Нина Лапшина - Колодцы. Устройство и обслуживание
Для подъема труб, зажатых породой, используют рычаги, подставив под них козелки. К трубе крепят хомут, в который упираются рычаги и который передвигают, чтобы поднять трубу.
Для того чтобы разрабатываемая скважина имела круглую форму, штанги с укрепленным долотом при каждом ударе поворачивают (отсюда и название способа бурения – «ударно-вращательный»). Для подвешивания штанг к балансиру используют штанговый вертлюг.
При ударно-вращательном бурении необходимо правильно (строго вертикально) заложить скважину, поскольку есть риск скручивания штанг, и он тем выше, чем глубже скважина. Если скважина заложена под углом, то не избежать нескольких серьезных и опасных моментов:
• помимо возникающего напряжения скручивания, наблюдается напряжение от изгиба буровой колонны;
• по мере увеличения глубины скважины тенденция отклоняться от вертикали все более усиливается, что создает проблемы как непосредственно для бурения, так и для подъема и опускания обсадных труб.
Если есть тренога, то скважину закладывают, подвесив на нее оборудование, благодаря чему обеспечивается ее вертикальность. В отсутствие треноги приходится удерживать штаги руками, поэтому в работе должны участвовать 3 человека – двое устанавливают и ввинчивают ложковый бур, третий контролирует вертикальность штанги. Как только бур погрузится на половину своей длины, его извлекают, счищают прилипший грунт, влив в скважину воду (она предотвращает осыпание стенок шахты, склеивает сухую породу, чем облегчает ее удержание, выполняет функции смазки), опускают, проверяют вертикальность и т. д.
В процессе бурения устье скважины разрабатывается, поэтому через 3–4 м проходки ее укрепляют обсадной трубой (1–2 звеньями), которая заканчивается режущим башмаком, а вверху имеет патрубок.
Необходимость применения обсадных труб диктуется несколькими причинами:
• пластичные породы, прорезанные буром, от наличия воды в скважине разбухают или вспучиваются под воздействием давления, которое создают верхние пласты. В итоге просвет скважины может настолько сузиться, что спускание бурового оборудования станет невозможным;
• неустойчивые породы, такие как пески, гравий и другие, в отсутствие обсадной трубы осыпаются, что приводит к результату, указанному в пункте 1;
• при долблении твердых пород долотом образуется так называемая бурильная грязь (раздробленная порода), для удаления которой долото поднимают, опускают желонку и таким образом выбирают ее. Обсадные трубы облегчают эту процедуру.
Если водоносные пласты залегают на глубине более 10 м, ударно-вращательное бурение становится очень трудным (особенно, если бур упирается в камни), так как:
• штанги настолько удлиняются, что начинают гнуться;
• искривление скважины практически неизбежно;
• монтаж штанг (свинчивание-развинчивание) требует все больше времени;
• опасность разрыва штанг все более усиливается.
Однако есть возможность значительно облегчить бурение. Для этого штанги следует заменить тросом и вести проходку ударно-канатным способом. Надо заметить, что ударно-канатное бурение знали и практиковали еще в Древнем Китае. Естественно, что оборудование было деревянным, использовался ручной труд, темпы бурения были медленными, однако в течение нескольких лет (или десятилетий) таким способом сооружали колодцы глубиной до 1,5 км.
Самодеятельные бурильщики соединяют штанги фланцами, штифтами с соединительными втулками. Их главный недостаток – невозможность достижения соосного соединения штанг из-за возникающих погрешностей при сварке и люфта во втулках.
В нашей стране ударно-канатное бурение было описано и освоено еще в начале прошлого века. При этом применялся буровой снаряд Шитца. Его конструкция проста:
• берут столб диаметром 140–200 мм. На одном из концов выполняют поперечину с подкосом и блоком;
• буравом проделывают скважину глубиной 1 м. В нее поперечиной вверх вертикально ставят столб. Для устойчивости его фиксируют оттяжкой за якорь;
• на блок подвешивают бурав, чтобы определить центр будущей скважины;
• пробуривают скважину глубиной 1 м;
• далее применяют конический стакан, подвешенный на веревку. Подтягивая последнюю, стакан поднимают на высоту 1–1,5 м и бросают. При врезании в дно скважины стакан заполняется грунтом, уплотняется и удерживается, пока не будет поднят на поверхность, где он освобождается от породы.
Буровой снаряд Шитца бесполезен, если на пути проходки встречаются крупные камни или сплошной каменистый грунт. Поэтому он требует усовершенствования, которое заключается в замене стакана долотом и веревки – тросом.
В настоящее время ударно-канатное бурение широко распространено, поскольку при использовании современной конструкции способ приобретает универсальность и может применяться на грунтах независимо от их состава. Технологию ударно-канатного бурения мы рассмотрим далее, а пока остановимся только на оборудовании, которое для этого необходимо.
Комплект установки для осуществления ударно-канатного бурения состоит из следующих элементов:
• забивного стакана;
• ударной штанги;
• стального троса или прочного каната;
• треноги;
• лебедки;
• блока.
Самостоятельно изготовить забивной стакан хотя и непросто, но вполне реально. Для этого нужно взять 2 фрагмента трубы. В том, который послужит нижней частью, вырезают клинья, после чего деталь нагревают, клинья подгибают, сваривают их таким образом, чтобы образовался конус.
Практика применения ударно-канатного способа бурения показывает, что скважина идет абсолютно вертикально, глубина ее ограничивается исключительно длиной троса, благодаря лебедке проблем с опусканием и подъемом не возникает, более того, для этого не требуется прилагать значительных физических усилий.
Поднимая и опуская штангу в скважину, развинчивают по два-три колена, причем их надо удерживать вертикально, а не класть на землю, поскольку во втором случае при подъеме они под собственным весом гнутся, что недопустимо.
Бурение скважины проводят с применением обсадной трубы. В которой буровой инструмент должен свободно перемещаться, поэтому между ними должен быть зазор 10–15 мм. Этому элементу, который применяется независимо от выбранного способа бурения, надо уделить некоторое внимание.
Для самодельного бурового колодца в качестве обсадной практичнее всего использовать стальную трубу, поскольку она прочная и более удобная в соединении. Применяют асбоцементные, керамические, чугунные и даже деревянные обсадные трубы (последние, конечно, можно отнести к истории, хотя это очень доступный и вполне работающий вариант).
Обсадная труба состоит из отдельных звеньев, длина которых может быть равна 2–4 м. Их соединяют посредством сварки или резьбовыми муфтами, выбор того или иного способа определяется диаметром труб: при внутреннем диаметре 50 мм удобнее воспользоваться муфтами (такими же, как для соединения штанг), при диаметре 100 мм и более – сваркой.
Кроме того, чтобы свинтить звенья трубы потребуются хомуты. Лучше всего взять деревянные, чтобы не смять торцы, ведь трубы довольно тонкостенные. А для подвешивания обсадной трубы более подойдут стальные хомуты, которые легко справятся с возникающей нагрузкой.
Если предполагается сваривать звенья обсадной трубы, то их нарезают длиной 2–3 мм, причем линии разреза придают мысикообразную форму. Это позволит облегчить центровку элементов, и при сварке не появится больших зазоров. Каждый разрез помечают краской.
В процессе бурения нижний конец обсадной трубы упирается в твердые породы или твердые включения, например гальку, которые могут смять торец. Чтобы этого не произошло, нижний конец трубы снабжают башмаком или фрезером (с режущими кромками, ориентированными по часовой стрелке, т. е. в направлении проворачивания), присоединив их посредством сварки или посадив на резьбу.
Важная, прежде всего при ударно-вращательном бурении, принадлежность обсадной трубы – патрубок. Это отрезок такой же трубы длиной 150–200 мм с нарезанной на одном конце резьбой. Он необходим в тех случаях, когда звенья обсадной трубы соединяют посредством муфты. Благодаря нему резьба верхней муфты не будет изнашиваться при соприкосновении со штангой.
Выше мы уже говорили, что трубчатый колодец представляет собой трубу, которая заканчивается фильтром. После того как мы выяснили, каким способом можно опустить трубу в пробуренную скважину, осталось рассмотреть, какими бывают фильтры и когда без него можно и обойтись.
В зависимости от строения водоносного пласта, водоприемная часть бурового колодца может иметь разную конструкцию, т. е. она может оснащаться фильтром или нет. Последнее возможно в тех случаях, когда у нижнего обреза обсадной трубы с помощью желонки можно выполнить полость, в которую притекает вода и которая постепенно не затянется. В таком случае надобность в установке фильтра отпадает. Если водоносный пласт является плывуном, то для предупреждения затягивания скважины песком, ее необходимо оборудовать фильтром.
