органом бурового оборудования является либо желонка, либо стакан (цилиндрический или конический). Сам процесс бурения выглядит следующим образом:

• желонка или стакан сбрасывается с определенной высоты в скважинное углубление;
• под действием силы тяжести грунт разрушается и входит внутрь рабочего органа;
• специальный клапан перекрывает входное отверстие, не давая грунту высыпаться;
• желонка извлекается из ствола скважины и очищается от грунта;
• после этого процесс повторяется.

Важно отметить, что бурение скважин ударным способом процесс длительный. Точное время зависит от глубины, но в большинстве случаев для строительства скважины необходимо 2-3 дня.

Преимущества и недостатки ударного бурения

Главным аргументом в пользу бурения ударным способом является высокое качество скважины. Это связано с тем, что при ударе желонки грунт уплотняется, в результате стенки ствола скважины укрепляются.

Что же касается недостатков данного способа, то их намного больше. В первую очередь следует отметить:

1. Высокую трудоемкость ударного бурения. Строительство скважины требует не только времени, но и больших усилий. И это при использовании специальной техники. Если же говорить о ручном бурении, то оно подходит только для неглубоких скважин до 10 метров.
2. Ограничения по характеру грунта. Бурение скважин ударным способом возможно только на рыхлых и сыпучих грунтах, таких как песок, суглинок и т.д. В результате, когда во время работ встречается вязкий или наоборот твердый грунт, скорость резко падает. А в некоторых случаях и вовсе приходится менять способ бурения.
3. Наличие свободного пространства. Поскольку ударное бурение скважин выполняется с помощью тяжелой техники, необходимо обеспечить ее доступ на участок. Во-первых, это свободная площадь в непосредственной близости от будущей скважины. А во-вторых, проезд до места бурения. С последним нередко возникают проблемы, поскольку на участке может находиться газовая разводка и другие коммуникации.
4. Ущерб участку. Еще один минус использования тяжелых автомобилей при ударно-канатном бурении скважин состоит в том воздействии, которое они оказывают на ландшафт. От колес техники страдает дерн, зеленые насаждения, грядки и т.д.

И это далеко не полный перечень минусов данного способа. Так, к примеру, нужно дополнительно отметить довольно высокую стоимость работ. Это связано как с трудоемкостью, так и с длительностью процесса. Кроме того, во время бурения может потребоваться установка обсадной колонны, а это дополнительно увеличивает итоговую цену скважины.

Поэтому прежде чем выбирать технологию ударного бурения, следует хорошо подумать и взвесить все «за» и «против». Cегодня существуют и другие методики, которые при меньших затратах времени и сил позволяют получить качественную и долговечную скважину

.

Источник: skvazhinov.ru

Бурильный инструмент

Существует несколько вариантов рабочего инструмента:

• Для формирования котлована под скважину в почвах, состоящих из влажной глины или песчано-глиняной смеси, бурильная установка оснащается забивным стаканом. Для его изготовления применяется фрагмент трубы соответствующего сечения.
  Заостренный конец рабочего органа легко разрушает грунтовые пласты. В некоторых исполнениях торец инструмента дополняется острыми зубьями. Частицы раздробленной породы на стенках стакана извлекаются из скважинной шахты.
• В сыпучих почвах для ударно-канатного способа бурения скважин в качестве снаряда используется желонка. Конструкция представлена фрагментом трубы, на конце которой установлен особый клапан. Предохранительное устройство удерживает разрушенный грунт внутри рабочего органа при извлечении на поверхность.
• В твердых каменистых породах предыдущим инструментам сложно справиться с дроблением. Поэтому буровая установка оснащается шарошечным долотом. Такая методика ударно-канатного бурения скважин своими руками практикуется и в плотных почвах, состоящих из известняка.

Особенности бурения по различным грунтам

Рассмотрим методику подробнее:

• При пробивке скважинного котлована в песках или плывунах допускается применять плоскую желонку. Она свободно разрушает рыхлый грунт и извлекает на поверхность. Обязательное требование для создания шахт в таких неустойчивых породах — обсаживание ствола, предотвращающее обрушение стенок. Нежелательно поднимать снаряд выше 0,5 м над обсадной трубой. Нарушение условия приводит к перекосу и заклиниванию колонны в шахте.
• Двутавровая конфигурация долота используется для дробления гравийных горизонтов и галечных пластов. Выемка производится желонкой с плоским клапанным механизмом.
• Для вязких грунтов, представленных пластичными глинами, рекомендуется применять ударный инструмент специфической конструкции. Усовершенствованные плоскостные снаряды или выполненные в форме двутавра долота дополняются крестообразными деталями.

Трудно разрушаемые валуны или крупные камни способны помешать вертикальному прохождению шахты. В таких случаях выработку приходится переносить в другое место. Справиться с дроблением породы повышенной твердости можно с помощью утяжеленного долота.

Трещиноватые пласты склонны к осыпанию. Для предотвращения обвалов ударное бурение скважин необходимо проводить с предельной осторожностью, контролируя параллельную обсадку стенок шахтного колодца.

Обсаживание стенок скважин

Альтернативный вариант — одновременно с бурением скважины проводить обсаживание стенок. Технология заключается в укреплении ствола специальными обсадными трубами. Изделия выпускаются в 2 модификациях:

• Муфтовые. С обеих сторон оснащаются резьбой. Фиксация выполняется резьбовым соединением с помощью муфт с внутренней нарезкой.
• С высаженными концами. Для стыковки не требуются дополнительные крепежные элементы или особые фитинги. На одном из торцов производится высадка — увеличение сечения на толщину стенки за счет уширения путем нагревания. Она оснащается внутренней резьбой. На противоположной стороне выполняется наружная нарезка. Фрагменты колонны стыкуются ввинчиванием.

Некоторые владельцы загородной собственности применяют для обсаживания ствола трубы из ПВХ. Изготовители оснащают пластиковые изделия крепежными элементами.

Скважина на участке

При строительстве гидротехнического сооружения главное условие — выяснение геологических характеристик участка.

Это позволяет определить:

• наличие водоносных пластов, доступных для бурения;
• физические свойства грунтовых пород;
• вид бурового инструмента;
• длину обсадной колонны, зависящую от глубины и направленности скважинной шахты.

После геологического обследования местности владелец принимает одно из решений:

• арендовать УКБ бурильный буровую установку канатного бурения и выполнить работы своими силами;
• нанять специализированную бригаду.

Для самостоятельных действий можно изготовить треногу собственной конструкции. Треугольная пирамида выполняется из подручных материалов — деревянных брусьев или металлического профиля. Потребуется запастись подъемным механизмом для опускания в скважину обсадной трубы и манипуляций со снарядом. Высота вышки для бурения определяется размером единичного фрагмента обсадки.

Порядок выполнения работ

Начинать рекомендуется с подготовительных мероприятий. Первый этап — формирование площадки для монтажа треноги. Необходимо выкопать небольшой котлован размером 1,5х1,5 м и глубиной до 2 м. В этот приямок впоследствии устанавливается самодельная буровая вышка. Щитовые дощатые конструкции, закрепленные на стенках шурфа, предотвращают обвалы сыпучих пород, содержащихся в поверхностных пластах.

Следующий шаг — установка на подготовленной площадке треноги, выполненной своими руками. На вершине треугольной пирамиды монтируется лебедка с тросом, на котором закрепляется ударный инструмент. Обязательным условием является вертикальная ориентация конструктивных деталей бурильного оборудования. Малейшие отклонения не позволят установить в пробуренной шахте обсадную трубу.

Последующие работы по бурению скважин ударно-канатным способом выполняются по следующему алгоритму:

• с двухметровой высоты самодельный забивной стакан с помощью ударной штанги погружается в грунт, разрушая его;
• лебедкой или колодезным воротом рабочий орган поднимается на поверхность, извлекая раздробленные частицы почвы;
• снаряд освобождается от разрушенных грунтовых фрагментов, и процедура повторяется циклически;
• в зависимости от характеристик породы буровой инструмент заменяется желонкой или долотом.

В некоторых случаях поверхностные пласты увлажняют, поливая выработку водой. В других ситуациях в забой подсыпают сухой грунт.

Источник: zen.yandex.ru