Сооружение неглубоких скважин вручную

При сооружении скважин вручную глубиной до 10—15 м небольшого диаметра бурение осуществляют без буровых вышек и каких-либо механизмов. Все операции выполняют вручную с применением простейших буровых инструментов. При больших глубинах (до 50—60 м) и диаметрах скважин используют буровые вышки (копры) и механические средства для осуществления СПО и долбления (рис. 26.1).

При вращательном способе бурения спущенный на бурильных трубах 2 снаряд 1 вращают с помощью закрепленного на БТ хомута 4 с одновременным осевым усилием. После углубки скважины на определенную величину буровой снаряд с помощью лебедки 11 извлекают на поверхность, очищают от выбуренной породы и процесс углубки повторяют. Продукты разрушения при этом удаляют при подъеме породоразрушающего инструмента. В породах скального типа реализуется ударный способ бурения при спуске бурового снаряда на трубах или на канате. Долбление в этом случае осуществляют с помощью балансирного устройства 12, к которому присоединяют канат 10, переброшенный через крон-блок 7. При опускании (оттягивании) балансира вниз буровой снаряд поднимается над забоем, а при освобождении балансира снаряд падает, и долото наносит удар по забою, разрушая породу. После углубки скважины на определенную величину ударный буровой снаряд с помощью лебедки извлекают на поверхность и производят чистку скважины, спуская желонку. При необходимости отбора образцов пород используют грунтоносы (пробоотборники). Глубина скважин при ручном бурении обычно не превышает 20—30 м, а диаметр может быть от 38 до 203 мм. При бурении в мягких и рыхлых породах, как правило, применяют вращательный способ, а в твердых и плывучих — ударный (долбление и желонение). Ударным способом бурение можно вести и в мягких вязких породах путем забивания стакана (ударно-забивной метод).

При бурении скважин вручную используются буровые комплекты определенного размера, в которые входит технологический, вспомогательный и аварийный инструменты.

В качестве технологического инструмента при вращательном бурении применяют спиральные и ложковые буры, бурильные трубы (штанги), инструмент для свинчивания и развинчивания БТ и осуществления СПО. Для ударного бурения служат: долота, желонки, стаканы, ударные штанги, переводники и инструменты для работы с ударным снарядом.

При отборе образцов пород используются специальные буровые инструменты — грунтоносы или пробоотборники.

Спиральный бур или змеевик (рис. 26.2, а) состоит из винтового тела, шейки, резьбовой головки для присоединения к БТ и лезвия. При вращении бур ввинчивается в породу, как штопор. Заполняющая лопасти бура порода при подъеме удерживается трением. Применяется этот инструмент при бурении в глинах и суглинках — вязких пластичных породах.

Ложковый бур (рис. 26.2, б) состоит из полого цилиндрического корпуса, имеющего широкую продольную щель по всей длине. Нижняя часть корпуса сделана в виде ковшеобразного режущего лезвия, а верхняя снабжена вилкой с резьбовой головкой для присоединения к бурильным трубам. При вращении лезвие бура срезает слой породы, и инструмент углубляется. Порода заполняет полость ложки и удерживается в ней силами трения. Применяют бур в сыпучих слабосвязанных породах.

Диаметры таких ПРИ: 47, 74, 108, 145, 190 и 245 мм.

Долота, применяемые при ударном способе бурения, могут быть: плоские, двутавровые, крестовые, пирамидальные и эксцентричные (рис. 26.3, а, б, в).

Желонки используют при бурении в сыпучих малосвязных породах и плывунах, а также для чистки скважины при бурении в твердых породах. Применяются желонки, обычно, с плоским, шаровым или полусферическим клапаном (рис. 26.4, а, б). Диаметры желонок: 44, 70, 89, 95, 127 мм, длина 2,0-3,0 м.

Стаканы (рис. 26.4, в) применяют при бурении мягких вязких (липких) пород при необходимости получения образцов пород (проб). Стаканы имеют такие же параметры, как и желонки.

Бурильные трубы (рабочие штанги), используемые для осуществления процессов бурения неглубоких скважин, имеют муфтозамковые соединения (рис. 26.5, а). Диаметры труб 33, 42 и 48 мм, длина 3—4,5 м.

Ударные штанги (рис. 26.5,б) служат для получения нужной силы ударов при ударном способе бурения. При бурении неглубоких скважин применяют штанги диаметром 42, 60, 80, 100 мм, длиной 1,5; 2,0; 3.0 м. Для присоединения элементов бурового снаряда концы штанг снабжаются соответствующими резьбами.

Переводники (рис. 26.6, а) служат для соединения ударной штанги с бурильной трубой и других элементов бурового снаряда. Прочность соединения при этом обеспечивается благодаря постепенному изменению сечений соединяемых элементов.

К вспомогательному буровому инструменту относятся обсадные трубы и приспособления для работы с ними, инструмент для захватывания при подъеме и спуске БТ, а также для свинчивания и развинчивания труб и др.

Обсадные трубы при бурении неглубоких скважин служат для закрепления стенок и изолирования отдельных слоев пород друг от друга. Используют при этом толстостенные стальные трубы с муфтовыми соединениями диаметром (наружный/внутренний), мм: 60/50, 89/78, 127/115, 168/154, 219/203. Диаметры муфт соответственно: 70, 102, 140, 187, 243 мм. Для предохранения торца труб при спуске в скважину используют гладкие и фрезерные башмаки, имеющие диаметры на 1—2 мм больше диаметра муфт.

При работе с бурильными и обсадными трубами используются вертлюги, фарштули, элеваторы, подкладные вилки, трубные хомуты и др. (рис. 26.6, б, в, г).

В зависимости от глубины и диаметра скважин, а также с учетом характеристики геологического разреза при сооружении неглубоких скважин используются различные технологические схемы: без вспомогательных средств, с частичной или полной механизацией работ.

При бурении скважин более 10—15 м глубиной прибегают к помощи бурового копра, ручного воротка или копровой лебедки с ручным приводом, что позволяет облегчить ручной труд буровой бригады.

Буровой копер представляет собой при этом деревянную или металлическую треногу со связанными верхними концами шкворнем, на котором с помощью серьги подвешивается кронблок (см. рис. 26.1). На двух ногах копра укрепляется лебедка (или вороток), а при ударном бурении — балансир. Через кронблок перебрасывают стальной канат, наматываемый на барабан лебедки. При сооружении буровой вышки необходимо соблюдать соответствующие правила техники безопасности.

Забуривание скважины обычно начинают с помощью буровой ложки или змеевика. Снаряд, состоящий из ПРИ и бурильной трубы, подвешивают на канате. На бурильной трубе закрепляют трубный хомут, с помощью которого вращают буровой снаряд, при определенном осевом усилии. При этом необходимо обеспечить строго вертикальное положение бурового снаряда. После углубки на 2—3 м устанавливают направляющую трубу (при значительной проектной глубине скважины).

При бурении ложковым буром частота вращения может достигать 12—18 об/мин. Углубка за рейс 20—60 см. Для придания сыпучему материалу вязкости в скважину рекомендуется забрасывать влажную глину.

Бурение змеевиковым буром осуществляется в глинистых достаточно мягких породах вращением снаряда с периодическим (через 3—5 оборотов) подъемом снаряда над забоем на высоту 10—15 см для отрыва породы от массива, в который змеевик ввинчивается при вращении, и для поступления жидкости к забою, снижающей силы трения и размягчающей плотную глину. Поднимают снаряд рычагом или лебедкой. Углубка за рейс может достигать 50—60 см, после чего снаряд извлекают на поверхность. Змеевик очищают от выбуренной породы и вновь опускают в скважину. В этом процессе недопустимо вращение бурового снаряда влево во избежание развинчивания резьбовых соединений.

Ударное бурение осуществляется при встрече твердых пород или плывунов. При бурении твердых пород используют ударный снаряд, состоящий из долота, ударной штанги, переводника на бурильные трубы или канатного замка (вертлюга). Снаряд спускают в скважину и канат, стравленный с барабана лебедки, присоединяют к балансиру при его верхнем положении. Оттягивая балансир вниз, поднимают снаряд на 20—30 см и сбрасывают на забой. Частота ударов при этом может достигать 18—20 ударов в минуту. После каждого удара снаряд, спущенный на БТ, поворачивают вправо на угол 15—20° с целью равномерной обработки стенок скважины и забоя. После углубки на 20—60 см ударный снаряд поднимают и производят чистку скважины желонкой. Если в скважине нет естественного водопритока, то воду подливают перед спуском снаряда.

Бурение в плывунах осуществляют желонкой с одновременным спуском обсадных труб. Если трубы идут плохо, их расхаживают вращением или ударами. Для снижения подвижности плывуна в скважину рекомендуется заливать глинистый раствор или забрасывать жирную глину.