| Главная страница ДонНТУ | Страница магистров | Поисковая система ДонНТУ |
| Автобиография | Автореферат | Ссылки | Результаты поиска в Интернет | Индивидуальное задание |
СПОСОБЫ БУРЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН
Колонковое бурение — один из наиболее широко распространенных способов проходки скважин.
Основные преимущества колонкового бурения: универсальность, т. е. возможность проходки скважин почти во всех разновидностях горных пород, возможность получения керна с незначительными нарушениями природного сложения грунта, сравнительно большие глубины бурения, наличие крупного парка выпускаемых промышленностью высокопроизводительных буровых станков как самоходных, так и стационарных, хорошая освоенность технологии бурения и др.
Существенные недостатки колонкового бурения с точки зрения возможности его широкого использования на инженерных изысканиях: малый диаметр скважин, который во многих случаях не позволяет проводить гидрогеологические исследования и испытания грунтов штампами, во всех породах получать 100%-ный выход керна и качественные образцы рыхлого грунта для лабораторных исследований и т. д.
Бурение «всухую» (без подачи в скважину воды и без расхаживания снаряда) — наиболее распространенная разновидность колонкового бурения при изысканиях. Хотя оно носит название бурения «всухую», однако реализуется при наличии в скважине воды или с подливом последней.
Медленновращательное бурение. Сущность его состоит в том, что скважину углубляют инструментом режущего типа путем срезания с забоя сплошной стружки. При проходке скважины этим способом используют обычные, большей частью самоходные, станки для колонкового бурения, а в качестве породоразрушаюшего инструмента— ложковые и спиральные буры, т. е. инструмент для ручного вращательного бурения. Качественная геологическая документация при этом способе бурения затруднена. Технология этого бурения отличается простотой.
Шнековое бурение — разновидность вращательного бурения. Особенность способа состоит в том, что процессы углубления скважины и удаления продуктов разрушения шнековым транспортером в нем совмещены.
Преимущества шнекового способа: высокая механическая скорость бурения, незначительные затраты времени на монтажно-демонтажные работы и вспомогательные операции, сравнительно большой диаметр скважин; отсутствие потребности в воде для промывки. Недостатки: большой расход мощности и ограниченная область применения, трудность проведения качественной геологической документации.
Винтовое бурение (или бурение завинчиванием) при изысканиях применяется редко. Сущность его состоит в том, что винтовой породоразрушающий инструмент завинчивают в грунт, а затем извлекают на поверхность. При этом размещенный на лопастях инструмента грунт срезается по боковым поверхностям. Способ можно использовать только в весьма рыхлых и мягких грунтах (илы, сапропели и т. д.).
Вращательное бурение сплошным забоем (роторное бурение) при инженерных изысканиях применяется только для бурения гидрогеологических скважин на воду. Для проходки собственно инженерно-геологических скважин этот способ не используется, так как он не обеспечивает должной инженерно-геологической информации о грунтах. Роторный способ позволяет бурить скважины любого диаметра, практически на любую требуемую глубину и в любых по крепости породах. Скважины можно бурить с прямой и обратной промывкой, а также с продувкой сжатым воздухом. Особенно эффективно роторное бурение при проходке рыхлых пород с обратной промывкой всасывающим способом или с помощью эрлифта.
Ударно-канатное бурение сплошным забоем — достаточно изученный и хорошо освоенный способ проходки скважин. Его используют для бурения гидрогеологических скважин и скважин на воду1. Для бурения собственно инженерно-геологических скважин его применяют только при наличии больших толщ валунно-галечных грунтов, где использование других способов бурения крайне затруднено или невозможно. Обычно ударное бурение сплошным забоем ведут с непрерывным погружением обсадных труб. Этот способ малопроизводителен (не более 3—4 м/смену). Качественная геологическая документация при этом способе практически невозможна.
Ударно-канатное бурение кольцевым забоем — один из наиболее широко применяемых способов проходки скважин (до 35%). Основные преимущества: простота технологии, удовлетворительное качество геологической документации, сравнительно высокая производительность 015 м/смену). К недостаткам способа относятся невозможность проходки скважин в скальных грунтах, малая длина рейса, невозможность отбора качественных монолитов в некоторых грунтах.
Различают две разновидности ударно-канатного бурения кольцевым забоем: с отрывом инструмента и без отрыва инструмента от забоя. Первая разновидность носит название клюющего способа, вторая — забивного. В особую разновидность выделяется желони-рование.
Все три разновидности ударно-канатного бурения можно использовать в зависимости от геологического разреза при проходке одной и той же скважины, поскольку для всех могут быть применены одни и те же ударно-канатные станки и требуется смена лишь породоразрушающего инструмента. Клюющий способ особенно эффективен в лессовых породах.
Грейферное бурение — сравнительно новый способ проходки скважин в отечественной практике. Он разработан в ЦНИГРИ для бурения скважин при разведке россыпных месторождений в сложных геологических условиях. Этот способ представляет собой разновидность ударно-канатного (или ударно-штангового) бурения. Его используют при проходке скважин сравнительно большого диаметра в валунно-галечных отложениях. В качестве породоразрушающего инструмента при грейферном бурении применяют грейферы различных конструкций.
Вибрационное (ударно-вибрационное) бурение относится к числу наиболее производительных способов проходки скважин при инженерных изысканиях (до 50—70 м/смену). Сущность его состоит в том, что помимо вертикального статического усилия от вибропогружателя, как правило располагающегося на поверхности, и бурового снаряда, по инструменту наносят удары высокой частоты или сообщают ему возвратно-поступательное движение. Вибрационное бурение обеспечивает получение качественной геологической документации исследуемого разреза. Недостатки вибрационного бурения — ограниченная область применения по глубине скважин и крепости проходимых пород, низкий процент чистого бурения (не более 25%), трудоемкость процесса очистки буровых зондов.
В настоящее время в качестве вибропогружателя в большинстве случаев используют беспружинный вибромолот.
При инженерных изысканиях вибропогружатели могут быть рекомендованы для бурения неглубоких (преимущественно до 15—20 м) скважин в мягких и рыхлых породах, для погружения труб в процессе бурения скважин, извлечения труб, ликвидации аварий, связанных с прихватом, заклиниванием или зажимом инструмента на забое. Кроме того, буровые установки, оснащенные вибропогружателями, могут быть использованы для проведения ударно-вибрационного зондирования грунтов.
Вибрационный способ бурения скважин в СССР разработан в НИИоснований, Гидропроекте и Мосгоргеотресте. Наиболее эффективно он используется в Мосгоргеотресте. Его успешно применяют также при проведении морской разведки.
Бурение электромагнитными устройствами индукционно-динамичес-кого типа относится к числу новых способов бурения скважин. Сущность его сводится к тому, что инструмент погружается в грунт под действием импульсов, сообщаемых ему индукционно-динамичес-ким приводом, размещенным непосредственно над инструментом. Реактивное усилие при этом воспринимается инертной массой, расположенной над приводом. При бурении этим способом применяют снаряд с забойным двигателем, который спускают в скважину и извлекают из нее кабель-канатом. В принципе возможна параллельная намотка каната и кабеля на автономные лебедки. Способ разработан Политехническим институтом г. Тольятти.
Пневмоударное бурение осуществляется с помощью погружных разведочных пневмоударников или погружных пневмопробойников (в последнем случае только в мягких породах). При инженерно-геологических изысканиях используют в основном погружные пневмопробойники.
Сущность способа состоит в том, что породоразрушающий инструмент погружают в скважину с помощью размещенного над ним погружного пневмопробойника. Сжатый воздух к пневмопробой-нику подается по бурильным трубам (через сальник) или по шлангу. По производительности пневмоударное бурение не уступает вибрационному и обеспечивает высокое качество получаемой информации о грунтах. Пневмоударное бурение с помощью погружных пневмопро-бойников получило свое развитие на Урале и в Туркмении. Погружные и поверхностные пневмопробойники используются также для бурения горизонтальных и наклонных скважин под грунтовые анкеры.
Гидроударное бурение основано на использовании погружных гидроударников (с вращением) в скальных породах и погружных гидровибровозбудителей (без вращения) в мягких породах. Последний способ принципиально не отличается от бурения погружными пнев-мопробойниками. Вибровозбудители с гидравлическим приводом работают в ударно-вибрационном режиме. Бурить можно как с вращением, так и без вращения инструмента. При этом обеспечивается достаточно высокая механическая скорость бурения. Недостаток способа с точки зрения возможности использования его при инженерно-геологических изысканиях — необходимость иметь на буровой установке насос и достаточное количество воды. Способ разработан в Донецком политехническом институте.
Колонковое бурение с непрерывным выносом керна потоком промывочной жидкости применяют при разведке ряда месторождений полезных ископаемых. В СКБ ВПО «Союзгеотехника» разработано специальное оборудование для бурения скважин этим способом. Диаметр получаемого керна 34—38 мм. Этот способ позволяет не только существенно повысить производительность труда, но и достичь почти 100%-ного выноса керна. Для реализации способа требуются большое количество воды и специальный рабочий для укладки керна. Производительность способа до 300 м/смену.
Вибрационно-вращателыюе бурение — также один из прогрессивных способов бурения инженерно-геологических скважин, потому что породоразрушающему инструменту, помимо ударных импульсов, одновременно сообщается вращательное движение. Основное преимущество этого способа состоит в том, что оно, сохраняя все положительные качества вибрационного бурения, существенно расширяет область его применения как по глубине скважин, так и по крепости проходимых грунтов. Если область применения вибрационного бурения ограничивается породами I—IV категорий по буримости, то с помощью вибрационно-вращательного бурения можно проходить скважины в породах V—VI категорий по буримости. Способ разработан кафедрой механики МГРИ совместно с ПГО «Уралге-ология» и Свердловским машиностроительным заводом им. Воровского.
Вибрационно-вращательное бурение с выносом керна потоком воздуха или промывочной жидкости в СССР распространения не получил, однако он достаточно успешно применяется в зарубежной практике. В частности, во Франции фирмой «Форако» разработана и успешно используется в строительных, инженерно-геологических и гидрогеологических целях комплексная установка для ударно-вибрационного, ударно-вибрационно-вращательного и вращательного бурения скважин с прямой и обратной промывкой, продувкой и с непрерывным выносом керна обратным потоком воздуха или промывочной жидкости. Работы по созданию аналогичного оборудования начаты в нашей стране. В частности, эти работы проводились СКБ ВПО «Союзгеотехника», а в последнее время ПГО «Центргеология» совместно с кафедрой механики МГРИ им. Серго Орджоникидзе. Не исключено, что при соответствующем обосновании способы бурения с выносом керна промывочным агентом или сжатым воздухом могут быть использованы и для проходки инженерно-геологических скважин.
Существует множество других способов бурения, в том числе взрывной, гидромониторный, ультразвуковой, термоядерный, электродуговой и другие, однако какого-либо практического применения при изысканиях они не имеют. Это относится также к реактивному, огнеструйному и лазерному способам бурения.
| Автобиография | Автореферат | Ссылки | Результаты поиска в Интернет | Индивидуальное задание |