УДАРНО-КАНАТНОЕ БУРЕНИЕ

При глубине скважины более 10 м процесс ручного ударно-вра­щательного бурения становится очень тяжелым и трудоемким. Длинные штанги гнутся, трудно избежать искривления оси.сква­жины, много времени уходит на свинчивание-развинчивание штанг, возникает опасность их разрыва. Л когда бур не идет, на­тыкаясь на камни, работа пре­вращается в настоящее мучение.

Между тем дело можно сущест­венно облегчить, если штанги за­менить стальным тросом или да­же веревкой и производить буре­ние только ударным способом. В настоящее время этот ударно-ка­натный способ имеет некоторое промышленное значение, приме­няясь в основном при бурении глубоких скважин на воду.

Рис. 31. Буровой снаряд Шитца

Станок ударно-канатного буре­ния для сооружения колоднев был изобретен еше в Древнем Китае, и в принципе он не отли­чается от современных конструк­ции. Древнее техническое обору­дование было преимущественно деревянным и приводилось в дви­жение вручную. Несмотря на мед­ленные темпы бурения, которое иногда длилось несколько лет и даже десятилетий, сооружались глубокие колодцы глубиной 1200 — 1500 м. Правда, строились они для добычи рассола и газа, а не для получения питьевой воды.

Ударно-канатное бурение под­робно описано в брошюре про­фессора Е. Е. Скорнякова «Как находить воду посредством буре­ния и устраивать простейшие бу­ровые колодцы», изданной в 1922 г.

В своей брошюре Е. Е. Скорня­ков упоминает буровой снаряд Шитца, который «работает чрез­вычайно быстро и просто. В те­чение дня, если работать вдвоем, со всеми приготовлениями, можно легко пробить скважину диамет­ром 270 мм до 20 м глубиной». Буровой снаряд Шитца состоял всего из четырех несложных ин­струментов и был доступен для изготовления в любой кузнице (рис. 31).

Перед бурением в скважину глубиной 1 м (делается буравом) устанавливают вертикально столб диаметром 140 — 200 мм и закреп­ляют оттяжкой за якорь. На вер­ху столба заранее делают попере­чину (в виде глаголицы) с подко­сом и блоком. Подвешенным на блоке буравом намечают центр скважины. Начинают проходку скважины тем же буравом на глубину 1 м.

Рис. 32. Обсадная труба из досок

Далее работу ведут коническим стаканом — это основной инст­румент. Поднимают его за верев­ку на высоту 1 — 1,5 м и бросают. Стакан врезается в дно скважи­ны, грунт входит в него, уплот­няется и удерживается в стакане, пока его вытаскивают на поверхность. Может случиться, что стакан будет забирать грунта слишком мало или совсем его не забирать. Это происходит в тех случаях, когда грунт очень тверд и сух или состоит из сыпучего песка или песка, напитанного во­дой (плывуна). В первом случае надо подливать в забой воду, во втором — подсыпать немного растительной земли и незначи­тельно смачивать водой. Можно также пустить в дело цилиндри­ческий стакан или желонку. По­следняя и предназначена для проходки сыпучих и оплываю­щих грунтов, поскольку снабже­на клапаном. С помощью желон­ки можно извлекать и довольно большие камни, лишь бы они смогли пройти в отверстие под клапан.

Рис. 33. Конический стакан в совре­менном исполнении: 1 — башмак; 2 — конус; 3 — окно для чистки; 4 — ударная штанга

Желонка в плывучих грунтах будет успешно забирать породу. По поскольку порода будет зали­вать скважину, проходку скважи­ны придется вести одновременно с опусканием обсадной трубы. Материалы, из которых делают обсадные трубы, могут быть са­мыми разными, здесь же мы пока остановимся на конструкции об­садной трубы из досок (рис. 32). Ото один из самых доступных ва­риантов. Заметим, что современ­ные материалы позволяют не­сколько упростить конструкцию дощатой обсадной трубы — шипы сделать вставными, а все соедине­ния собрать на водостойком син­тетическом клее, например, эпок­сидном, с запрессовкой шурупами или гвоздями. Доски нижнего конца обсадной трубы заостряют, закругляют и в них также про­сверливают отверстия для прохо­да воды в водоносном слое. Верх­ние доски устанавливают вразбег, чтобы разнести стык при нара­щивании трубы. Обсадную трубу во время проходки скважины опускают до самого дна.

Описанный выше снаряд Шиг-па без помощи кузнеца изго­товить совсем непросто. Так, даже в условиях довольно оснащенного рсмоптпо-мехапического цеха ко­нический стакан автору сделать не удалось. Поэтому пришлось изготовить этот инструмент из двух отрезков труб: в нижней вы­резали клинья кислородным резаком, нагрели до пластичного со­стояния, подогнули и заварили — получился копус (рис. 33).

Недостатком бурового снаряда Шитца является невозможность проходки скважины в породе с крупными валунами и сплошны­ми каменными пропластами. Од­нако устранить этот недостаток сравнительно легко, если исполь­зовать долота (как при ударпо-вращательпом бурении), а верев­ку заменить стальным тросом. Тогда ударно-капатпое бурение становится универсальным, при­годным для любых пород.

Проходка твердых пород тре­бует более сильного удара инст­румента в забое. Достигается это применением тяжелой ударной штанги, которую можно сделать цельной или составной (из от­дельных стальных болванок, штанг, заполненных бетоном). Соединять эти болванки лучше на флаппах с помощью болтов, по­скольку цилиндрические резьбы от ударов быстро сминаются и разъединить потом болванки крайне трудно. В практике авто­ра для проходки очень тяжелых порол (каменные плиты по 60 — 80 см толщиной одна над дру­гой через 3 — 4 м) были использо­ваны штапги обшей массой до 500 кг. Понятно, что в этом слу­чае уже без лебедки не обой­тись, а веревку приходится заме­нить стальным тросом. Последний необходим здесь не только из-за прочности. Дело в том, что плос­кие долота необходимо при каж­дом ударе поворачивать на неко­торый угол, чтобы они разрабаты­вали круглую скважину. Когда бурят ударно-вращательным спо­собом, штапги поворачивают при каждом ударе руками. Л как быть, если вместо штанг верев­ка? Замена веревки стальным тросом и позволяет осуществлять такой поворот с помощью спе­циального устройства — канатно­го замка (рис. 34). Для крепле-ния троса в замке,его протяги­вают во втулку, копец расчали­вают на отдельные проволоки, очищают до металлического блес­ка и вырезают пеньковый сердеч­ник. Затем проволоки загибают вверх, чтобы они смогли войти в коническую расточку втулки, за­тягивают туда канат и заливают каким-либо легкоплавким метал­лом или сплавом. Втулка с за­крепленным канатом должна в замке свободно вращаться, пере­мещаться вдоль оси и проскаль­зывать при закручивании-раскру­чивании каната. В этом как раз и заключается конструктивная идея канатного замка. Таким об­разом, при поднятии долота трос натягивается и раскручивается, поворачивая свободно висящее долото вместе со втулкой на не­который угол. Когда же брошен­ное долото ударяет в породу,трос в результате снятия нагрузки сно­ва закручивается, проворачиваясь в замке.

Рис. 34. Канатный замок: 1 — кор­пус; 2 — шайба; 3 — втупка; 4 — отверстие для выхода воды

Назначение опорной шайбы замка — предохранить его кор­пус от расклепывания при уда­рах, отверстия служат для выте-капия воды, попавшей в замок. Конусная гребенка в верхней ча­сти замка позволяет захватить за­мок с помощью ловильного при­способления при аварии, если трос вырвется из замка, и выта­щить ударную штангу с инстру­ментом на поверхность.

Рис. 35. Схема установки дня ударно-канатного буре­ния: 1 — долото; 2 — удар­ная штанга; 3 — блок; 4 — подвижный захват; 5 — ка­натный барабан; 6 — бара­бан для веревки; 7 — элек­тродвигатель; 8 — редук­тор; 9 — канат; 10 — ве­ревка

Чтобы осуществить удар в за­бое, то есть сбросить ударную штапгу с буровым инструментом с высоты тех же 1 — 1,5 м, надо оттягивать канат. Для этого удоб­но и просто использовать вторую лебедку. Например, с этой целью на выходной вал какого-либо ре­дуктора можно установить не­большой барабан 220 мм диамет­ром, а на него несколькими вит­ками набросить капроновую ве­ревку (рис. 35). Один конец этой веревки с помощью захвата сле­дует укрепить на тросе. При на­тягивании второго копна веревки руками она (в результате трения на барабане) оттягивает трос. Ес­ли отпустить конец, веревка про­скальзывает по барабану и штан­га с инструментом надает в за­бой. Разумеется, по мере углуб­ления инструмента в грунт трос необходимо протравливать, а при подъеме из забоя на поверхность веревку с захватом отсоединять. Промышленные установки удар­но-канатного бурения для оттяги­вания каната снабжаются спе­циальными устройствами с до­вольно сложной кинематикой, воспроизвести которые самодея­тельному бурильщику сложно да и ни нужно.

Барабан для оттягивания кана­та можно сделать и с ручным приводом но типу старинного «до­нецкого» ворота. Такой ворот диа­метром до 2 м делали из толстых досок, чтобы он выполнял роль маховика (для этого основную массу колеса надо по возможно­сти разместить на ободе) и облег­чал оттягивание каната благода­ря инерции.

Надо сначала поработать штан­гами, чтобы прочувствовать всю прелесть ударно-канатного буре­ния. Скважина в этом случае идет совершенно отвесно, прямо­линейно, глубина ее не лимити­руется, лишь бы хватило троса, о быстроте подъема и спуска инструмента в забой не приходится и говорить, особенно если исполь­зовать лебедку с механическим приводом. Не требует сколько-ни­будь значительных усилий и на подъем ударной штанги второй лебедкой.

Здесь не будут рассматривать­ся особенности бурения различ­ных пород, слишком их много. Строитель колодца сам приспосо­бится к «своим» породам, подби­рая тот или иной инструмент. В ряде случаев дело облегчается, если в забой подливать воду. Тог­да и процесс бурения идет легче, и разбуренные породы, особенно твердые, легче забрать желон­кой.

При каждом подъеме из забоя бурового инструмента его надо тщательно осматривать. И все же, несмотря на все предосторож­ности, случаются аварии. Наибо­лее слабым местом при ударно-канатном бурении является креп­ление стального троса в канат­ном замко. При заклинивании инструмента в забое трос иногда можно вырвать из замка. В этом случае для извлечения инстру­мента придется изготовить лови­тель (рис. 36). Перед спуском ло­вителя в скважину зубья его надо отвести в крайнее положение, сжав пружины и закрепив зубья штифтами. Когда ловитель наде­нется на верхнюю часть канатного замка — на конусную гре­бенку, торен замка приподнимет траверсу, штифты освободят зубья, и последние под воздейст­вием пружин захватят замок за комические выступы.

Рис. 36. Ловитель для канатного замка: 1 — корпус; 2 — траверса; 3 — штифт; 4 — зуб; 5 — скоба; 6 — канатный замок

Когда проходка сквпжипы ве­дется с обсадной трубой, буровой инструмент должен проходить внутри трубы с зазором 10 — 15мм на сторону. Остающийся на стен­ках скважины лишний грунт бу­дет срезаться обсадной трубой при ее опускании. Здесь опять весьма полезной окажется тяже­лая штанга, котором трубу можно основательно пристукнуть и оса­дить вниз. Стальная труба в этом случае будет наилучшей.

Рис. 37. Расширитель скважины: 1 — верхний фланец; 2 — корпус; 3 — ось; 4 — резец; 5 — год;(лгд-ка; 6 — пружина; 7 — нижний фла­нец

Если скважина проходит через твердые пронласты камня, сре­зать стенки с помощью обсадной трубы уже не удастся. Можно по­пытаться расширить скважину эксцентричным долотом, но более эффективным инструментом явля­ется специальный расширитель. utot расширитель имеет два рез­ца, которые могут поворачиваться на оси и, выступая наружу, за края обсадной трубы, разрабаты­вать соответствен но скважину большего диаметра. Расширитель работает вместе с долотом. Что­бы спустить расширитель в об­садную трубу, надо его резцы отогнуть вниз, сжав пружину.

Пройдя нижний обрез обсадной трубы, резцы под воздействием сжатой пружины (через подклад­ку) расходятся и устанавливают­ся в рабочее положение (рис.37). При падениях ударной штанги резцы срезают породу со стенок скважины за пределами обсадной трубы. Когда инструмент подни­мают на поверхность, резцы упи­раются в края обсадной трубы, поворачиваются вниз, преодоле­вая сопротивление пружины, и проходят в обсадную трубу.

ОБСАДНЫЕ ТРУБЫ

Обсадные трубы для самодель­ного трубчатого колодца лучше взять стальные, особенно для глубоких колодцев. Они прочнее других, и их легче соединить, впрочем, обсадные трубы могут быть асбестоцем-оитными, пласт­массовыми, чугунными и деревян­ными. Обсадную трубу набирают из отдельных звеньев, длина которых для удобства в рабо­те составляет 2 — 4 м. Стальные звенья соединяют между собой резьбовыми муфтами или сваркой. В значительной степени способ соединения зависит от диаметра. Так, трубы внутренним диамет­ром 50 мм (2 дюйма) проще сое­динять муфтами, а трубы диамет­ром 100 мм и более — сваркой. В частности, на концах труб диа­метром 50 мм резьбу (14 ниток на 1 дюйм) нарезают на длине 50 мм. Вся длина муфты — 112 мм (100 мм резьбы плюс две конце­вые проточки длиной 6 мм для захода трубы). Форма муфты та­кая же, как и для соединения штанг.

Для свинчивания отдельных звеньев обсадной трубы лучше применять деревянные хомуты, так как эти трубы сравнительно тонкостенные и могут быть смя­ты. Подвешивание обсадной тру­бы в скважине, конечно, надеж­нее на стальных хомутах.

При соединении звеньев обсад­ной трубы сваркой сначала тру­бу нарезают кислородным реза­ком на отдельные звенья по 2 — 3 м длиной. Линию разреза де­лают с мысиком, чтобы при свар­ке облегчить центрирование и стык бы не имел больших зазо­ров. Каждый разрез надо не за­быть пометить краской. Центри­рование звеньев перед сваркой можно осуществить с помощью простейшего кондуктора из двух уголков (швеллеров) или трех стальных накладок. Последние нужно приварить к штангам, что позволит дополнительно укре­пить соединительный шов.

Рис. 38. Трубный башмак: а — глад­кий; б — фрезер

Во время спуска обсадной тру­бы в скважину нижний конец ее встречает в породах- твердые включения в виде галек и про-пластов камня. Чтобы предохра­нить торен; трубы от смятия эти­ми твердыми включениями,.а также чтобы обрезать трубой вы­сунувшийся в скважину край твердой породы, на нижний ко­нец трубы устанавливают на резьбе или сварке трубный баш­мак или фрезер (рис. 38). Режу­щие кромки фрезера должны быть обращены в сторону прово­рачивания обсадной трубы, то есть по часовой стрелке. Концы зубьев фрезера закаливают, «чу-гунят» или производят на них на­плавку, твердого металла.

Еще одной необходимой при­надлежностью обсадной трубы при ручном ударно-вращательном бурении является предохрани­тельный патрубок. Он представ­ляет собой отрезок той же самой обсадной трубы длиной 150 — 200 мм с резьбой на одном конце. Назначение патрубка — предохранить резьбу верхней муфты обсадной трубы от изна­шивания о штанги. Если звенья соединяют сваркой, надобность в таком патрубке отпадает.

Когда сварка отсутствует или обсадная труба не стальная, сое­динение отдельных звеньев мож­но произвести стальными наклад­ками на болтах. Ширина таких накладок — 15 — 30 мм, длина — 100 — 200 мм, толщина — 6 — 9 мм. Узкие кромки накладок надо срезать под углом 30 °, что­бы за внутренние прокладки не цеплялся инструмент, а наруж­ные не мешали проходить трубе через грунт. На внутренних на­кладках нарезают резьбу для кре­пежа. Звенья стальной или чугун­ной обсадной трубы можно при достаточной толщине стенок сое­динить без внутренних накладок, нарезав резьбу непосредственно в стенке. Чтобы стык стал непрони­цаем для воды, его следует за­крыть «мокрой», муфтой. Делают эту муфту из нескольких полосок сгеклоткапп, наклеивая каждую полоску вокруг стыка эпоксидным или другим надежным синтетиче­ским клеем. Стык перед приклей­кой стеклоткани необходимо очи­стить от загрязнений, ржавчины и тщательно обезжирить ацетоном или растворителем для нитроэма­ли. В этих же растворителях на­до промыть и стеклоткань, чтобы удалить замасливатель, попадаю­щий на нее в процессе изготовле­ния. Промытую ткапъ необходимо просушить в течение 2 — 4 ч. (Для того чтобы очистить стеклоткань от замасливателя, можно «про­жечь» ее паяльной лампой.) Об­матывать стык нужно полосками разной ширины: каждая верхняя должна быть на 20 — 30 мм шире нижней и прикрывать ее кромки. «Мокрая» муфта после отвержде­ния клея приобретает высокую прочность, и ее можно рассматри­вать как силовой элемент. Тем не менее наружные накладки из ста­ли все равно надо будет поста­вить и прижать ими стеклоткань. Это предохранит муфту от воз­можного сдвига при трении о грунт. В плотных грунтах обсад­ная труба обычно входит в сква-жипу с зазором и сдвиг уплотне­ния маловероятен, тогда уплот­няющие бандажи можно вырезать в виде колец из камеры автомо- бпльпой шипы подходящего диа­метра. Если все же произойдет сдвиг релинового кольца и оно проникнет в неровный стык меж­ду трубами, перекрывая проход в трубе, от резины легко избавить­ся. Для этого ее надо поджечь ка­кой-либо горелкой, опущенной в обсадную трубу на проволоке. На­тянутое резиновое кольцо, когда оно сухое, сразу загорается и тут же разрывается, освобождая про­ход.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: