Механічні способи буріння.
Технологія механічного буріння включає операції з руйнування породи, подачу її на поверхню, забезпечення стінок бурових виробок стійкості і допоміжні операції. Для руйнування грунту в забої застосовують такі прийоми, як різання, стирання, удар, скол і комбінований вплив (наприклад, стирання і удар).
Транспортування подрібненого грунту на поверхню виконують двома методами: сухим, де подрібнений грунт усувають гвинтовими конвеєрами або стисненим повітрям; і гідравлічним, де грунт видаляють вимиванням його водою під тиском. Далі грунт вже вивозиться самоскидами, при відсутності достатньо кількості коштів можна купити самоскид бу.
Існують три основні способи механічного буріння. обертальний (буровий інструмент руйнує грунт обертанням), ударний (бурової снаряд руйнує грунт ударами) і вібраційний (грунт руйнують коливаннями високої частоти). Щоб отримати найбільшу ефективність, іноді при бурінні використовують комбіновані способи: ударно-обертальний або вібровращательний. Механічне буріння здійснюють машинами і буровими верстатами. Якщо обсяги роботи невеликі або потрібно пробурити м'який грунт глибиною не більше 5 м, то в цих випадках застосовують ручне буріння.
Для обертального способу буріння характерна висока продуктивність (в 3-4 рази перевищує продуктивності буріння ударами), більш низька вартість бурових витрат, можливість буріння похилих, горизонтальних і вертикальних свердловин. При обертальному способі буріння буровий інструмент, жорстко прикріплений до нижнього кінця обертається штанги, стирає, ріже чи сколює породу забою.
Обертальний спосіб буріння підрозділяється на наступні основні види: колонкове, шнекові, роторне, виконувані самохідними установками або станками. Колонковим бурінням проходять свердловини діаметром 4,5 ... 13 см і глибиною до 199 м. Колонкові верстати або установки мають лебідкою підйому трубчастих штанг і механізмом, обертає ці штанги. На кінці штанги розташований колонкові снаряд, який має кільцеву коронку (робоча частина), армованої алмазами або різцями на твердих сплавах. Бурильний снаряд, обертаючись, впроваджує колонку в породу, при цьому утворюється кільцева вироблення породи навколо керна, який входить в колонкову трубу. Зробивши проходку на необхідну глибину, бурові штанги, колонкові снаряд, керн піднімають на поверхню лебідкою. В процесі буріння насосом по бурильних трубах в забій свердловини подають розчин з глини (або воду), який, змішуючись з частинками зруйнованої породи, виносить їх через кільцевий простір між стінками свердловини і штангами на поверхню. Глинистий розчин забезпечує охолодження бурильного інструменту і одночасно захищає стінки свердловини від обвалення.
Шнекове буріння використовують для свердловин діаметром 11 ... 12,5 см і глибиною до 30 м в мерзлих і м'яких грунтах. Шнековий буровий верстат має металеву раму. Вона складається з 2-ух напрямних стійок, які встановлені на полозах або пересувній платформі. Направляючі стійки рами служать для переміщення електродвигуна з редуктором. У шпиндель електродвигуна вставлені бурові робочі штанги, що представляють собою труби, де на їх поверхні по лінії гвинта наварені реборди (сталеві смуги). Штанги витягають ручною лебідкою. При поглибленні свердловини штанги необхідно нарощувати, для цього їх між собою з'єднують патронами. Ланки штанг закінчуються долотом (або лопатевим різцем), що є робочою частиною, при обертанні штанг вони врізаються в породу. Вибуренной породу гвинтовим конвеєром видають на поверхню.
Роторним бурінням влаштовують свердловини діаметром 30 ... 40 см і глибиною 150 ... 1200 м. У роторну бурильну установку входять вращатель (ротор, збірна вишка) та обладнання, промивають свердловини розчином з глини. Круглий стіл ротора має вкладиші, через які проходить робоча труба. Роторні вкладиші передають обертання від двигуна до бурильних трубах, прикріпленим до робочої трубі. Завдяки відповідності розмірів вкладишів ротора і зовнішнього діаметра робочої труби, остання може, одночасно обертаючись, переміщатися вниз і вгору. Лопатеві і шарошечні долота, встановлені на нижньому кінці бурильної труби, розробляють грунт забою свердловини по всій площі. Робоча труба верхнім кінцем з'єднана з вертлюгом, до якого приєднаний насосний рукав, призначений для подачі глинистого розчину в бурильні труби. Вся система бурильних і робочих труб з вертлюгом підвішується до гака. Труби (робочі і бурильні) піднімають і опускають за допомогою каната, навитого на лебідочний барабан.
Для буріння шпур в породах, що мають м'яку і середню твердість, і в мерзлих грунтах застосовують свердлильні машини, що працюють на електричному струмі. Свердлильні машини можуть бути легкими (з ручною подачею) і важкими (колонкові). Осьовий тиск в ручний електричної свердлильної машини створюється м'язової енергією бурильника. Колонкова електросверлільная машина має автоматичну подачу. Бурова штанга свердел закріплюється в патроні шпинделя. Нижній кінець ручної електросверлільной машини оснащують різцем, зробленої з твердого сплаву. Підбір бурових штанг виконують комплектно, відповідаючи глибині шпуру. Коли бурять ручної електросверлільной машиною, в шпурі утворюється бурова дрібниця або шлам, який потрібно видалити. Для цього свердло швидко витягують з шпуру, при цьому його обертання не повинно припинятися. Працюючи колонковими електросверлільнимі машинами, шлам усувають промиванням.
Ударним бурінням розробляють свердловини на повний переріз з початковим діаметром 30 см і кінцевим 15 см, глибиною до 250 м. Розробка свердловин ведеться суцільним забоєм. Ударним способом бурять свердловини для водопостачання, проводять детальну розвідку кам'яних матеріалів і інженерно-геологічні дослідження, заморожують грунт, влаштовують набивні палі і т. Д. Ударне буріння підрозділяють на ударно-обертальний, ударно-канатний, ударно-штанговий.
Застосовують ударно-обертальне буріння для влаштування шпур і свердловин, що володіють різною міцністю. Верстатами ударно-обертального буріння виробляють проходку свердловин до 30 м. При цьому способі буріння ударне дію і обертання інструменту здійснюють двома незалежними механізмами - пневмоударником і обертач. Пневмоударник є пневматичним молотком, в якому байок рухається зворотно-поступального поршня зі штоком завдає ударів по коронкові хвостовику. Коронка під час буріння може переміщатися уздовж осі пневмоударника на 2 см. Стисле повітря до пневмоударнікамі надходить через бурові штанги. Вращатель складається з електродвигуна і редуктора, при роботі верстата він приводить в обертання пневмоударнік і бурову штангу, який впроваджуються в грунт. Штанга повинна обертатися з частотою 25 об. / Хв. Бурову пил, що виходить зі свердловини, вловлює обеспиліватель.
Ударно-штангові буріння забезпечує мінімальне відхилення по вертикальній осі свердловини. Опускають бурової снаряд в свердловину на трубчастих бурильних штангах. Між собою штанги з'єднані замками на конічної різьби. Для підвішування колон бурових штанг використовують вертлюги посиленої конструкції.
При ударно-канатному способі буріння бурової снаряд вагою до 3 т падає в забій свердловини з висоти більше 1 м, розвиваючи значну ударну силу. Верстат, призначений для ударно-канатного буріння, працює так. Опорна щогла бурильного верстата складається з блоку. Канат, перекинутий через цей блок, проходить під балансирним роликом і огинає далі ролик, який є напрямних. Канат закріплений на лебедочного барабані. Кривошипно-шатунная передача подає гойдає рух балансирними ролику, завдяки цьому бурової снаряд періодично піднімається і падає. В бурової снаряд входять ударна штанга, канатний замок і долото. Розрізняють долото плоске, двотавровий, крестовое і округляється. Їх виготовляють з легованої сталі. В процесі буріння свердловину заливають водою, з тонкоизмельченной породою вона утворює шлам. Його час від часу вичерпують за допомогою полого циліндра (желонки), у якого на нижньому кінці знаходиться клапан. Верстати ударно-канатного буріння мають продуктивність до 30 м в зміну.
Інструменти буріння
Перфоратори. використовувані для буріння шпурів, можуть бути ручні (мають масу до 24 кг, їм бурять шпури глибиною до 3 м) і колонкові (або станкові, маса - до 40 кг, глибина буріння - до 5 м). Повітря до перфоратора підводиться компресором. Робочим органом перфоратора є бурова головка. Нетріщинуватих породи, що володіють м'якою і середньої фортецею, бурять головкою з одним долотом, який армований твердими сплавами. При бурінні в'язких і тріщинуватих порід застосовують двухдолотчатие головки. Хрестоподібними головками бурять породи середньої міцності, що мають незначну трещиноватость, а також в'язкі породи. Для буріння міцних і тріщинуватих порід використовують кресто- і зіркоподібні головки.
Перфораторні молотки. очищаючі канали від кам'яної дрібниці і пилу, підрозділяють на мокрі і сухі. У мокрих перфораторів є спеціальні пристрої, промивають канал водою, а в сухих перфораторах канал продувається повітрям. Мокре буріння краще сухого, т. К. Вода, що застосовується для промивання каналу, сприяє зниженню опірності породи і підвищенню стійкості головки бура за рахунок охолодження її водою і зменшення тертя об канальні стінки.
Вібраційний спосіб застосовують для буріння шпур і свердловин в м'яких грунтах діаметром до 12,5 см і глибиною до 25 м. При вібраційному бурінні під впливом вібраційного снаряда відбувається виділення зв'язковий рідини з грунту. При цьому частинки грунту, що знаходяться в контактній зоні з вібруючими наконечниками, переходять в стан рухливості, одночасно різко знижується і опірність грунту зрушенню. Таким чином, буровий інструмент починає впроваджуватися в породу. Методи пристрою каналів вібраційним способом буріння подібні віброзанурення шпунта і паль. Швидкість буріння при вібраційному способі досить висока (наприклад, в суглинистой грунті шпур глибиною до 1,1 м пробуріваются за кілька секунд). У міру збільшення глибини вироблення у бурового інструменту вібрація загасає, зменшується швидкість проходки, а на глибині 20 ... 26 м проходка припиняється.
При будь-якому механічному способі буріння свердловини стінки закріплюють обсадними трубами, у яких внутрішній діаметр становить 5 ... 20 см. Колони обсадних труб виконують з ланок довжиною 1,6 ... 4,4 м, при бурінні їх опускають, при цьому починають з більшого діаметру. Зі збільшенням глибини свердловин переходять на малі діаметри. З'єднують ланки труб ніпелями, муфтами або згвинчував між собою способом «труба в трубу». Діаметр бурового інструменту повинен бути на 5 ... 10 мм менше внутрішнього діаметра труб. Внизу на обсадних трубах встановлюють коронку (так колони обсадних труб легше опускаються), вгорі - патрубок, що захищає трубні нарізки від ударів буровою установкою.
Поділися з друзями. Ми намагалися!