Бурение

Бурение, способ сверления или долбления скважин в земле - в горизонтальном направлении, наклонном и вертикальном - для разведки грунта, для строительная дела, для добычи воды, нефти и проч. Б. распадается: на размельчение грунта или горной породы в пределах размера скважины и на удаление затем из нее раздробленной массы. Оно бывает двух систем: вращательное и ударное; каждое из них может производиться ручным и машинным способом. При Б. скважин малого диаметра на незначительную глубину и в грунте мягком или средней плотности пользуются всегда ручным способом. Б. тогда производится при помощи треног, к которым буровой инструмент подвешивается на блоке; удлинение инструмента по мере углубления скважины достигается навинчиванием на него промежуточных штанг; подъем и опускание его производится лебедкой. При Б. на значительную глубину скважин большого диаметра прибегают к помощи паров. машины, приводящей в движение особый деревянный станок (буровой), напр., станок Ленца. В нем для ударного Б. полученное от машины круговое движете преобразовывается при посредстве кривошипа в движете прямолинейное качательное особого рычага (балансира) поверх станка; к свободному концу балансира, приходящемуся над буровой скважиною, подвешивается ударный инструмент. Для вращательная Б. буровой станок передает свое круговое движете паре конических зубчатых колес над скважиной; к одному из них привинчивается буров. инструмент. В месте, где желают производить Б., копают предварительно колодезь, в котором устанавливают направляющую трубу (матицу), несколько большая диаметра сравнительно с размером проектируемой скважины; благодаря точно установленному отвесному положению матицы, буровой инструмент производит при дальнейшем Б. в ней вполне вертикальную скважину. Над скважиной возводят деревянную постройку, вида усеченной пирамиды, - буровую башню (вышку), в которой помещают паров. машину, буровой станок и проч. принадлежности для производства Б. - Вращательное ручное Б. самое старинное и простое по устройству своих буровых инструментов; из них в настоящее время чаще употребляются следующие: 1) ручной бур, весьма удобный для исследования грунта на небольшую глубину. Он состоит из наконечника различного вида, в зависимости от плотности грунта, и полых железных труб, навинчиваемых друг на друга, каждая длиной в ¹/₂ саж.; головку бура составляет проушина, в которую вставляют деревянный рычаг для приведения бура во вращательное движете. 2) Ложка или резак (рис. 2) - раскрытый вдоль железный цилиндр, один край которого загнут внутрь, другой заострен и оканчивается винтовым напорьем, которым бур при вращении особым штанговым ключом врезывается в землю или породу; куски породы, постепенно заполняя ложку, при подъеме остаются в ней. 3) Спиральный бур (рис. 1) - две спирально завитые ленты из железа или стали, концы которых несколько выступают из образуемой ими спиральной трубки; высверленная при вращении бура масса остается в трубке и вместе с нею вынимается из скважины. 4) Для сыпучая грунта употребляется желонка - цилиндрическая с закрытым верхом труба, дно которой запирается открывающимся внутрь клапаном; особым винтовым пером у дна желонка врезывается при вращении в песок, кот. постепенно наполняет ее и при подъеме задерживается в ней закрывающимся клапаном. Подобная желонка без винтового придатка (черпак, рис. 3) служить для удаления из буровой скважины вязкой глины, ила, плывучая песку, также жидкости - как буровая вода, нефть и пр.; в первом случае, чтобы увеличить ее весь и глубже вводить в скважину, ее опускают на сплошных железных штангах; при выкачивании жидкости ограничиваются для ее погружения канатами. 5) При твердых породах и Б. на большую глубину, особенно когда имеют в виду геологическое исследование грунта, применяется трубчатый бур (рис. 4) с алмазной или стальной коронкой с пилообразно заостренными зубьями. Стальная коронка менее употребительна, вследствие ее легкой порчи при работе; для алмазной пользуются черными бразильскими алмазами (8-12 на каждую коронку); они вделываются в стальное кольцо буровой коронки, несколько выступая наружу; коронка при помощи переводной муфты привинчивается к полой трубке бура. При быстром вращении бур постепенно углубляется в породу своей полой трубкой и при подъеме отрывает от нее своим внутренним с выступами кольцом цилиндрические куски, дающие точное представление о роде и строении породы на различных глубинах скважины. Скважина очищается беспрерывно от шлама струей воды, впускаемой под давлением в полые штанги бура. Этот способ Б. дорог и производится исключительно при помощи машин. 6) Для прорытия туннелей пользуются специальными гидравлическими буровыми машинами - вращательными и ударными; последние в большинстве случаев более употребительны. - Ударное Б., как уже указано, может быть ручное и машинное в зависимости от размера скважины и плотности грунта. Ручное производится обыкновенным ударным долотом (рис. 5) на сплошных железных штангах, подъем и опускание которых происходит при помощи лебедки; долото после каждых двух-трех ударов поворачивается рабочим на небольшой угол. Время от времени инструмента вынимают из буровой скважины (для этого отвинчивают промежуточные штанги) и очищают ее желонкой от шлама, по которому судят о роде проходимой породы. - Целесообразнее и выгоднее для Б. в сыпучих и глинистых грунтах пользоваться системой франц. инженера Фовеля (Fauvelle). По этой системе буровое долото (рис. 6, долото для Б. с промывкой) укрепляется на полых (трубчатых) штангах, в которые накачивается под давлением вода, уносящая через верх скважины раздробленную породу, сохраняя таким образом забой скважины всегда чистым. Этим устраняется необходимость в разборке и составлении буров. инструмента специально для очистки скважины, чем сокращаются издержки, и Б. делается беспрерывным. Видоизмененная для машинная Б. инженером А. Фауком, введшим в нее автоматически действующий свободно-падающий инструмент, эта система считается самою совершенною для ударного Б. в грунте средней плотности. Долото может прикрепляться или непосредственно к последней штанге, составляя с нею одно нераздельное целое (английский способ), или оно связывается с нею промежуточною подвижной (ударной) штангою (немецкий способ); последняя, будучи привинчена непосредственно к инструменту, увеличивает своей значительною тяжестью общий вес его и, благодаря своему подвижному сочленению с остальными штангами, делает для них нечувствительными производимые буром при падении удары, предохраняя тем штанги от поломки. Находящаяся на ударной штанге направляющие корзинки (выгнутые на подобие скоб железные полосы) дают инструменту правильное положение в буровой скважине. - Подъем и сбрасывание ударного инструмента в скважине достигается или особым устройством его сочленения с последней штангой, как, напр., в ножницах Эйэнгауза (рис. 7; они сделаны в виде двух цепных звеньев, входящих свободно одно в другое; ударная штанга с долотом прикреплена к одному из них, а верхние штанги - к другому звену, поэтому при подъеме последние подхватывают ударную штангу, а при движении вниз дают ей свободно ударять), или, как при свободно - падающих инструментах, инструмент поднимается в скважине на высоту до 4 фут. верхними штангами, и сбрасывание его происходит автоматически, давлением воды, находящейся в буровой скважине, на специальное приспособление между ударным долотом и штангами, либо оно производится повертыванием рабочими всей системы верхних штанг. К первой категории относится редко употребляемый теперь буровой инструмента Кинда (рис. 8) с подвижными от давления буровой воды ловильными щипцами b, b, захватывающими при своем конечном положении внизу головку d ударного инструмента, удерживая его во все время подъема; при перемене движения штанг вода в скважине начинает давить на кружок С, сочлененный с щипцами, снизу вверх; щипцы тотчас раскрываются, и инструмента свободно падает. Ко второй категории принадлежит наиболее употребительный, всюду одинаково пригодный, свободно-падающий инструмента Фабиана (рис. 9); он состоит из патрона с двумя вертикальными прорезами, привинченного к верхним штангам, и из ударной части (долото и ударная штанга), входящей в патрон особым штоком с закрепленным в верхней его части стальным клином. Прорезы патрона имеют вверху уширения, куда при опускании патрона попадает клин штока ударной части и при подъеме поднимается вместе с ним; от сильного поворота рабочим верхних штанг, клин сдвигается с зубца, и долото с ударной штангой свободно падает на дно скважины. Свободно-падающие буров. инструменты отличаются большою производительностью. На Кавказе наиболее употребительны инструмента Фабиана (штанговый) и канатное Б. на ножницах. Этот род Б. производится или долотом, укрепленным на проволочном канате (способ Кольба), или - составляя уже переход к Б. со свободно-падающим инструментом - ножницами, подвешенными к канату из лучшей пеньки (пенсильванский способ). Сущность этой системы заключается в особом устройстве вертлюга, позволяющего ударной штанге с долотом поворачиваться во время работы вследствие раскручивания при подъеме натянутого буром каната. При падении долота каната опять скручивается. Б. по этой системе отличается простотой и дешевизною; вынимание инструмента для очистки скважины совершается быстро; система - исключительно машинная и требует опытных в деле рабочих. Стенки глубоких скважин укрепляются от обвалов опусканием в скважину обсадных труб - железные трубы длиной в 5 фут. каждая, соединенные между собой наружной муфтой при помощи соответствующей винтовой нарезки или заклепок. Перед опусканием обсадных труб буровая скважина предварительно расширяется особым буром-расширителем, который при вращательном Б. имеет вид обыкн. косого долота, а при ударном - наиболее употребителен расширитель Кинда или Фаука (рис. 10), помещающийся между долотом и ударного штангою, обуривающий скважину своими двумя боковыми стальными резцами. При бурениях на воду работа производится обыкновенно с промывкой, чем достигается одновременно быстрое измельчение породы и вынос ее на поверхность земли; попутно получается также указание на наличность водоносного слоя, так как при встрече его промывочная вода им поглощается и более на поверхность земли не выходить. Для Б. с промывкой употребляются трубчатые штанги, через которые насосом вода и прогоняется через долото или зубило до забоя скважины. Б. без промывки менее производительно и применяется лишь в тех случаях, когда требуется особенно тщательный отбор образцов пройденных грунтов или нет в наличности воды. См.: Tecklenburg, "Handbuch der Tiefbohrkunde"; А. Фаук, "Руководство к бурению скважин"; С. Войслав, "Исследование грунта и разведка полезных ископаемых посредством ручного бурения"; Fauck, "Fortschritte in der Erdbohrtechnik"; Глушков, "Бурение скважин" (3 тома).

Буровые инструменты

Н. Бронштейн.

Источники:

1. Энциклопедический словарь Русского библиографического института Гранат. Том 7/Изд. 7.- Москва: Т-ва 'Бр. А. и И. Гранатъ и Ко' - 1911.