15.01.2021

Рациональные области применения различных методов бурения и пути расширения технологических возможностей специализированного оборудования


В результате изучении разнообразных геологических и физико-географических условий, в которых производится бурение неглубоких скважин, и анализа особенностей известных методов бурении, очевидно, что в настоящее время не существует метода бурения, в равной мере удовлетворяющего всем требованиям проходки скважин различного целевого назначения.

Анализ показателей, характеризующих производительность специализированного оборудования и эффективность использования заложенной в нем мощности, позволили объективно определить рациональные области применения известных методов бурения в зависимости от физико-механических свойств пород, глубины и диаметров скважин (табл. 93).

Шнековое бурение является одним из наиболее производительных методов проходки скважин в мягких породах на глубину более 50 м. Однако качество опробования при бурении с выдачей породы на поверхность по шнековому транспортеру не может удовлетворять требованиям геологических и инженерно-геологических исследовании.

Этот метод практически не имеет себе равных для проходки в породах II, III и IV групп, взрывных скважин при сейсморазведке и в некоторых гидрогеологических скважинах.

В породах I группы углубление шнекового инструмента происходит весьма успешно, однако определенные трудности заключаются в том, что после извлечения шнековой колонны скважина моментально заплывает и использовать ее для каких-либо целей практически невозможно.

Расширение эксплуатационно-технологических возможностей шнекового метода осуществляется двумя путями: сочетанием его с другими методами, а также применением полых шнековых колонн, канал которых используется для различных целей.

В породах II группы шнековое бурение с подъемом образцов пород съемным грунтоносом может обеспечить большую производительность, чем другие методы на всех диапазонах глубин скважин в пределах 50 м. В породах III и IV групп при глубине скважин более 25—30 м шнековое бурение с отбором керна также является самым производительным методом. Достаточно высокая производительность шнекового бурения сохраняется и при значительном увеличении диаметров скважин.

Таким образом, шнековое бурение с отбором образцов пород съемным грунтоносом при проходке скважин глубиной до 50 м может обеспечить максимальную производительность при хорошем качестве опробования. Только при глубине скважин меньше 20—25 м в породах III и IV групп, а также во II группе шнековое бурение со съемным грунтоносом уступает по производительности ударно-забивному бурению с отрывом снаряда от забоя.

Характерном особенностью шнекового бурения является довольно высокая энерговооруженность при сопоставимых скоростях проходки, глубинах и диаметрах.

Учитывая изложенное, целесообразно, создавать мощное самоходное или передвижное оборудование для шнекового бурения на глубину до 50 м скважин диаметром до 250 мм при сейсмических картировочных геолого-поисковых и инженерно-геологических и гидрогеологических работах.

В первом случае в станках должна предусматриваться возможность отбора керна съемным грунтоносом через полые шнеки и вращательное бурение с промывкой или продувкой, особенно если необходимо осуществлять отбор керна коренных пород.

При малых диаметрах бурения и небольших глубинах скважин возможно также создание легких разборных и переносных шнековых станков с малыми установленными мощностями. Примером, такого оборудования служат мотобуры, используемые при некоторых видах геологических и инженерно-геологических исследовании.

Производительность специализированных шнековых установок в зависимости от целей и условий бурения изменяется в пределах от 10 до 200 м/ст.-смену.

Метод ударно-забивного бурения с отрывом стакана от забоя нашел широкое применение при инженерно-геологических изысканиях.

При бурении скважин глубиной до 12—15 м этот метод в породах II группы является самым производительным.

В породах I группы он уступает ударно-канатному бурению с балансиром, а в III и IV группах — вибрационному бурению, оставаясь более производительным, чем все другие методы бурения.

В связи с большим декрементом затухания рейсовой скорости с глубиной, эффективность этого метода при бурении более глубоких скважин значительно снижается.

Следует отметить, что производительность бурового оборудования, основанного на ударно-канатном бурении, с отрывом от забоя, решающим образом зависит от интенсивности работы бурового персонала, поскольку при этом методе по существу механизируется только спуск и подъем снаряда, а все остальные операции осуществляются вручную. При этом в связи с небольшими проходками за рейс удельный вес вспомогательных немеханизированных операций на 1 м бурения довольно высок.

Возможность применения этого метода ограничена диаметром скважин порядка 99—132 мм, поскольку по мере увеличения диаметра затрудняется нормальная, без потерь транспортировка породы с забоя на поверхность.

В конструктивном и эксплуатационном отношении станки, основанные на этом методе, отличаются чрезвычайной простотой и высокой надежностью.

Качество керна несколько уступает вибрационному и ударно-забивному бурению без отрыва от забоя, по в большинстве случаев может удовлетворить требованиям геологов при геологических и инженерно-геологических исследованиях.

На основе ударно-забивного метода с отрывом стакана от забоя целесообразно создание легкого станка для бурения скважин на глубину до 15 м при геологическом картировании, съемке, поисках и инженерно-геологических изысканиях. По-видимому, необходимо предусмотреть две модификации этого станка — передвижной на прицепе и самоходный на автомашине типа ГАЗ-69. Такие станки могут обеспечить производительность до 60 м/ст.*смену, а их вес без транспортной базы не должен превышать 300—350 кг.

Особенно это необходимо при бурении инженерно-геологических скважин в стесненных условиях (сад, огород и т. д.), когда затруднительно использовать для доставки на место бурения обычные транспортные средства и поэтому приходится передвигать буровой станок вручную на небольшое расстояние.

Оснащать такие стайки ударными механизмами и тем более вращателями нецелесообразно, так как это неизбежно приведет к значительному увеличению их веса. В результате они в значительной степени потеряют свои преимущества перед другими типами оборудования.

Ударно-забивное бурение без отрыва забивного стакана от забоя может с успехом применяться в любых породах I—IV групп.

При бурении скважин глубиной до 25—30 м в породах II группы этот метод по производительности превосходит бурение с отрывом стакана от забоя, вибрационное и вращательное репсовое бурение. В породах I группы при механизации обсадки он также превосходит все другие методы бурения. В породах III и IV групп при глубине скважин более 25—30 м этот метод оказывается более производительным, чем вращательное рейсовое бурение, виброметод, ударно-забивное бурение с отрывом от забоя и колонковое бурение.

В настоящее время не установлены предельные диаметры скважин при бурении ударно-забивным методом без отрыва от забоя и есть все основания полагать, что возможна проходка скважин диаметром более 200—300 мм.

Для этого метода характерны сравнительно невысокие металлоемкость и энерговооруженность станков.

Качество керна при ударно-забивном бурении бед отрыва стакана от забои выше, чем при большинстве методов проходки скважин.

Специализированные станки просты и вполне надежны в эксплуатационном отношении.

Для улучшении их эксплуатационно-технологических качеств необходимо механизировать обсадку посредством вращения или расхаживании обсадной колонны, а также обеспечить возможность повышении скорости подъема снаряда после его срыва и работы желонкой при повышенных скоростях навивки каната на барабан.

В связи с тем, что ударно-забивное бурение без отрыва стакана от забои требует дли механизации обсадки наличия вращатели этот метод в основном должен быть использован в сочетании с вращательным рейсовым бурением для проходки на глубину до 25 и 50 м гидрогеологических скважин, а также скважин при разведке нерудных ископаемых и инженерно-геологических изысканиях.

Однако этот метод требует сравнительно небольших приводных мощностей, что особенно важно при бурении скважин больших диаметров.

Производительность вращательного бурения короткими рейсами в меньшей степени зависит от диаметра скважин, чем при других методах.

Этот метод может применяться для бурения скважин глубиной от 5 до 50 м в сложных геологических условиях при диаметрах до 500—1000 мм, в то время как другие методы для этого, как правило, не пригодны.

Вращательное бурение короткими рейсами целесообразно применить в сочетании с другими методами и, в частности, с ударно-забивным и шнековым; а также для создания узко специализированного оборудования, обеспечивающего проходку шурфо-скважин.

Вибрационный метод с успехом может быть использован при бурении скважин диаметром 89—132 мм в породах III и IV групп (связных пластичных) и отчасти в породах II группы. Использование вибрационного бурения в породах I группы (плывуны, гравийно-галечниковый материал), а также в некоторых случаях по плотным сухим глинам (IV группы) нецелесообразно.

Рациональная глубина скважин при вибрационном бурении не должна превышать 15 м и в некоторых случаях 25 м, так как при большей глубине оно становится неэффективным. Эффективность вибробурения снижается и при увеличении диаметров, поскольку при этом падает его производительность.

При вибрационном бурении обеспечивается возможность качественного отбора керна с малонарушенной структурой.

Учитывая, что такие показатели, как металлоемкость и энерговооруженность станков для вибробурения выше, чем для других методов и, следовательно, они требуют большой установленной мощности и характеризуются большим весом, целесообразно создавать для этих целей только мощные самоходные установки.

В связи с этим, рациональной областью применения вибрационного бурения являются инженерно-геологические исследования в районах, позволяющих использовать автотранспорт или трактора. В труднодоступных районах, где требуется оборудование легкое, разборное использовать вибробурение нецелесообразно.

Для того чтобы расширить область эффективного использования вибрационного бурения, целесообразно сочетать его с ударно-забивным методом без отрыва снаряда от забоя. При этом будет обеспечена возможность бурения на глубину до 25 м с проходкой плывунов, гравийно-галечникового материала и особо плотных глин.

Производительность специализированной установки для вибробурения, имеющей ударный механизм, в геологическом разрезе, равномерно представленном всеми четырьмя группами пород, может составить 35—40 м/ст.-смену.

Большие перспективы повышения предельных глубин и диаметров, а также производительности вибробурения открывает применение забойных погружателей.

Повышение эффективности вибробурения требует решения в специализированных установках вопросов ускорения спускоподъемных операций путем их частичной механизации и улучшений характеристики привода и параметров лебедок.

Бурение методом задавливания инструмента в породу наиболее эффективно в породах II и III групп. Проходка скважин в породах I и IV групп часто оказывается невозможной и требует перехода на комбинацию с вращательным методом. Характерной особенностью метода задавливания является невозможность получения устойчивого ствола. Это определяет место метода задавливания, который может использоваться для углубления с одновременным получением геологической информации (спецсъемка, статическая пенетрация) или для специальных целей вспомогательного характера.





Яндекс.Метрика