Внимание! Штанги с перекошенной резьбой при свинчивании будут располагаться не соосно, что чревато большими неприятностями, поскольку приводит к отклонению всей буровой колонны от оси скважины, особенно заметному при ее длине более 10 м.
Принадлежности для штанг:
А подкладная вилка; Б фарштуль: 1 серьга, 2 щеколда, 3 траверса.
При свинчивании-развинчивании штанги висят в скважине на подкладной вилке; опираясь на нее муфтой, для этой же цели, а также для подъема и спуска штанг в скважину служит фарштуль
Фарштуль состоит из серьги, надетой своими ушками на цапфы массивной траверсы с вырезом посредине для пропуска рабочих штанг. Вырез закрывается откидной щеколдой (собачкой, заградительной планкой или шпилькой). Штанга, заведенная в фарштуль, садится муфтой на края выреза траверсы.
Ловильный инструмент:
А винт (метчик); Б колокол; В штопор; Г «счастливый крюк».
В процессе ударно-вращательного бурения, несмотря на все предосторожности, случаются неполадки и аварии, приводящие к тому, что из скважины приходится извлекать какие-то предметы. Для этого служит ловильный инструмент. Чаще всего приходится вытаскивать из скважины оторвавшиеся штанги. Разрыв штанг происходит в первую очередь потому; что в домашних условиях для штанг часто используют случайные материалы, а также из-за неопытности бурильщика. Для вытаскивания оторвавшихся штанг применяют ловильный винт, или метчик; представляющий собой стальной закаленный винт конической формы, нижний конец которого свободно входит в отверстие штанг. Продольные канавки ловильного винта предназначаются для стружки, образующейся при прорезывании винтом стенок штанги трубок. В тех случаях; когда отверстие оторвавшейся части замято и конец ловильного винта в него не входит, а также для вытаскивания оторвавшегося рабочего инструмента с шейкой из сплошного металла используют ловильный колокол. Когда упущенная в скважину штанга имеет наверху муфту; для ловли применяют «счастливый» крюк, которым штангу подхватывают под муфту.
Для того чтобы из скважины вытащить упавший мелкий предмет, необходим ловильный штопор спирально согнутая стальная пластина (полоса) с резьбовым хвостиком наверху. Штопор опускают в скважину на штангах, и при вращении он вместе с породой захватывает упавший предмет. Аналогичные ловильные инструменты применяют и для обсадных труб.
Буровая вышка.
Вращательное движение штанг в скважине осуществляется с помощью накидного хомута, который может быть выполнен из дерева и стягиваться шпильками. Для подъема тяжелой колонны штанг из глубоких шахт потребуется ворот или лебедка, а также опора для верхнего блока. Обычно в этом случае устанавливают буровую вышку, которая представляет собой треногу высотой 4,55 м с канатным блоком наверху. Через блок должны быть пропущены крепкая веревка или стальной трос, с помощью которых колонну штанг с инструментом и разбуренной породой можно было бы вытащить лебедкой или воротом на поверхность. При ударном бурении, когда инструмент со штангами поднимают на 11,5 м и сбрасывают в забой, для облегчения труда применяют балансир (рычаг 1-го рода) деревянный брус или крепкую доску-шестидесятку.
Вортлюг.
Чтобы плоские долота разрабатывали круглую шахту; штанги с инструментом при каждом ударе поворачивают руками на некоторый угол, поэтому к балансиру их подвешивают через штанговый вортлюг.
Буровой снаряд Шитца
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. И 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 проходку только ударным способом. В настоящее время этот ударно-канатный способ имеет некоторое промышленное значение, применяясь в основном при бурении глубоких скважин на воду. Перед бурением в скважину глубиной 1 м (делается буравом) устанавливают вертикально столб диаметром 140200 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. Далее работу ведут коническим стаканом это основной инструмент. Поднимают его за веревку на высоту 11,5 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 твердый и сухой 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, которая собственно 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. Желонка в плывучих грунтах будет успешно забирать породу. Но поскольку порода будет заливать скважину, проходку скважины придется вести одновременно с опусканием обсадной трубы. А материалы, из которых делают обсадные трубы, могут быть самыми разными.
Буровой снаряд Шитца работает чрезвычайно быстро и просто. При достаточной сноровке с его помощью вдвоем можно легко пробить скважину диаметром 270 мм до 20 м глубиной.
Буровой снаряд Шитца состоит всего из четырех несложных инструментов: бурава (А), конического стакана (Б), цилиндрического стакана (В) и желонки (Г). Он может быть изготовлен в любой кузнице.
Конический стакан в современном исполнении:
1 башмак; 2 конус; 3 окно для чистки; 4 ударная штанга. Описанный выше конический стакан Шитца изготовить совсем непросто, но можно упростить конструкцию и сделать ее в домашних условиях из куска трубы. С одного края вырезают клинья и подгибают оставшиеся лепестки, а затем заваривают.
Канатный замок:
1 корпус; 2 шайба; 3 втулка; 4 отверстие для выхода воды. Замена веревки стальным тросом и позволяет осуществлять такой поворот с помощью специального устройства канатного замка. Для крепления троса в замке его протягивают во втулку; конец 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. Назначение опорной шайбы замка предохранить его корпус от расклепывания при ударах, отверстия служат для вытекания 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.
Схема установки для ударно-канатного бурения:
1 долото; 2 ударная штанга; 3 блок; 4 подвижный захват; 5 канатный барабан; 6барабан для веревки; 7электродвигатель; 8 редуктор; 9 канат; 10 веревка.
Чтобы осуществить удар в забое, т. е. сбросить ударную штангу с буровым инструментом с высоты 11,5 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. Один конец этой веревки с помощью захвата следует укрепить на тросе. При натягивании второго конца веревки руками она (в результате трения на барабане) оттягивает трос. Если отпустить конец, веревка проскальзывает по барабану и штанга с инструментом падает в забой. Разумеется, по мере углубления инструмента в грунт трос необходимо протравливать, а при подъеме из забоя на поверхность веревку с захватом отсоединять. Барабан для оттягивания каната можно сделать и с ручным приводом по типу старинного ворота.
Ловитель для канатного замка:
1 корпус; 2 траверса; 3 штифт; 4 зуб; 5 скоба; 6 канатный замок.
Наиболее слабым местом при ударно-канатном бурении является крепление стального троса в канатном замке. При заклинивании инструмента в забое трос иногда можно вырвать из замка. В этом случае для извлечения инструмента придется изготовить ловитель. Перед спуском ловителя в скважину зубья его надо отвести в крайнее положение, сжав пружины, и закрепить их штифтами. Когда ловитель наденется на верхнюю часть канатного замка (конусную гребенку), торец замка приподнимет траверсу, штифты освободят зубья, и последние под воздействием пружин захватят замок за конические выступы.
Расширитель скважины:
1 верхний фланец; 2 корпус; 3 ось; 4 резец; 5 подкладка; 6 пружина; 7 нижний фланец.
Если скважина проходит через твердые пласты камня, срезать стенки с помощью обсадной трубы уже не удастся. Можно попытаться расширить скважину эксцентричным долотом, но более эфективным инструментом является специальный расширитель, этот расширитель имеет два разреза, которые могут поворачиваться на оси и, выступая наружу; за края обсадной трубы, разрабатывать соответственно скважину большего диаметра. Расширитель работает вместе с долотом. Чтобы спустить расширитель в обсадную трубу; надо его резцы согнуть вниз, сжав пружину. Пройдя нижний обрез обсадной трубы, резцы под воздействием сжатой пружины (через подкладку) расходятся и устанавливаются в рабочее положение. 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.
Недостатком бурового снаряда Шитца является невозможность проходки скважины в породе с крупными валунами и сплошными каменными пластами. Однако устранить этот недостаток сравнительно легко, если использовать долота (как при ударно-вращательном бурении), а веревку заменить стальным тросом. Тогда ударно-канатное 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 фланцах с помощью болтов, поскольку цилиндрические резьбы от ударов быстро сминаются и разъединить потом болванки крайне трудно. В практике автора для проходки очень тяжелых пород (каменные плиты по 6080 см толщиной одна над другой через 34 м) были использованы штанги общей массой по 500 кг. Понятно, что в этом случае уже без лебедки не обойтись, а веревку приходится заменить стальным тросом.