Способи буріння інженерно-геологічних свердловин
Завданням
бурових робіт при інженерно-геологічних дослідженнях є, як правило,
вивчення:
--
геолого-літологічного будови розкритого розрізу;
--
властивостей гірських порід.
Будучи
трохи менш інформативним способом розвідки, на відміну від гірських виробок
(шурфи, дудки), що забезпечують більшу детальність вивчення порід, буріння, тим
не менш, є способом досить представницьким, набагато більш швидким
і менш дорогим, ніж проходка гірничих виробок і не викликає великих
труднощів при розвідці відносинах, нестійких і скельних порід.
При
бурінні інженерно-геологічних свердловин застосовуються такі основні способи:
ударно-канатний кільцевих забоєм, колонкові, вібраційний і шнековий. У всіх
ці способи процес буріння, як правило, механізований.
Застосування
того чи іншого способу буріння визначається наступними основними умовами:
--
Ударно-канатного буріння кільцевих забоєм рекомендується застосовувати для розвідки
різних пухких, зв'язкових і напівскельні порід; глибина буріння до 50 метрів;
--
Колонкові буріння використовують переважно в скельних і напівскельні
породах, також в щільних зв'язаних грунтах за умови використання глинистої
промивання; глибина буріння до 100
метрів;
--
Вібраційний спосіб, будучи найбільш продуктивним, застосовується для
проходки зв'язкових і пухких порід, що не містять значної домішки
великоуламкових матеріалу; глибина буріння до 15 -20 метрів.
--
Шнековий спосіб, також досить продуктивний, слід застосовувати у випадках
розкриття водоносних шарів, забою на ту чи іншу глибину без докладного вивчення
прохідних порід, тому що даний спосіб не забезпечує точної характеристики
розрізу; глибина буріння до 50
метрів.
Ударно-канатний,
Вібраційне і шнекові буріння при необхідності вивчення механічних і
міцнісних властивостей порід у природному стані слід супроводжувати відбором
монолітів (зразків з непорушеною структурою) порід виключно за допомогою
грунтоносов різного типу.
Так
в глинистих грунтах твердої і напівтвердих консистенції слід застосовувати
обурівающіе грунтоноси, зі швидкістю їх обертання, при відборі моноліту, не більше
60 об/хв і тиском на забій 150-300 кгс; в грунтах тугопластічной, м'якопластичного
і текучепластічной консистенції - вдавлює грунтоноси.
Величина
заглиблення грунтоноса не повинна бути менше півтора його діаметру і не більше 0,4 метрів.
Початкові
діаметри буріння визначаються кількістю змін діаметру по глибині свердловини,
пов'язаних, як правило, з нестійкістю стінок свердловини і необхідністю їх
закріплення обсадними трубами, а також заданою величиною кінцевого діаметра.
Так, наприклад, при необхідності відбору монолітів для випробування в
компресійному приладі, діаметр обойми (кільця) якого становить 90 мм, діаметр свердловини
повинен бути не менше 115 мм,
якщо відбору не потрібно, то 75
мм.
1)
При бурінні ударно-канатним способом, коли руйнування породи на вибої
проводиться повторними ударами наконечника, підвішеного на тросі (канаті), в
як наконечника застосовують: у зв'язаних породах - бурової стакан, в незв'язних
- Желонки, в напівскельні - долото.
Інструмент
для ударно-канатного буріння «клюющім» способом складається з забивного склянки і
обтяженою ударної штанги або ударного патрона при забивної способі. Стакани,
як правило, по всій довжині мають проріз для очищення від породи або є
роз'ємними.
2)
При колонкової бурінні руйнування породи на вибої проводиться прорізанням
кільцевого каналу за допомогою обертання колонкової труби з розміщеної на її
Наприкінці бурової коронкою. При цьому в центральній частині забою (всередині колонкової
труби) утворюється керн у вигляді стовпчика (моноліт) непорушеною структури. Після
освіти керна достатньої довжини його відривають від масиву за допомогою
кернорвателя, що встановлюється на колонкової трубі відразу над коронкою і
піднімають на поверхню.
Слід
відзначити, що на інженерних вишукуваннях колонкові буріння в більшості випадків
проводиться «насухо», поглиблення свердловин, в цьому випадку, нерідко здійснюється
грунтоносамі обурівающего типу.
Нерідко
колонкові буріння порід ведеться з призабійної циркуляцією промивної
рідини, рідше з промиванням стовбура свердловини глинистим розчином, що забезпечує
винос шламу і створює належний вагу стовпа рідини в свердловині для
підтримки в ній рівноваги за допомогою гідростатичного тиску, що
дозволяє підтримувати стійкість стінок свердловини.
Для
отримання якісних зразків прохідних порід, необхідно, щоб глинистий
розчин, крім вищевказаних, задовольняв наступним вимогам:
--
утворював тонку (0,5-1,0
мм) щільну шкірку на стінках свердловини для запобігання
поглинання промивної рідини;
--
забезпечував мінімальний вміст вільної води в суспензії з метою
запобігання набухання глин в стінках свердловини.
Таким
вимогам відповідає розчин, приготований з бентонітової глини, що володіє
високою дисперсністю, тиксотропні. Контроль за якістю глинистого
розчину і за його властивостями під час буріння встановлюють лабораторними
методами, визначаючи його наступні параметри: 1) в'язкість; 2) водовіддачу; 3)
зміст фракцій більше 0,005
мм; 4) добовий отстой; 5) товщу глинистої корки 6)
опір зсуву; 7) стабільність суспензії; 8) щільність; 9) рН; 10)
зміст газів; 11) температуру.
Замість
промивки застосовується також продування забою стисненим повітрям. Продувка має ряд
важливих переваг перед промиванням, з точки зору розвідувального буріння,
а саме:
--
виключається додаткове зволоження, а також розмив керна і забою;
--
виключається можливість забруднення і зволоження шламу, а також змішування
різниць шламу, винесених з різних горизонтів.
Ну
і звичайно виключається такий важливий пункт, як доставка води до свердловин.
Істотна
причина, що перешкоджає широкого використання даного методу, полягає в
геолого-гідрогеологічному обмеження можливості буріння: продування забою
найбільш доцільно і ефективно проводити в свердловинах, що не містять воду в
рідкому стані.
3)
Вібраційне буріння засноване на принципі передачі бурового інструменту
спрямованих коливань, що створюються віброзанурювачі. Частота коливань
існуючих віброзанурювачі становить від 1200 до 2000 в хвилину, а амплітуда
коливань від 1,5 до 10 мм.
Вібро застосовуються в двох варіантах: з жорстким кріпленням до бурильних
трубах і з вільною опорою на спеціальну плиту - ковадло, в останньому
випадку віброзанурювачі називають вібромолотом. Інструмент для вібраційного
буріння складається з зондів і бурильних труб. Зонди, практично, ті ж, що й
склянки при ударно-канатному бурінні. Для буріння зв'язкових глинистих грунтів
застосовують зонди з одного прорізом, для буріння слабосвязних грунтів - зонди з
клапаном.
4)
При шнековим способі буріння м'яких і пухких порід руйнування породи на вибої
виробляють що обертається долотом різних конструкцій, зруйнована порода
транспортується з вибою на денну поверхню шнеками, що представляють собою
єдиний гвинтовий транспортер.
Геологічна
документація при шнековим бурінні важко частковим перемішуванням
зруйнованої породи в процесі її транспорту шнеками. Проби можна відбирати при
безперервної або при періодичній поглиблення свердловини.
При
шнековим бурінні кільцевих забоєм застосовують магазинні шнеки та спеціальні
коронки. Але шнекові буріння має властивість викривляти стовбур свердловини, що
також позначається на структурі та властивостях відібраних монолітів.
В
Нині в містах, в умовах щільної міської забудови, розвиненою
мережі комунікацій та активізації техногенних процесів, все більше виникає
необхідність у використанні «малогабаритного», а й мало що застосовується,
ударно-обертального ручного способу буріння в пухких породах.
Великим
недоліком ручного буріння завжди була його низька продуктивність і
висока трудомісткість. Тому, не занижуючи достоїнств ударно-обертального
способу буріння, особливо в період все зростаючою його потреби, слід
зараз повернутися до його активного впровадження з обов'язковою умовою механізації
процесу.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.geoda.ru/
