14.1 Медленно-вращательное бурение

При проведении геолого-поисковых работ, поиске цветных и редких металлов, разведке строительных материалов, россыпей, ин­женерно-геологических изысканиях и так далее бурение производят на небольшую глубину (до 50 м).

Бурение таких скважин осуществляется преимущественно в:

мягких неустойчивых горных породах, с разнообразной геологической структурой в связи с чем прменяют разнообразные способы бурения;

Колонковый и ударно –канатный бескерновый способы бурения рассмотрены в первом разделе. Здесь рассмотрим медленно-вращательный, шнековый и вибрационный способы бурения.

Сущность этого способа состоит в том, что скважину бурят инструментом режущего типа: ложкой или змеевиком при малой скорости вращения снаряда. Малая скорость вращения позволяет создавать большой крутящий момент, что способствует повышению производительности бурения. Медленно-вращательный способ бурения весьма прост, не требует промывки, а, следовательно, оборудования для приготовления и очистки ее от шлама.

Простота бурового оборудования, возможность опробования горных пород без дополнительных затрат на его приобретение и обслуживание, достаточно высокая производительность бурения (по производительности этот способ занимает третье место) позволяют использовать это метод до настоящего времени.

Медленно-вращательный способ подразделяется на ручной и машинный.

К бурению скважин вручную прибегают при выполнении небольших объемов работ, при бурении одиночных скважин, изыскательских и строительных работах, поисках и разведке россыпей, инженерно-геологических исследованиях, при выявлении коренных выходов.

Несмотря на высокую трудоемкость ручного труда, способ еще находит применение в практике разведочного бурения вследствие его просто­ты, малых затратах труда на транспортирование оборудования и низкой себестоимости погонного метра, особенно в труднодоступных районах при небольшой глубине скважин (до 10 -1 5 м). Обычно глубина ручного буре­ния не превышает 20 - 30 м, а диаметр скважин может быть в пределах от 38 до 203 мм.

Машинный медленно-вращательный способ применяют для бу­рения более глубоких скважин до 50 м и более. Для медленно-вращательного машинного бурения используют установки типа РБУ-1, УРБ-3М и др.

Буровой снаряд для медленно-вращательного бурения состоит из бурильной колонны и ложки или змеевика. Для крепления устья скважин глубиной более 15 м устанавливают обсадные трубы диаметром 60, 89, 127, 219 мм.

Вращение снаряда при бурении вручную (рис. 14.1) осуществляют при помощи рычагов, устанавливаемых на рукоятке жимков, которые закрепляют на бурильных трубах. Спускоподъемные операции при бу­рении более глубоких скважин используют копер и лебедку.

Ложки (ложковые буры) (рис. 14.2) представляют собой патру­бок длиной 0,5-1,0 м с переходником в верхней и разрезанный в нижней части. Одна половина завернута внутрь патрубка в виде лезвия, пересе­кающего патрубок по диагонали. Лезвие имеет некоторый наклон к за­бою и армируется наплавленным твердым сплавом. Верхняя часть лож­ки снабжена вилкой с резьбовой головкой для присоединения с буриль­ной трубой. Существует большое многообразие различных конструкций ложек: обычные с одним лезвием, эксцентричные со смещенной от цен­тра ложки резьбовой частью, ложки с направляющим змеевиком, ложки с двумя лезвиями, ложки с клапанами и др. Ложки имеют продольные вырезы различной ширины. Диаметры ложек соствляют 47, 74, 108, 145, 190 и 245 мм.

Ложки применяют обычно для бурения мягких рыхлых горных пород: песков, супесей, суглинков.

Змеевики (спиральные буры) (рис. 14.2, а) предназначены для бу­рения плотных и вязких горных пород: глин, тяжелых суглинков. Они представляют собой закрученные стальные ленты длиной 0,5 - 0,8 м

Нижнюю часть ленты (лезвия) затачивают, закаливают или армируют твердым сплавом. Верхняя часть представлена шейкой с пазом для клю­ча и конусной резьбой. Для бурения скважин применяют змеевики диа­метром от 47 до 190 мм различных конструкций: обычные с равномер­ной навивкой, с переменным шагом навивки, ступенчатые и др.

Рис. 14.1. Схема установки для бурения скважин вручную:

1 - буровая ложка; 2 - бурильная труба; 3 - обсадная труба; 4 - трубный хомут; 5 - вертлюг: 6 - канат; 7 - кронблок; 8 - серьга; 9 - трено­га; 10 - положение каната при ударном бурении; 11 - лебедка; 12 - балансир

При бурении более слабых грунтов следует использовать змееви­ки с малым шагом навивки, более вязких - с большим шагом навивки.

Вместо змеевика находят применение шнеки с долотом на конце. Для взятия ненарушенного монолита при медленно-вращательном бу­рении можно использовать обуривающий грунтонос ГО-2 (рис. 14.3). Это стакан со спиральной лентой на боковой поверхности и съемной невращающейся при бурении гильзой.

Ложку (змеевик) при вращении снаряда под воздействием осевой нагрузки ввинчивают в горную породу, как штопор. После заполнения керном ее извлекают из скважины без вращения.

Основными параметрами технологического режима являются осевая нагрузка и частота вращения снаряда.

Рис. 14.3. Грунтонос обуривающего типа: 1 - переходник; 2 - шарик; 3 - винт; 4 - палец; 5 - наружная труба; 6 - спираль; 7 - гильза; 8 - коронка; 9 - башмак; 10 - тормозные пластины; 11 -съемные резцы

Осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент оп­ределяют по формуле

C = (14.1)

где Д - диаметр долота, см; а - ширина лезвия, см (по рыхлым породам а = 2, по плотным породам а = 1); - прочность горной породы на сжа­тие, кг/см²; m - число лезвий.

Частота вращения снаряда при бурении вручную составляет 12 - 18 об/мин; при машинном бурении – 7 - 80 об/мин (первая скорость станка), углубка за рейс – 20 - 60 см.

При отсутствии воды в скважине, ее рекомендуется подливать в небольших количествах.

Длина рейса ложками равна 0,2 - 0,4 м, змеевиками 0,3 - 1,0 м.