Ударно канатное бурение скважин, Минск

Бурение скважин на воду ударно-канатным способом

Технология бурения глубоких скважин известна с древних времен. Считается, что ударный способ бурения зародился в Японии или Бирме. Однако первое упоминание о древних буровых установках было зафиксировано еще в трудах китайского философа и мыслителя Конфуция. В них описывается бурение ударным способом скважин глубиной до 100 м и более для добычи солевых растворов. Также на барельефах гробницы Хан (династия Хань), найденной в провинции Сычуань, изображены подробные сцены самого процесса глубинного бурения. В китайском методе использовалась группа мужчин, прыгающих по брусу бурового зубила, которое в свою очередь вращалось впряженными в ворот буйволами. Практически все механизмы, в том числе и буровой снаряд, древние китайцы изготавливали из бамбука, а при сборке применялись только веревки и бамбуковые клинышки. Глубинные скважины бурились годами, секреты же технологий бурения тщательно охранялись.

Ударно-канатный метод бурения скважин и сейчас остается самым простым и наиболее популярным способом вскрытия поверхностных водоносных слоев. Такое бурение можно произвести без использования тяжелой техники, а сами ударно-канатные установки достаточно компактны и просты в использовании.

Механизм ударно-канатного бурения скважин на воду включает в себя следующие комплектующие: каркас установки, забивной стакан, канат (трос), ударную штангу, блок и лебедку. Основным элементом процесса является забивной стакан – кусок стальной трубы с прочной режущей нижней кромкой, скошенной внутрь, которая позволяет легче врезаться в грунт. Наверху забивного стакана находится наковальня, по которой бьет ударная штанга. Поднимают и опускают буровой стакан над забоем с помощью лебедки. Врезаясь в грунт, стакан захватывает часть породы и за счет силы трения удерживает ее внутри. Для более глубокого проникновения в почву используют ударную штангу — ее поднимают и бросают на наковальню забивного стакана. После нескольких таких ударов стакан заполняется грунтом. Его поднимают на поверхность, освобождают от породы и продолжают процесс бурения. Забивные стаканы чаще всего используют для бурения мягких, глинистых, несыпучих пород.

Для бурения сыпучих пород при ударно-канатном бурении скважин на воду используется не забивной стакан, а желонка. Желонка представляет собой такую же стальную трубу, но с задерживающим клапаном в нижней части своей конструкции. Когда желонка входит в грунт – клапан открывается, и сыпучий грунт легко проникает внутрь, при подъеме желонки вверх — клапан закрывается под действием тяжести захваченной породы. При наполнении желонка также извлекается на поверхность, опустошается и используется дальше для продолжения бурения.

Чтобы в сыпучих грунтах не засыпало скважину в процессе бурения, используют обсадные трубы. Они забиваются несильными ударами по мере углубления скважины, а первый фрагмент трубы снабжают конусным расширительным башмаком. Диаметр обсадной трубы немного больше, чем диаметр забивного стакана, чтобы стакан мог свободно двигаться внутри скважины. Часть грунта при таком способе бурения срезается продвигаемой вниз обсадной трубой.

Если нужно пробить очень твердые, каменистые грунты или встречающиеся как в мягком, так и в сыпучем грунте твердые слои – используют буровое долото. При ударах буровым долотом твердая порода измельчается, затем извлекается из скважины все той же желонкой. Обсадная труба в таких случаях не может срезать слой грунта со стенок скважины, поэтому дополнительно используют расширитель. При прохождении обсадной трубы зубцы расширителя прячутся внутрь конструкции, а когда он опускается ниже края обсадного колодца – зубцы выдвигаются и срезают слой породы со стенок прокладываемой скважины, увеличивая ее диаметр.

Для того чтобы пройти промежуточный водоносный слой, также используют обсадные трубы. Их забивают до упора в грунтовый слой, расположенный ниже водоносного. Затем откачивают скопившуюся воду, и желонкой очищают дно скважины от смеси воды и грунта. Возможен и другой способ прохождения серединного водоносного слоя – в жидкую смесь дополнительно подсыпают грунт, чтобы вязкую массу можно было поднять забивным стаканом.

Как и при любом другом способе пробоя скважин, при ударно-канатном бурении скважин на воду следует тщательно соблюдать вертикальность скважины. В искривленную забивную скважину после определенного момента перестанут опускаться обсадные трубы, что сделает невозможным дальнейшее прохождение бура. Поэтому рекомендуется использовать забивной стакан длиной не менее двух метров, чем длиннее буровой стакан, тем проще сохранять вертикальность скважины. Что же касается каната (троса), то он должен быть достаточно прочным, выдерживать нагрузку бура, полностью заполненного породой, и не лопнуть в случае заклинивания забивного стакана в скважине.

К недостаткам ударно-канатного бурения скважин на воду можно отнести:

• низкую скорость прохождения грунтовых пород при бурении на большие глубины, со 100 метров поднятие грунтов занимает время, даже используя электролебедку

• ограничение глубины пробивания скважин в песчаных грунтах, если слой сыпучих грунтов высок то бурение становиться почти не возможным

Преимущества метода ударно-канатного бурения скважин:

• возможность пробивать скважины большого диаметра;

• долгий срок службы пробиваемых скважин;

• экономически эффективен во время проведения зимних буровых работ;

• при бурении в скважину не попадают посторонние примеси;

• простой контроль уровня воды и водоносности проходимого слоя.