Реферат Спосіб буріння інженерно-геологічних свердловин.
Завданням бурових робіт при інженерно-геологічних дослідженнях є, як правило, вивчення:
- геолого-літологічної 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 швидшим і менш дорогим, ніж проходження гірничих виробок і не викликає великих труднощів під час розвідки водоносних, нестійких і скельних порід.
При бурінні інженерно-геологічних свердловин застосовуються такі основні способи: ударно-канатний кільцевим вибоєм, колонковий, вібраційний та шнековий. У всіх цих методах процес буріння, зазвичай, механізований.
Застосування тієї чи іншої способу буріння визначається такими основними умовами:
- ударно-канатне буріння кільцевим вибоєм рекомендується застосовувати для розвідки різних пухких, зв'язкових та напівскельних порід; глибина буріння до 50 метрів;
- Колонкове буріння використовують переважно в скельних та напівскельних породах, також у щільних зв'язкових ґрунтах за умови використання глинистого промивання; глибина буріння до 100 метрів;
- вібраційний спосіб, будучи найбільш продуктивним, застосовується для проходження зв'язкових і пухких порід, що не містять значної домішки великоуламкового матеріалу; глибина буріння до 15-20 метрів.
- Шнековий спосіб, також дуже продуктивний, слід застосовувати у випадках розкриття водоносних шарів, вибою на ту чи іншу глибину без детального вивчення порід, що проходять, так як даний спосіб не забезпечує точної характеристики розрізу;глибина буріння до 50 метрів.
Ударно-канатне, вібраційне та шнекове буріння за необхідності вивчення механічних та міцнісних властивостей порід у природному стані слід супроводжувати відбором монолітів (зразків з непорушеною структурою) порід виключно за допомогою ґрунтоносів різного типу.
Так у глинистих грунтах твердої та напівтвердої консистенції слід застосовувати ґрунтоноси, що обурюють, зі швидкістю їх обертання, при відборі моноліту, не більше 60 об/хв і тиском на вибій 150-300 кгс; в ґрунтах тугопластичної, м'якопластичної та текучепластичної консистенції – ґрунтоноси, що вдавлюються.
Величина заглиблення ґрунтоноса не повинна бути меншою за півтора його діаметри і не більше 0,4 метрів.
Початкові діаметри буріння визначаються кількістю змін діаметра по глибині свердловини, пов'язаних, як правило, з нестійкістю стінок свердловини та 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), як наконечник застосовують: у зв'язкових породах – бурову склянку, в незв'язних – жолонку, у напівскельних – долото.
Інструмент для ударно-канатного буріння способом, що «клює», складається із забивної склянки та обтяженої ударної штанги або ударного патрона при забивному способі. Склянки зазвичай по всій довжині мають проріз для очищення від породи або є роз'ємними.
2) При колонковому бурінні руйнуванняпороди на вибої проводиться прорізанням кільцевого каналу за допомогою обертання колонкової труби з розміщеною на кінці буровою коронкою. При цьому у центральній частині вибою (всередині колонкової труби) утворюється керн у вигляді стовпчика (моноліт) непорушеної структури. Після утворення керна достатньої довжини його відривають від масиву за допомогою кернорвателя, що встановлюється на колонковій трубі відразу над коронкою і піднімають на поверхню.
Слід зазначити, що на інженерних дослідженнях колонкове буріння в більшості випадків проводиться «всуху», поглиблення свердловин, у цьому випадку нерідко здійснюється ґрунтоносами обурювального типу.
Нерідко колонкове буріння порід ведеться з привибійною циркуляцією промивної рідини, рідше з промиванням стовбура свердловини глинистим розчином, що забезпечує винос шламу і створює належну вагу стовпа рідини в свердловині для підтримки в ній рівноваги за допомогою гідростатичного тиску, що дозволяє підтримувати стійкість.
Для отримання якісних зразків порід, що проходять, необхідно, щоб глинистий розчин, крім вищевказаних, задовольняв наступним вимогам:
- утворював тонку (0,5-1,0 мм) щільну кірку на стінках свердловини для запобігання поглинанню рідини для промивання;
Замість промивання застосовується також продування забою стисненим повітрям. Продування має ряд важливих переваг перед промиванням, з точки зору розвідувального буріння, а саме:
- виключається додаткове зволоження, а також розмив керна та вибою;
- виключається можливість забруднення та зволоження шламу, а також змішування різниць шламу, винесених із різних горизонтів.
Ну і звичайно виключається такий важливий пункт, як доставка води до свердловин.
Істотнапричина, що перешкоджає широкому використанню даного методу, полягає в геолого-гідрогеологічному обмеженні можливості буріння: продування забою найбільш доцільно та ефективно проводити у свердловинах, що не містять воду в рідкому стані.
3) Вібраційне буріння ґрунтується на принципі передачі буровому інструменту спрямованих коливань, створюваних віброзанурювачем. Частота коливань існуючих віброзанурювачів становить від 1200 до 2000 за хвилину, а амплітуда коливань від 1,5 до 10 мм. Віброзанурювачі застосовуються у двох варіантах: з жорстким кріпленням до бурильних труб та з вільною опорою на спеціальну плиту – ковадло, в останньому випадку віброзанурювач називають вібромолотом. Інструмент для вібраційного буріння складається із зондів та бурильних труб. Зонди практично ті ж, що й склянки при ударно-канатному бурінні. Для буріння зв'язкових глинистих ґрунтів застосовують зонди з одним прорізом, для буріння слабкозв'язних ґрунтів – зонди із клапаном.
4) При шнековому способі буріння м'яких і пухких порід руйнування породи на вибої виробляють долотом, що обертається, різних конструкцій, зруйнована порода транспортується з вибою на денну поверхню шнеками, що являють собою єдиний гвинтовий транспортер.
Геологічна документація при шнековому бурінні утрудняється частковим перемішуванням зруйнованої породи у її транспорту шнеками. Проби можна відбирати при безперервній або за періодичної поглиблення свердловини.
При шнековому бурінні кільцевим вибоєм застосовують магазинні шнеки та спеціальні коронки. Але шнекове буріння має властивість викривляти стовбур свердловини, що також позначається на структурі та властивостях відібраних монолітів.
В даний час в містах, в умовах щільної міської забудови, розвиненої мережікомунікацій та активізації техногенних процесів, все більше виникає потреба у використанні «малогабаритного», але й мало застосовуваного, ударно-обертального ручного способу буріння в пухких породах.
Великим недоліком ручного буріння завжди була його низька продуктивність та висока трудомісткість. Тому, не занижуючи переваг ударно-обертального способу буріння, особливо в період його потреби, слід зараз повернутися до його активного впровадження з обов'язковою умовою механізації процесу.