В самодельном бурении применяют и другие способы соединения штанг: на фланцах, штифтами с помощью соединительных втулок или патрубков из труб меньшего диаметра. Однако оба этих способа не позволяют добиться надежного и соосного соединения штанг вследствие небольших погрешностей в установке фланцев на сварке и люфта во втулках. А устранить эти дефекты практически невозможно. При подъеме и спуске штанг в скважину их развинчивают не по одному звену (колену), а по два или по три «столбами», или «свечами». «Столбы» нельзя класть на землю, так как при подъеме с земли они гнутся. Их надо удерживать в вертикальном положении, прислонив к надежной опоре. В старину, если бурение производилось без вышки, назначением одного рабочего в буровой команде было удерживать «столбы» руками в вертикальном положении. Штанги в «свечах» можно соединять цилиндрическими резьбами, а для соединения «свечей» между собой очень хорошо применить конические.
Змеевиковый бур.
Для бурения плотных глин и суглинков применяют змеевиковый бур (змеевик), напоминающий бурав по дереву. Нижнее режущее лезвие змеевика имеет форму ласточкина хвоста и должно закаливаться. Змеевик действует подобно штопору: вращаясь, он ввинчивается в породу. При подъеме бура порода удерживается на его винтовых лопастях. Змеевик во время работы приподнимают на несколько сантиметров через каждые 1,52 оборота буровых штанг для отрыва от основного массива породы. В противном случае усилие подъема будет очень велико и штанги можно порвать.
Изготовить самостоятельно такой змеевик трудно, поэтому в самодеятельном бурении вместо него с успехом используют отрезки винтовых шнеков от сельхозмашин. Для этого берут часть шпека с 34 витками, снизу приваривают сверло по металлу (или просто конический штырь) для центрирования бура в забое, а сверху отрезок трубы для соединения со штангами.
Для бурения плотных глин и суглинков вполне успешно можно использовать рыболовные ледовые буры.
Буровые долота.
Для проходки твердых пород и валунно-галечниковых отложений служат буровые долота. При необходимости их также делают эксцентричными по отношению к оси штанги, чтобы вырабатывать уширенную скважину; доступную для прохода обсадной трубы. Долота изготавливают из закаливающихся сталей и закаливают до твердости зубила на высоту не более 25 мм. В зависимости от твердости проходимых пород лезвие долот должно иметь различный угол заострения. Для проходки относительно мягких пород угол заострения (двугранный угол) 7030°, для твердых пород и валунно-галечниковых отложений ПО130°.
Долота имеют разную форму применительно к различным по буримости породам. Бурение не очень твердых пород ведут зубильным (плоским долотом) (А), более твердых двутавровым (Б) и с Z-образным лезвием. Для бурения твердых трещиноватых пород служит крестовое долото (В), у которого два лезвия пересекаются под прямым углом, это препятствует его заклиниванию в трещине. Скругляющее долото (Г, Д) применяют также для проходки твердых пород, оно обеспечивает более правильную округлость скважины и дает хорошие результаты при проходке трещиноватых пород и валунно-галечниковых отложений. Эксцентричное долото (Е) разрабатывает скважины большего диаметра, чем размер лезвия. Для раздробления небольших валунов или отодвигания их в сторону в забое применяют долото в форме клина пирамидальное долото (Ж).
Составные самодельные долота:
1 клин; 2 вставное лезвие; 3 заклепка.
Решить проблему долот можно путем изготовления их составного варианта. В нем корпус изготавливается из мягкой стали, а режущая часть набирается из таких стальных лезвий, которые кузнец смог бы прогреть, вручную отковать и закалить.
Здесь долота сделаны в основном в домашних условиях и опробованы на практике. Во всех случаях соединение лезвий, сделанных из закаливающихся сталей, с корпусом из стали, не способной к закалке, выполнено клиньями (А), заклепками (Б), болтами (В), но только не сваркой, которая бы дала хрупкий шов.
АЖелонки:
А с плоским клапаном; Б с шариковым клапаном; 1 труба; 2 отбивной штифт; 3 клапан; 4 ось; 5 башмак; 6 ограничитель. Для бурения пород рыхлых; сыпучих; обломочных (пески, гравий, галечник; ил), пород, наполненных водой, а также для чистки скважины после работы долотом применяют желонку. Этот инструмент представляет собой отрезок трубы длиной 23 м, иногда до 4 м, снабженной внизу башмаком с клапаном, а вверху устройством для соединения со штангами. Клапан обычно делается плоским из стальной пластины с уплотнением резиной, кожей или без него. В желонках небольшого диаметра применяют шариковый клапан. При сбрасывании в забой башмак желонки врезается в породу, которая приподнимает клапан и входит в трубу. Когда желонку поднимают, клапан закрывается и удерживает набранную породу. После заполнения породой желонку извлекают на поверхность и очищают, поворачивая ее для этого вверх клапаном с помощью специального устройства, позволяющего не отсоединять желонку от штанги.
Здесь долота сделаны в основном в домашних условиях и опробованы на практике. Во всех случаях соединение лезвий, сделанных из закаливающихся сталей, с корпусом из стали, не способной к закалке, выполнено клиньями (А), заклепками (Б), болтами (В), но только не сваркой, которая бы дала хрупкий шов.
АЖелонки:
А с плоским клапаном; Б с шариковым клапаном; 1 труба; 2 отбивной штифт; 3 клапан; 4 ось; 5 башмак; 6 ограничитель. Для бурения пород рыхлых; сыпучих; обломочных (пески, гравий, галечник; ил), пород, наполненных водой, а также для чистки скважины после работы долотом применяют желонку. Этот инструмент представляет собой отрезок трубы длиной 23 м, иногда до 4 м, снабженной внизу башмаком с клапаном, а вверху устройством для соединения со штангами. Клапан обычно делается плоским из стальной пластины с уплотнением резиной, кожей или без него. В желонках небольшого диаметра применяют шариковый клапан. При сбрасывании в забой башмак желонки врезается в породу, которая приподнимает клапан и входит в трубу. Когда желонку поднимают, клапан закрывается и удерживает набранную породу. После заполнения породой желонку извлекают на поверхность и очищают, поворачивая ее для этого вверх клапаном с помощью специального устройства, позволяющего не отсоединять желонку от штанги.
При наличии треноги заложение скважины производят подвешенным инструментом, чем и достигается нужная вертикальность. Если треноги нет и штанги удерживают руками, то для закладки скважины необходимы три человека: двое закручивают ложковый бур, а третий следит за вертикальностью штанги. Когда ложковый бур углубится в землю на половину его длины, его вынимают, очищают и опускают вновь, подлив в скважину воды, чтобы стенки скважины не осыпались, а обмуровывались. Затем скважину опять проверяют на вертикальность и т. д. Если вертикальность не получилась, скважину надо начать вновь. Сухая порода плохо удерживается в ложковом буре, поэтому надо в скважину подливать воду, которая играет также и роль смазки. При длине ложки 750 мм скважина при полном заполнении ложки разбуренной породой углубляется примерно на 350 мм. Так как устье скважины в земле сильно разрабатывается, то, пройдя буром первые 34 м, следует обсадить скважину одним или двумя звеньями обсадной трубы. Это первое крепление скважины обычно происходит без затруднений. Обсадная труба должна иметь внизу режущий башмак, а вверху патрубок, предохраняющий резьбу от замятия. В скважине обсадная труба должна висеть свободно на деревянном или стальном хомуте.
Желонка с боковым окном:
1 ударная штанга; 2 окно; 3 клапан; 4 башмак.
Можно изготовить желонку с боковым окном. Через это окно ее можно и чистить не переворачивая. Косынки и конус в верхней части желонки предназначены для того, чтобы при подъеме не зацепить желонку за обсадную трубу.
Крепление скважины обсадной трубой обусловлено следующими причинами. Пластичные породы, особенно глины, пройденные буром, имеют тенденцию набухать, под воздействием воды или вспучиваться в скважину от давления верхних пластов. В результате просвет скважины сужается и затрудняет (или даже делает невозможным) спуск бурового инструмента. Когда же скважина прорезает неустойчивые породы (пески, гравий, гальку, рухляки и т. п.), она начинает засыпаться или заплывать этими породами. Неизбежным становится крепление скважины и в том случае, когда приходится переходить к долблению твердых пород долотами. Разбуренная при этом твердая порода в виде бурильной грязи отбирается небольшими порциями желонкой; скорость проходки скважины подчас измеряется сантиметрами в сутки.
Одним из серьезных моментов при ударно-вращательном бурении является заложение скважины. Надо помнить, что вращательное бурение ложковыми бурами всегда связано с опасностью скручивания штанг. И эта опасность тем больше, чем глубже скважина. Если при этом скважина заложена не отвесно, а под некоторым углом, то к напряжениям скручивания добавляются еще напряжения от изгиба буровой колонны. Кроме того, всякая наклонная скважина имеет тенденцию с глубиной все более и более уходить от вертикали, что сильно затрудняет как само бурение, так и опускание, а также подъем обсадных труб.
Соединительные муфты для штанг.
В качестве буровых штанг для неглубокого бурения (до 25 м) вполне достаточными по прочности являются газовые трубы внутренним диаметром 33 мм (применяют также трубы диаметром 42 и 48 мм). Длина труб отдельных звеньев штанги 5 м. Отбирая трубы для штанг, надо внимательно осмотреть сварные швы. Если швы плохо проварены, то во время бурения при скручивающих нагрузках они легко расходятся. Обычные водопроводные или газовые муфты для соединения штанг нежелательны из-за недостаточных прочности и длины.
Для соединения буровых штанг лучше изготовить специальные муфты большей длины, бочкообразной формы и с гладкими концевыми внутренними проточками, в которые концы свинчиваемых штанг должны плотно заходить своими ненарезанными частями. Это необходимо для того, чтобы уменьшить опасные изгибающие нагрузки в концевых сечениях штанг, ослабленных резьбой. Конечно, намного ускоряет процесс соединения-разъединения штанг коническая резьба. Однако сделать такую резьбу очень трудно, и если, что скорее всего, придется ограничиться цилиндрической резьбой, то нарезать ее на штангах надо на токарном станке или клуппом с направляющей втулкой, чтобы избежать перекоса резьбы.