Ударно-канатное бурение: сущность, преимущества и недостатки
Ударно-канатное бурение – это один из способов бурения скважин, при котором отверстия в земле получают посредством нанесения многократных ударов стальным долотом, подвешенным на канате.
Технология ударно-канатного бурения известна примерно с 1100 года до нашей эры, этот метод широко и успешно применялся в Китае, странах Европы, в Соединенных Штатах Америки и других государствах. До 40-х годов 20 века этот вид бурения был основным при бурении скважин на воду. Сейчас он все чаще замещается вращательным методом. Для разрушения твердых горных пород используют тяжелое долото, а разрушенная порода доставляется на поверхность при помощи стакана и желонки.
Перед началом процесса бурения обустраивают шурф для защиты забоя от обвала. Его длина может достигать 5 метров, а ширина 1,5 метра. Стенки траншеи укрепляются с помощью щитов из досок. Затем устанавливают вышку. Если ее обустройство осуществляется вручную, то производят контроль ее вертикальности, так как искривление траектории рабочего инструмента станет причиной невозможности использования водозаборной конструкции, а также монтажа обсадной трубы. После монтажа первой секции производят сброс стакана с высоты минимум 1,5 метра. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнут водоносный горизонт. При необходимости снаряд могут заменить на долото или желонку, а также произвести досыпку сухого грунта или увлажнение забоя. Схема установки для осуществления ударно-канатного бурения изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема установки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - расширитель; 4 - обсадная колонна; 5 - самопад; 6 - канатный замок; 7,9 - обратные клапаны; 8 - желонка; 10,12 - кривошипно-шатунный механизм; 11 - инструментальный каната; 13 - балансирная рама; 14 - оттяжной ролик.
Основными недостатками данного способа являются низкая скорость процесса, невозможность бурения глубоких скважин, а также то, что данным способом можно осуществить исключительно только вертикальное бурение.
К преимуществам метода относятся:
- Качественное вскрытие водоносной породы.
- Долгий срок службы скважин (до 80 лет).
- Возможность освоения скважин сразу после ее обустройства.
- Невысокая стоимость работ.
- Нет необходимости в использовании специальной техники.
- Препятствует загрязнению водоносного горизонта.
- Выемка производится по всему жерлу ствола.
- Возможность производить бурение в многолетнемерзлых горных породах, валунно-галечных отложениях, а также в грунтах, которые легко впитывают влагу.
- Отсутствие необходимости в использовании буровых растворов.
Инструмент для ударно-канатного бурения. Обсаживание стенок скважины
Основными инструментами для осуществления ударно-канатного бурения являются:
- Долото.
- Желонка.
- Забивной стакан.
- Ударная штанга.
Буровое долото – это элемент бурового инструмента, который используется для разрушения горной породы.
Корпус долота для ударно-катаного бурения изготавливается, как правило, из твердой стали. Самыми распространенными видами долота являются: скругляющее, зубильное, пирамидальное, двутавровое и крестовое. Желонка используется для перемещения бурового шлама, песка или жидкости из скважины на поверхность. Широко применяется в плывунах и несвязных грунтах. Данный инструмент представляет собой колонковую или обсадную трубу с резьбой на нижней части, на которую накручивается сменный башмак с клапаном. В верхней ее части находится присоединительный элемент для соединения с ударной штангой. Забивной стакан применяется для бурения, сопровождающиеся отбором образца столбика с керном. Данный инструмент представляет собой трубу, на нижней части которой сменный режущий башмак, башмак с клапаном или без него. Сбоку на нем делается прорезь для описания образцов нетронутого керна. На ее верхней части находится присоединительный элемент для соединения с ударной штангой. Ударная штанга применяется для увеличения силы удара, а также сохранения прямолинейности буримой скважины. Длина ударной штанги обычно составляет 2000, 4000, 6000 миллиметров, диаметр - от 110 до 220 миллиметров. Масса такого инструмента находится в диапазоне от 180 до 1300 килограммов.
После проходки ударно-канатным бурением на глубину, которая равна высоте желонки, осуществляют крепление стенок скважины посредством вращение и погружения колонны труб (которые оборудованы наружной шнековой навивкой). Таким образом, что при периодическом повторении ударно-канатного бурения и крепления стенок скважины, обеспечивается проходка скважины, которая потом оборудуется фильтрами или ликвидируют, при этом колонну труб имеющую шнековую навивку снаружи извлекают на поверхность и могут использовать повторно.
