Просмотров: 2967

Бурение инженерно-геологических скважин

Бурение скважин используется при инженерно-геологических исследованиях для изучения геолого литологического строения грунта. Основным способом добычи пород сейчас является механический с помощью бурения, который в свою очередь разделяется на два вида (метода).

Методы бурения

  1. Вращательное бурение ─ При этом типе, разрушение породы производится в результате вращательного движения штанги. Штанга, в свою очередь, также может иметь два варианта исполнения: прямая и с витками. Витки позволяют удалять на поверхность разрушенную породу и почву, осыпающуюся при бурении. Режущие и дробящие коронки раздавливают и срезают породу, тем самым позволяя штанге продвигаться глубже и глубже. Вращательное бурение может выполняться как на полное сечение скважины так и колонковым способом (см. ниже).
  2. Ударное бурение ─ Разрушение породы происходит под воздействием ударов буровым наконечником (долотом). Само ударное бурение подразделяется на канатное и штанговое. Наконечник опускается в скважину либо с помощью каната или по средствам стержней-штанг. Штанговое-ударное бурение может выполнятся как с промывкой так и без нее. Ударное бурение производится сплошным забоем, т.е. на полное сечение скважины.
    1. Ударно-поворотное бурение - еще одна разновидность ударного бурения. В данном случае, буровая установка производит удар на вал редуктора, который поворачивает штангу. Поворот штанги на определенный угол обеспечивается за счет преобразования поступательной энергии в поворотную. Таким образом, штанга продвигается в те моменты, когда молот наносит удар на вал редуктора.

Способы бурения

Выбор конкретного способа бурения определяется рядом условий (геологического строения грунта, поставленной задачи, назначения будущей скважины, ее глубины и т.п.). Скважины могут быть зондированными, разведочными, опытными и инженерно-гидрогеологическими. По глубине они могут быть:

  • мелкими - до 10 м;
  • неглубокими - до 30 м.
  • средними - до 100 м.
  • глубокими - свыше 100 м.




Колонковое бурение

Применяется при бурении скальных и полускальных пород с глинистой промывкой. Данный тип инженерно-геологического бурения скважин наиболее часто используется геологами, поскольку его особенности позволяют добывать хорошие образцы почвы с больших глубин. При бурении колонковым способом, применяется полые штанги, благодаря чему почва и порода, сквозь которую проходит головка буровой машины, остается в полости штанги. Таким образом, ее можно легко извлечь и использовать в научно-исследовательских целях. Предельная глубина бурения 100 м.

Шнековое бурение

Такой способ бурильных работ отличается сферой применения. Он используется в тех случаях, когда на пути прохождения шнека может встретить порода, разная по своему составу и происхождению. Из-за того, что плотность и прочность породы может меняться, буровая установка испытывает большие перегрузки и повышается вероятность выхода ее из строя. Чтобы этого избежать, применяются шнеки на конце буровой штанги. Они имеют большую прочность, что позволяет им с меньшим усилием проходить сквозь твердые породы. Предельная глубина бурения 50 метров.

Вибрационное бурение

Данный способ основан на передаче направленных колебаний на буровой инструмент. Частота данных колебаний обычно лежит в пределах 1200-2000 в минуту, амплитуда составляет 1,5-10 мм. Бурение скважин таким способом позволяет добывать породу и выводить ее на поверхность одновременно с бурением. Применение полого зонда для транспортировки породы наверх позволяет ускорить процесс добычи образцов грунта или породы. Благодаря вибрации, почва продвигается вверх по полому зонду, после чего ее можно извлечь и собрать. Однако, такой метод нельзя применять в тех случаях, когда почва имеет рыхлую структуру или склонна к разрыхлению в результате воздействия на нее вибрации. Предельная глубина бурения 20 метров.

Ударно-канатное бурение

Такой тип бурения подразумевает использование ударного наконечника и троса, на котором он подвешен. За счет повторяющих ся ударов наконечника происходит разрушение пород. В качестве наконечника может использоваться:

  • буровой стакан - в случае бурения связных пород;
  • желонка - при бурении несвязных пород;
  • долото - при бурении скальных пород.

Предельная глубина бурения 50 метров.

Способы и разновидности бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях согласно СП 11-105-97.

Способ бурения Разновидность способа бурения Диаметр бурения, мм Условия применения (виды и характеристика грунтов)
Колонковый С промывкой водой 34-146 Скальные невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые (трещиноватые)
С промывкой глинистым раствором 73-146 Скальные слабовыветрелые (трещиноватые), выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), крупнообломочные; песчаные; глинистые
С продувкой воздухом (охлажденным при проходке мерзлых грунтов) 73-146 Скальные невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые(трещиноватые), необводненные, а также в мерзлом состоянии;
дисперсные, твердомерзлые и пластично-мерзлые
С промывкой солевыми и охлажденными растворами 73-146 Все виды грунтов в мерзлом состоянии
С призабойной циркуляцией промывочной жидкости 89-146 Скальные выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), обводненные, глинистые
Всухую 89-219 Скальные выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), песчаные и глинистые необводненные и слабообводненные, твердомерзлые и пластичномерзлые
Ударно-канатный кольцевым забоем Забивной 108-325 Песчаные и глинистые необводненные и слабообводненные, пластичномерзлые
Клюющий 89-168 Глинистые слабообводненные
Ударно-канатный сплошным забоем С применением долот и желонок 127-325 Крупнообломочные; песчаные обводненные и слабообводненные
Вибрационный С применением вибратора или вибромолота 89-168 Песчаные и глинистые обводненные и слабообводненные
Шнековый Рейсовое (кольцевым забоем) 146-273 Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводненные и обводненные
Поточное 108-273 Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводненные и обводненные

Буровые установки

Работа инженерно-геологических буровых установок имеет некоторые отличия от стандартных бурового оборудования. Поскольку назначение пробуренных скважин может быть разное, такое оборудование должно быть подходящим для разных видов работ. К основным направлениям и необходимым требованиям относят следующие нюансы:

  1. Практичность установки ─ исследования нередко проводятся не в самых простых условиях. Поэтому наличие ровной и прочной почвы для установки такого оборудования не всегда обеспечивается. Чтобы использовать буровые машины было максимально удобно и безопасно, они должны быть не слишком габаритными и иметь относительно не высокую массу. Так их будет легко монтировать и демонтировать, в зависимости от обстоятельств.
  2. Прочность оборудования и отдельных узлов буровой установки ─ поскольку для выполнения поставленной задачи необходимо провести бурение прочных пород, важно, чтобы оборудование было к этому готово и такие препятствия не отразились на его работе. Например, если во время бурения головка штанги попадет на песчаник, то ее коронки могут несколько сточиться. Но наиболее ценным оборудование в таких установках считается двигатель. Поэтому, при повышении нагрузки на него, он не должен перегреваться или выходит из строя. Для этого такие узлы имеют двукратный запас прочности.
  3. Многофункциональность ─ для получения качественных результатов бурения, специалистам необходимы образцы почвы и полезных ископаемых, которые, возможно, пролегают в том или ином горизонте. Для получения образцов грунта, штанги буровой установки выполняются полыми, чтобы в них оставались образцы, необходимые для изучения. Чтобы весь процесс бурения был качественен и безопасен, по буровой штанге должно подаваться масло или вода, для охлаждения металла, антиокислитель, пар, а также фильтры, которые фильтруют песок со скважины и частицы полезных ископаемых. Они тоже имеют большое значение при составлении отчета о геологии почвы.

Помимо этого, буровая установка должна иметь несколько входящих и отводящих патрубков. Они необходимы для подвода и вывода рабочих жидкостей из буровой штанги. После того, как исследователи получат необходимые образцы, через штангу заливают специальный раствор, который предотвращает окисление полезных ископаемых и изменение химического состава грунта.

Чтобы специалисты смогли получить образцы нужного качества, по которым можно было бы сразу сделать то или иное заключение, необходимо исключить смешивание грунтов ─ того, что на поверхности с тем, что в недрах земли. Для отделения образцов и защите от загрязнения их почвой с верхних слоев земли, используют специальные щитки, которые устанавливаются на месте бурения скважины. Они не позволяют земле с поверхности попасть в скважину и усложнить процесс исследования.

Подробно про оборудование для инженерно-геологических изысканий.

Разновидности буровых установок

Буровые установки имеют схожий принцип действия, но все же, имеются и отличия. В зависимости от места бурения скважины, предполагаемых прослоек породы, а также от необходимой глубины скважины, можно встретить самые разные установки. Они могут отличаться по следующим показателям:

  • Мощностью ─ для малых глубин, средних и больших глубинных скважин;
  • Самоходные или перевозимые установки;
  • Перфораторного или исключительного бурового типа;
  • Наличие и разновидность вспомогательного оборудования ─ лебедок, шкивов или скреперных блоков.

Существуют некоторые типы установок, которые имеют несколько режимов работы. Могут устанавливаться двухскоростной редуктор, который позволит вести работы при нужной скорости. Также на некоторых моделях имеется функция реверса. Благодаря ей, можно изменить направление вращения буровой штанги. Это нужно в тех случаях, когда головка штанги уперлась в прочную породу. Из-за возрастающего давления и крутящего момента, ее может попросту скрутить и она застрянет в породе. Используя реверс, штангу можно раскрутить в обратную сторону и поднять на поверхность.

Похожие статьи
Комментарии

Оставить комментарий

Имя: (обязательно)

E-Mail: (обязательно)

Website: (не обязательно)

Сообщение: (обязательно)

Отправить