Электропривод; 6 — каретка; 7 — буровая колонна со шнеком; 8 — очиститель;

9 — шнек; 10 — кондуктор с перехватом; 11 — домкрат; 12 — рама

12.5. Бурение скважин и шпуров

Процесс бурения в водопроводном строительстве выполняют в целях устройства скважин для водоснабжения и водопонижения, бе­страншейной прокладки трубопроводов (горизонтальное бурение), взрывания грунтов, геологических и гидрогеологических изысканий, устройства буронабивных свай, искусственного закрепления грунтов и др. Для этого в породах бурильными машинами или инструментом бурят цилиндрические отверстия (выработки) разных диаметров и глу­бин. Выработки диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м называют шпу­ром, диаметром более 75 мм и глубже 5 м - скважиной. Шпуры и сква­жины могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными.

397

Начало шпура или скважины называют устьем, низ – забоем.

Разведочные скважины бурят в малоизученных районах для опре­деления водоносности и фильтрационной способности пород, каче­ства воды и основных параметров водоносных горизонтов. После выполнения скважинами своего назначения их ликвидируют. Разве-дочно-эксплуатационные скважины бурят также в районах слабой гид­рогеологической изученности или в районах с невыдержанными гео­логическими и гидрохимическими условиями. Эксплуатационные скважины, предназначенные для подачи воды потребителям, бурят в районах разведанных и эксплуатируемых водозаборов, а также в рай­онах с высокой степенью их гидрогеологической изученности или вблизи действующих скважин.

Процесс бурения скважин состоит из двух операций - разрушения или отделения породы на дне скважины и удаления разрушенной породы из нее. Трудоемкость бурения породы (ее буримость) харак­теризуется временем чистого бурения 1 м скважины и зависит от кре­пости породы, т.е. сопротивляемости любым видам разрушения.

Бурение неглубоких скважин (до 50—100 м) различного назначения производят в основном механическими способами - колонковым, медленно-вращательным, шнековым, вибрационным, роторным, ударно-канатным и др. Механическое вращательное и ударное буре­ние скважин бывает медленно-вращательным на бурильных и обсад­ных трубах и ударным с отрывом породоразрушающего инструмента от забоя (колющий способ) и без отрыва инструмента (забивной спо­соб). Для бурения этими способами скважин с одновременным креп­лением их трубами применяют легкие передвижные и самоходные ус­тановки УБР-1, УБР-2, БУР-2М и др. При вращательном бурении лезвием буровой ложки срезают слой рыхлой породы и затем извлека­ют вместе с буром на поверхность. Ударное бурение ведут в твердых породах и в основном по способу забивки, т.е. без отрыва породораз­рушающего инструмента от забоя, которым в процессе внедрения его в грунт выбуривают керн. При медленно вращательном бурении в ка­честве породоразрушающего инструмента используют буровые ложки и змеевики.

При шнековом бурении породу разрушают долотом, а транспор­тируют наверх шнеками. Преимуществами шнекового бурения явля­ются высокая механическая скорость (до 40-80 м/ч), незначительные затраты времени на монтажно-демонтажные работы, сравнительно большой диаметр скважины (400-600 мм) и отсутствие потребности в промывочной жидкости.

398

Вибрационное бурение скважин диаметром Ы)— 14b мм на глуои-ну 25 м применяют двух видов: чисто вибрационное и ударно-виб­рационное. В первом случае на буровой инструмент передаются виб­рационные нагрузки от вибратора, а во втором - ударные импульсы высокой частоты от вибромолота.

Бурение глубоких скважин (до 1000 м и более) ведут колонковым вращательным, глубоким вращательным (роторным, турбинным, электробурами) и ударно-канатными способами. При колонковом вращательном бурении порода разрушается по наружной кольцевой части поперечного сечения с сохранением внутри столбика породы — керна. Для бурения применяют коронки, армированные алмазными и твердыми сплавами, а также буровую дробь с дробовыми коронка­ми. Применяют также кернорватели, предназначенные для отрыва керна и удержания его в колонковой трубе при подъеме бурового снаряда. Колонковое бурение применяют в основном при разведке полезных ископаемых и геолого-технических изысканиях.

Глубокие скважины бурят чаще всего вращательными способами — роторным, турбинным и с помощью электробуров с промывкой и продувкой. При роторном бурении вращение бурового снаряда осу­ществляют ротором, устанавливаемым над устьем скважины, а при турбинном породоразрушающий инструмент вращают турбины, опускаемые на забой скважины вместе с долотом на колонне буриль­ных труб. При бурении электробуром инструмент вращают забойным электродвигателем малого диаметра и значительной длины. При глу­боком вращательном бурении, особенно скважин на воду, использу­ют лопастные, шарошечные, алмазные и другие долота без отбора керна.

Глубинное бурение скважин вращательным роторным или тур­бинным способом осуществляют с помощью специальных установок (рис. 12.13). Диаметры скважин колеблются от 76 до 590 мм. Их бурят колонной бурильных труб с породоразрушающим инструментом (буро­вым снарядом), соединенным с ведущей бурильной трубой квадратно­го или шестигранного сечения, которую вставляют в отверстие ротора. Вращение от ротора передается ведущей трубе и бурильному снаряду. Привод ротора и других механизмов осуществляется от двигателя внут­реннего сгорания или электродвигателя. Для промывки скважины име­ются насосы. Промывочная жидкость охлаждает долото, вымывает раз­рушенную породу, вынося ее из скважины.

Основным породоразрушающим инструментом при глубоком вра­щательном бурении служат долота, которые по характеру воздействия

399

Рис. 12.13. Установка роторного бурения скважин:

1 — породоразрушающий инструмент; 2 — расширитель; 3 — утяжеленные буриль­ные трубы; 4 — бурильные трубы; 5 — дизель-электрический привод; б — лебед­ка; 7 — ротор; 8 — ведущий канат; 9 — кран-блок; 10 — канаты; 11 — стояк; 12 — талевый блок; 73— крюк; 14 — вертлюг; 15— нагнетательный шланг; 16 — веду­щая бурильная труба; 17 — трубопровод; 18 — система желобов; 19 — шламоочи-щающие устройства; 20 — емкость; 21 — всасывающие шланги; 22 — насосы

400

на породу подразделяются на: режуще-скалывающего типа, лопаст­ные, разрушающие породу лопастями; шарошечные (дробяще-скалы-вающего действия), разрушающие породу зубьями или штырями на шарошках; алмазные долота и типа ИСМ истирающе-режущего дей­ствия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавны­ми штырями в торцовой части долота. Лопастные долота применяют для бурения мягких пород и средней твердости пород, а шарошечные -пород с различными показателями твердости, абразивности и плас­тичности. Алмазные долота используют при бурении скважин в из­вестняках, доломитах и других малоабразивных породах.

При ударно-канатном бурении породу разрушают по всему за­бою опусканием в скважину на стальном канате бурового снаряда

Рис. 12.14. Принципиальная схема ударно-канатного бурения:

1 — буровой снаряд с долотом; 2 — желонка; 3 — канаты; 4 — мачта; 5, 8, 10 —