Ударно-канатное бурения скважин — способы, установки
Содержание
- Назначение и краткое описание технологии
- Плюсы и минусы
- Применяемое оборудование
- Особенности проведения работ (видео)
- Этапы работы
Наиболее доступный и простой способ бурения скважины является так называемое ударно-канатное бурение. Основная его особенность – это возможность производства операций без использования тяжелой специальной техники. В этом случае также можно в самые короткие сроки осуществлять монтаж буровой установки.
Применение технологии ударно-канатного бурения
Ударно-канатный способ – это самый простой и наиболее распространенный способ бурения, который дает уникальную возможность осуществлять вскрытие поверхностных водоносных пластов. Интересно, что требуемое оборудование можно сделать даже своими руками.
1 Назначение и краткое описание технологии
Интересно, что этот способ бурения использовался еще в древние времена.
Первые упоминания о ней с легкостью можно найти даже в трудах самого Конфуция. Но сегодня, чтобы начать работать, нужно иметь немного различных приспособлений. В этом случае вам понадобится такой инструмент:
- лебедка и блок;
- буровая штанга;
- забивной стакан;
- каркас установки;
- трос.
Данная технология предполагает, что основной инструмент – это забивной стакан, который представляет собой своеобразный отрезок трубы, сделанной из стали. Она скошена вовнутрь и имеет снизу режущую кромку, которая отличается очень высокими показателями прочности. У забивного стакана сверху есть так называемая наковальня, по которой штангой производятся удары.
Лебедка выполняет функцию опускания и подъема забивного стакана. Порода, попадающая в стакан, за счет силы трения удерживается в нем. Ударная штанга используется для того, чтобы максимально глубоко проникнуть в грунт, поэтому её с силой бросают на наковальню. После того, как стакан полностью заполнится грунтом, его поднимают наверх и тщательно очищают.
Процесс бурения скважины по ударно-канатной технологии
Такой процесс повторяется до тех пор, пока скважина будет иметь необходимую глубину. Как можно понять, данная технология не сложная, поэтому буровая установка своими руками – это реальная возможность сэкономить достаточно много денежных средств.
к меню ↑
1.1 Плюсы и минусы
Естественно, что ударно канатное бурение скважин имеет ряд как положительных, так и отрицательных сторон, поэтому постараемся в них разобраться.
Этот метод бурения имеет такие достоинства:
- Во время бурения можно взять раздельные образцы (пробы) из водоносного слоя грунта.
- Возможность осуществления бурильных скважинных работ во время больших начальных диаметров, которые могут достигать 500-та миллиметров и более.
- Можно создавать скважины в самые короткие сроки, то есть сразу после того, как завершатся бурильные работы.
- Водоносные горизонты благодаря использованию на практике этой техники, не засоряются, сохраняют такой же вид, как и до того, когда начинает использоваться буровая установка.
- Возможность успешного проведения бурильных работ в так называемых галечниково-валунных прослойках. Кроме того в породах, которые легко впитывают различные промывочные жидкости.
- Не нужно обеспечивать установку водой и раствором из глины, поэтому инструмент не так сильно засоряется.
- Гарантия того, что будет произведено качественное и быстрое вскрытие с дальнейшим опробованием водоносного пласта.
Как видно, эта технология имеет много больших плюсов, поэтому стоит задуматься над тем, как сделанная своими руками буровая установка сослужит вам хорошую службу.
Теперь можно перейти к немногочисленным минусам, которые имеет этот способ бурения:
Мобильная буровая установка УАЗ УКБ-60
- Осуществление исключительно вертикального бурения.
- Во время создания глубоких скважин могут возникнуть определенные проблемы.
- В некоторых грунтах песчаного типа бурить таким способом вообще невозможно (здесь даже специальный инструмент не поможет).
- К самому большому недостатку относят низкую скорость бурения.
к меню ↑
1.2 Применяемое оборудование
Теперь стоит немного остановиться над тем, какой нужен инструмент, когда применяется ударно-канатный метод для бурения, тем более, если есть желание сделать скважину своими руками. Долото (обычно применяют долото PDC) – это главный рабочий инструмент, который выполняет функцию разрушения породы. Для того, чтобы извлечь разрушенную породу на поверхность используется так называемая буровая желонка. Ножницы являются составным элементом бурового снаряда, штанга нужна для ударов. Кроме того, требуется канатный замок, и, конечно, канат.
Установку и сборку бурового снаряда производят со вспомогательным инструментом. Сюда входят разнообразные ключи, в том числе гаечные и рожковые, отвертки и затяжные трещотки. Кроме того, эта технология требует использования специального оборудования, которое нужно для работы с обсадными трубами – хомуты, снаряды, забивные головки и башмак.
Если говорить о перечне, то буровые станки для осуществления качественных работ с применением ударно-канатного способа бывают различных типов (если сравнивать с роторным способом). Но многие специалисты советуют использовать комбинированный способ бурения, когда роторная технология сочетается с обратной промывкой и ударно-канатным способом.
Чаще всего, комбинированный метод используется в США. Они удачно сочетают ударно-канатный и вращательный способ осуществления бурильных работ, а также можно производить обратную промывку. Важно помнить, что цена комбинированных устройств намного больше стоимости стандартных простых бурильных конструкций, поэтому для того, чтобы быстрее окупить это оборудование нужно выполнять очень большие объемы работ.
Именно по этой причине небольшие компании их не применяют. Но если вы хотите сделать скважину своими руками, то такой способ может заинтересовать.
к меню ↑
1.3 Особенности проведения работ (видео)
.jpg)
Ударно-канатное БУРЕНИЕ самодельное.” src=”https://www.youtube.com/embed/vDY_17zh4wQ?feature=oembed” frameborder=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture” allowfullscreen=””/>к меню ↑
2 Этапы работы
Важно помнить, что бурение с применением забивных стаканов чаще всего используют во время работы на не сыпучих и сравнительно мягких породах. Поэтому на сыпучих грунтах использование данной разновидности бурения не рекомендуют.
Причина проста – в сыпучих породах частицы имеют недостаточную силу связи друг с другом, из-за чего для того, чтобы удержаться внутри корпуса забивного стакана им попросту не хватает силы трения, поэтому он во время выхода из забоя стает пустым, а сыпучий грунт забивает тело скважины.
Здесь может помочь только желонка, которая применяется при бурении скважины на сыпучих грунтах. В нижней части конструкции желонка есть специальный клапан, открывающийся во время врезания желонка в породу, в результате чего открывается свободное продвижение для сыпучего вещества.
Когда желонку поднимают наверх, клапан под весом захваченной породы в свою очередь закрывается и таким образом возникает препятствие для высыпания грунта. После того, как желонка поднимается на поверхность и освобождается от породы, процесс повторяется по новому кругу.
Если вы начали бурить скважину с помощью ударно-канатного способа на каменистых и твердых породах, то лучше всего использовать специальное буровое долото, которое выполняет функцию желонка или забивного стакана. Именно ударное действие долота гарантирует разрушение каменистых и твердых грунтов, они быстро измельчаются и превращаются в достаточно мелкие частицы. С применением желонки они в дальнейшем без проблем извлекаются наверх со дна новой скважины.
Очень важно во время осуществления бурения ударно-канатным методом придерживаться основных этапов работы. Самым главным этапом является сборка и точная установка конструкции в требуемом месте. Если все сделать правильно, особенно своими руками, то никаких трудностей во время создания новой скважины возникнуть не должно.
Если вы начали бурить на сыпучем грунте, или на породах с его прослойками, то нужно следить, чтобы скважина не засыпалась грунтом. В этом случае нужно внутрь скважины установить специальные стальные обсадные трубы. Здесь важно, чтобы первой отрезок используемой трубы был с небольшим расширительным конусным башмаком.
Обсадные трубы при этом должны иметь больший диаметр, чем диаметр самого забивного стакана. Это даст возможность последнему свободно перемещаться в скважине. Интересно, что во время опускания обсадных труб в скважину своими руками, которое осуществляется с помощью не очень сильных ударов или просто под собственным весом, из-за своего большего диаметра они попросту срезают часть грунта со стенок скважины.
Стоит помнить, что использование ударно-канатного способа бурения можно значительно облегчить, так как все требуемые в этом случае детали вполне реально изготовить самостоятельно, еще и в домашних условиях. Специальные глубокие познания в этой сфере вам не потребуются, главное – это иметь желание.
Главная страница » Виды бурения
1.2. Станки ударно-канатного бурения.
Станки ударно-канатного бурения широко применяются для бурения разведочных скважин на россыпях по породам любой крепости на глубину до 300 м. На карьерах при бурении крепких горных пород их вытеснили станки ударно-вращательного бурения погружными пневмоударниками и станки шарошечного бурения. Основной недостаток ударно-канатных станков – малая частота ударов (40 – 50 в минуту), ограничивающая их производительность. Увеличить частоту ударов невозможно, так как продолжительность падения бурового снаряда зависит от высоты его подъема, ускорения свободного падения и сопротивления шлама.
Таблица 1.2.
Техническая характеристика станков ударно-канатного бурения
(завод-изготовитель – Оротуканский завод горного оборудования)
Показатели | Марка станка | ||
БУ-20-3 | БУ-20-2УШ | УКС-22М | |
Наибольшая глубина бурения, м | 250 | 200 | 300 |
Наибольший диаметр бурения, мм | 250 | 400 | 600 |
Высота подъема бурового снаряда над забоем, мм: Наибольшая | 1000 | 720 | 1000 |
Наименьшая | 700 | 520 | 350 |
Способ передвижения | Самоходный на гусеницах | Прицеп | |
Масса станка без канатов и бурового снаряда, т | 12,5 | 11,4 | 7,6 |
Станок
ударно-канатного бурения (см.
рис.1.6.)
содержит рабочий буровой инструмент
1, закрепленный на канате 2. Канат огибает
головной блок 3, оттяжной блок 4,
направляющий блок 5 и намотан на барабан
лебедки 6. Оттяжной блок 4 установлен на
балансире 7. Вращение от главного вала
8 станка передается кривошипу 9. Палец
10 кривошипа шарнирно соединен с шатуном
11, на другом конце которого шарнирно
закреплен балансир 7.
При вращении кривошипа шатун 11 передвигает оттяжной блок 4 по дуге, радиус которой равен длине балансира 7. При нижнем положении пальца 10 кривошипа 9 и оттяжного блока 4 долото будет приподнято над забоем. При перемещении пальца кривошипа и оттяжного блока в верхнее положение долото в конце хода ударится о забой. Во время подъема происходит поворот бурового инструмента на некоторый угол за счет раскручивания каната, что обеспечивает получение скважины круглого сечения.
Рис. 1.6. Схема станка ударно-канатного бурения.
1 – буровой инструмент; 2 – канат; 3 – головной блок; 4 – оттяжной блок;
5 – направляющий блок; 6 – барабан лебедки; 7 – балансир; 8 – главный вал; 9 – кривошип; 10 – палец; 11 – шатун; 12 – амортизатор; 13 – мачта;
14
– желонка; 15 – желоночный барабан; 16 –
ролик; 17 – тормоз.
Буровая лебедка (см. рис.1.7.) состоит из приводного вала 1, опирающегося на опоры качения, установленные на стойках рамы. На валу на подшипниках смонтирован барабан 2 с намотанным на него тросом 3. Вращение от приводного вала 1 передается на барабан 2 через фрикционную муфту 4. Рукоятью 5, связанной с кулачками 6, управляют фрикционной муфтой, а рукоятью 7 – тормозом 8. Для обеспечения подъема бурового снаряда рукоять 5 устанавливают в такое положение, при котором кулачки 6 соединяют между собой диски фрикционной муфты. В результате этого вращение через фрикционную муфту передается от приводного вала барабану 2 и происходит наматывание троса на барабан. Для экстренной остановки барабана рукоятью 7 приводят в действие тормоз 8.
Рис.1.7. Фрикционная лебедка
1 – приводной вал; 2 – барабан; 3 – трос; 4 – фрикционная муфта;
5 – рукоять управления муфтой; 6 – кулачки;
7
– рукоять управления тормозом; 8 –
тормоз.
Рабочий буровой инструмент делится на основной и вспомогательный. К основному относятся долото и канатный замок. Соединенные вместе они образуют буровой снаряд. Вспомогательный буровой инструмент состоит из желóнки для извлечения бурового шлама из скважины и специальных долот для исправления скважины.
Применяют несколько типов долот. Основные из них: плоские, крестовые, двутавровые и округляющие (см. рис. 1.8.).
Рис.1.8. Типы долот
а – плоское; б – двутавровое;
в – крестовое; г – округляющее.
Плоские долота предназначены для проходки монолитных пород без твердых включений. Их выпускают диаметром от 148 до 695 мм. Масса долот от 42 до 520 кг.
Двутавровые
долота предназначены для проходки вязких
пород. Их лезвия имеют выступающие в
обе стороны борта, обеспечивающие лучшую
обработку стенок скважины. Выпускают
их диаметром 148 – 850 мм, масса 42 – 630 кг.
Крестовые долота применяют для проходки твердых трещиноватых пород, а также валунно-галечных отложений. Диаметр этих долот 148 – 595 мм, масса 66 – 980 кг.
Округляющие долота используют для проходки твердых трещиноватых пород и валунно-галечных отложений, а также для выравнивания стенок скважины. Диаметр выпускаемых долот 148 – 695 мм, масса 85 – 1400 кг.
После углубления скважины на 0,3 – 0,6 м, при бурении крепких пород, и на 1,0 – 1,5 м при бурении слабых пород, когда долото начнет вязнуть в разрушенной породе и скорость бурения упадет, буровой снаряд поднимают из скважины и в нее опускают на канате желонку (см. рис.1.9.).
Рис.1.9. Желонка
1 – корпус; 2 – башмак; 3 – клапан;
4 – шток.
Желонка
представляет собой полый цилиндр с
клапаном на нижнем конце. Если забой
находится в сухих породах, то в скважину
наливают воду в таком количестве, чтобы
образовался столб воды высотой, равной
длине желонки.
После спуска желонки от
главного вала станка включают желоночный
барабан для подъема желонки на высоту 0,5 – 0,7 м, а затем сбрасывают желонку в скважину, производя ею 10 – 15 ударов по забою. Под действием этих ударов суспензия из разрушенной породы и воды, приподнимая клапан, заполняет желонку. Заполнение желонки происходит по закону сообщающихся сосудов. При этом одним сосудом является буровая скважина, а другим сосудом – желонка. Для разгрузки желонки ее опускают вертикально на шток 4 и клапан 3 открывается. Произведя два-три спуско-подъема желонки, забой очищают от разрушенной породы и вновь спускают буровой снаряд, включают ударный механизм и продолжают углубление забоя.
Перед бурением скважины
станок устанавливается горизонтально
и закрепляется домкратами. При бурении
крепких пород буровой инструмент
подвешивается таким образом, чтобы он
на несколько сантиметров не доходил до
забоя. Это расстояние проходится за
счет сжатия амортизатора.
Амортизатор
состоит из набора резиновых дисков и
металлических прокладок. Он ослабляет
ударную нагрузку, передаваемую на мачту
и балансир. В мягких породах навеска
бурового инструмента над забоем не
производится, так как глубина внедрения
бывает достаточной для сжатия амортизатора.
8.4.1: Кабельные станки | PNG 301: Введение в разработку нефтяных и газовых месторождений
Версия для печати
Тросовые буровые установки были первыми буровыми установками, использовавшимися для бурения углеводородных скважин. Они использовались в Соединенных Штатах во второй половине девятнадцатого века (1800-е годы) для бурения неглубоких углеводородных скважин в Аппалачах. Хотя эти буровые установки больше не используются при бурении современных нефтяных и газовых скважин, они имеют историческое значение. Тросовые буровые установки первоначально использовались в Соединенных Штатах для бурения 9 скважин.0005 водяные колодцы в начале 1800-х годов, но берут свое начало в технике ударного бурения, использовавшейся древними китайской и персидской цивилизациями.
Они были адаптированы в середине-конце 1800-х годов для бурения углеводородных скважин. На Рисунке 8.02 показана буровая установка с канатным инструментом.
| Схема | Индекс |
|---|---|
| |
Бурение тросовым инструментом выполняется путем подъема и опускания набора инструментов на конце троса. | |
| Источник: Ball, M.W.: Это увлекательное нефтяное дело , The Bobs-Merrill Company, p. 103 (буровая установка с тросовым инструментом) | |
Тросовый инструмент представляет собой долото из тяжелого металла, подвешенное к проволочному тросу, который, в свою очередь, прикреплен к пружинной стойке или шагающей балке (аналогично системе рычага и точки опоры). Тросовый инструмент многократно поднимают с помощью пружинной стойки или шагающей балки и позволяют ему упасть (свободное падение) вниз по стволу скважины, вызывая разрушение породы в точке удара на дне скважины.
Когда на дне ствола скважины скапливается достаточное количество обломков породы, в скважину заливается вода и Желонки опускаются для удаления обломков породы и обломков.
Исторически желонки представляли собой просто ведра, используемые для подъема обломков из ствола скважины на поверхность. Современные желонки – это инструменты, которые работают на тросе или тросе с герметичным отсеком при низком давлении. При открытии отсека поток жидкости под гидростатическим давлением в камеру низкого давления уносит песок и буровой мусор в желонку. Затем инструмент поднимают на поверхность.
Тросовые буровые установки имеют историческое значение, поскольку скважина полковника Дрейка в Титусвилле, штат Пенсильвания (считается первой скважиной, пробуренной с конкретной целью добычи нефти) была пробурена тросовой буровой установкой в 1859 году на глубину 69,5 футов. Колодец Дрейка считается началом современной нефтегазовой промышленности. В 1890-х годах канатные буровые установки начали заменять роторными буровыми установками.
‹ 8.4: Буровая установка вверх 8.4.2: Роторные буровые установки ›
Ударно-канатное бурениепротив ультразвукового бурения
Ударно-канатное бурение (CPD) на протяжении многих лет гордится тем, что является наиболее распространенной формой геотехнического бурения в Великобритании. Многие геотехнические буровые компании, в том числе Borehole Solutions, считали этот метод бурения своим фаворитом, но так ли это до сих пор?
Управляющий директор Borehole Solutions Джон Родгман потерял счет тому, сколько проектов CPD выполнила его команда, и полностью признает популярность метода, но также открыт для позитивных изменений. Здесь он обсуждает популярность CPD и причину, по которой ультразвуковое бурение заняло свое место в качестве идеального метода бурения.
Что такое ударно-канатное бурение?
CPD — относительно простая технология сверления по сравнению с другими. Резак многократно поднимают и опускают в обсадную трубу для продвижения ствола скважины вниз.
Резак прикреплен к кабелю (отсюда и название), который опускает его дальше в скважину. Именно эта простота, а также общее качество результатов сделали CPD таким популярным методом бурения.
Каковы другие преимущества CPD?
Благодаря широкому использованию на протяжении многих лет CPD стало невероятно эффективным с точки зрения времени и финансов. По сравнению со многими другими шнековыми методами бурения CPD относительно дешев. Также многое можно сказать о его универсальности, поскольку строительство скважины может быть остановлено в любое время для проведения испытаний на месте (или других необходимых исследований на месте). CPD также можно использовать во многих различных типах грунтов, включая твердые породы и связные грунты. Кроме того, при наличии обсадных труб, помогающих обеспечить структурную целостность во время бурения, очень мало грунтов, с которыми буровые установки CPD не могут справиться.
Простота транспортировки буровой установки также способствовала росту популярности CPD с годами.
Их можно легко демонтировать и буксировать за полноприводным автомобилем. Кроме того, штативная установка буровой установки обеспечивает минимальное воздействие на окружающий ландшафт.
Так почему ультразвуковое бурение?
Несмотря на множество других доступных методов бурения, в том числе высокоэффективное ударно-канатное бурение, в последние годы все больше и больше геотехнических буровых компаний переключают свое основное внимание на использование ультразвуковых буровых установок.
Почему это? Ну, несмотря на различные преимущества CPD, ультразвуковое бурение просто обеспечивает гораздо более эффективную и универсальную альтернативу другим традиционным методам бурения.
Неоднородные профили грунта
Акустическое бурение идеально подходит для самых разных проектов, но это особенно актуально при работе с ландшафтом, содержащим как крупные камни, так и гораздо более мелкие пески и гравий. Это происходит из-за высокочастотной энергии, которую генерирует звуковая головка, когда она продвигает колонковый ствол вниз в подложку.
Эффект разжижения, вызванный вибрациями, разрыхляет целостность окружающего грунта, обеспечивая более плавное бурение. Все это позволяет извлекать керн без риска обрушения даже в более сложных субстратах.
Коэффициенты извлечения
Бурение ультразвуком обеспечивает более высокие коэффициенты извлечения, чем любой другой метод бурения. Это особенно важно, когда предоставляются непрерывные образцы керна. Фактически, эти образцы могут быть до трех раз качественнее, чем образцы шнекового бурения.
Например, часто используемая буровая установка Eijkelkamp SonicSampDrill компании Borehole Solutions стабильно обеспечивает коэффициент извлечения более 95%.
Скорость и универсальность
Высокочастотные колебания звуковой головки буровой установки позволяют легко бурить рыхлые породы. Кроме того, в отличие от других машин, ультразвуковая буровая установка может выполнять непрерывный отбор керна, что является очень ценным свойством для многих проектов.
Несмотря на то, что транспортировка установки CPD может быть легко отправлена по всей стране, в качестве метода исследования местности она не идет ни в какое сравнение с универсальностью звуковой установки. Резиновые гусеницы, установленные на буровой установке, обеспечивают исключительную маневренность и гибкость.
Кроме того, несмотря на то, что технология, используемая в буровой установке, может быть сложной, сама операция очень проста и может выполняться с главной консоли на борту. Ударное бурение с кабелем часто может быть холодной, влажной и грязной работой, поэтому неудивительно, что бурильщики предпочли бы оставаться в тепле и сухости во время работы буровой установки, если бы у них была такая возможность.
С заботой об окружающей среде
Одной из главных проблем, возникающих в результате исследований на месте, является количество образующихся отходов. Отходы, полученные в результате исследований (IDW), часто оказывают воздействие на окружающую среду.
