Отбор образцов пород или проб полезных ископаемых неглубоких скважин

Отбор образцов пород или проб полезных ископаемых производят либо в процессе бурения тем или иным породоразрушающим инструментом, вместе с которым выбуренная порода поднимается на поверхность, либо с помощью специальных грунтоносов, когда требуется получение монолитов с ненарушенной структурой.

В практике бурения неглубоких скважин для отбора образцов пород или проб полезных ископаемых используются специальные снаряды, получившие название грунтоносов, имеющие различные принципы действия. По конструкции грунтоносы могут быть обуривающего, забивного и задавливаемого типа различных модификаций.

Грунтонос обуривающего типа, применяемый при отборе монолитов из плотных глинистых грунтов, плотных или сцементированных песков или вращательном бурении (рис. 26.8), состоит из наружной трубы 5 с приваренной спиралью 6 из полосового железа и съемной коронкой 8, вооруженной съемными резцами 11, керноприемной гильзы 7 со съемным башмаком 9, снабженным тормозными пластинами 10. Гильза 7 удерживается в корпусе грунтоноса винтами 3, входящими в кольцевую проточку пальца 4, с помощью которого подвешена гильза. При заполнении гильзы 7 породой палец 4 упирается в шарик 2, за счет чего предупреждается передача крутящего момента на гильзу, которая не должна вращаться при отборе керна. К бурильным трубам грунтонос присоединяется резьбовой головкой 1. Погружается грунтонос под действием осевой нагрузки, при этом частота его вращения должна быть не более 30—40 об/мин. Продукты разрушения с забоя удаляются винтовым транспортером 6 и скапливаются над грунтоносом, что может послужить причиной прихвата бурового снаряда. Наружный диаметр грунтоноса 160 мм, внутренний 96 мм.

Забивные грунтоносы предназначены для взятия образцов связных и слабосвязных пород глинистого состава. Забивной грунтонос (рис. 26.9, а) состоит из керноприемной и ударной частей. Керноприемная часть включает корпус (стакан) 11, разъемную гильзу 10 и головку 6. Гильза присоединяется к головке с помощью замка 9 и стопорного винта 8. Ударная часть состоит из корпуса 2, ударника 4, направляющей штанги 5, муфты 3 и переходника 1 с резьбой для присоединения к БТ. После спуска на забой такого грунтоноса с помощью БТ ударник 4 с корпусом 2 приподнимают и сбрасывают. Под действием ударов, наносимых ударником 4 по верхнему концу головки 6, стакан погружается в породу. Величина хода ударника при этом определяется длиной направляющей штанги 5. Удаление жидкости или воздуха из керноприемной гильзы, по мере заполнения ее керном, происходит через дренажную систему отверстий с подпружиненным обратным клапаном 7. При подъеме на поверхность грунтонос подхватывается верхним торцом ударника 4, упирающимся в муфту 3. Отрыв монолита (керна) осуществляют вращением БТ, которое передается корпусу грунтоноса и гильзе за счет выступов (зубьев) в муфте 3 и верхнем торце ударника 4, которые входят в зацепление при натяге и вращении БТ. Монолит при подъеме удерживается в керноприемной гильзе силой трения.

На рис. 26.9, б показана более простая конструкция грунтоноса забивного действия, спускаемого в скважину на канате. Грунтонос в этом случае состоит из составной ударной (забивной) штанги 1, 2 с бойком 5, переходников 3 и 7, направляющей трубы 4, наковальни 6, колонковой трубы 8 с окном 9 и башмака 10. После спуска на забой такого снаряда приводится в движение ударная штанга, наносящая удары по наковальне, под действием которых башмак внедряется в породу. Энергия ударов при этом определяется массой ударной штанги и высотой ее сбрасывания. После заполнения колонковой трубы грунтонос извлекают на поверхность. Керн из достаточно связной породы удерживается в трубе силой трения. Для захвата сыпучего материала в башмаке устраиваются кернозахватывающие приспособления типа стальных пластинок (амброзов), упругих проволочек или клапана (на рис. 26.9,б показано пунктиром).

Грунтоносы залавливаемого действия созданы для отбора монолитов пластичных пород достаточно прочных, а также мягких и текуче-пластичной консистенции (плывунов). Грунтонос первого типа (рис. 26.10,а) состоит из тонкостенного корпуса 5, разъемной гильзы 4 с рукояткой 3 для извлечения гильзы с монолитом из корпуса и переходника 2 с обратным клапаном 1, перекрывающим дренажный канал. При отборе керна такой грунтонос, спускаемый на БТ, осевым давлением погружается в породу. При этом получают монолиты с минимальной степенью деформации.

Грунтонос второго типа (рис. 26.10,б) отличается наличием подрезающих керн проволочных дуг 6 и разъемного стакана 3, 5 с картонной парафинированной гильзой 4 и башмаком 8 с тремя тормозными пластинами 9. Башмак 8 подвижно соединен с нижней частью стакана 5 при помощи винтов 7, концы которых входят в выточки, имеющиеся в башмаке. Дренирование внутренней части грунтоноса происходит через воздушный клапан 2. С помощью резьбовой головки 1 грунтонос присоединяют к БТ и спускают на забой. После задавливания грунтоноса под действием осевой нагрузки стакан проворачивают вращением БТ. При этом башмак удерживается от вращения тормозными пластинами 9, а увлекаемые вращающимся стаканом проволочные дуги 6 подрезают керн и удерживают его при подъеме грунтоноса на поверхность.

Для взятия образцов пород текучепластичной и текучей консистенции служит грунтонос залавливаемого действия с эластичной оболочкой-чулком.

Грунтонос (рис. 26.10,в) состоит из переходника 1, корпуса 2, керноприемной гильзы 4 и башмака 8 с тормозными пластинами 9. Эластичная оболочка 5 крепится на гильзе 4 резиновыми кольцами 3, а на башмаке — проволокой 6. Башмак 8 присоединяется к корпусу винтами 7, концы которых входят в проточку на башмаке. При отборе монолита (керна) грунтонос, присоединенный к БТ, задавливают в грунт на глубину 25—30 см, после чего делают 2—3 оборота. При этом башмак остается неподвижным, а эластичная оболочка 5 в пространстве между гильзой и башмаком скручивается в жгут и герметично перекрывает выход из керноприемной гильзы.