СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН ПОСРЕДСТВОМ ШНЕКОВОГО БУРЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК E21B10/43 E21B10/44 E21B43/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к строительству, точнее - к области бурения и может использоваться для сооружения скважин водоснабжения, водопонижения, а также наблюдательных скважин (пьезометров).

Уровень техники

Известны способы сооружения наблюдательных гидрогеологических скважин (пьезометров), скважин водоснабжения и водопонижения посредством ударно-канатного, вращательного, колонкового и шнекового бурения, а также устройства для их осуществления (буровые станки, буровые снаряды, материалы и оборудование). Известны также способ и устройство для вращательного бурения шнековым буровым снарядом с полыми (равнопроходными) шнеками, которые являются одновременно обсадной колонной, изолирующей ствол скважины от грунтовой толщи и обеспечивающей отбор проб грунтов и воды из внутренней полости шнека, а также установку через нее фильтровой и водоподъемной колонн, насосного оборудования или пьезометра. Недостатком этого способа и устройства является неспособность реализации его возможностей в полной степени без учета ряда особенностей, возникающих при проходке водоносных горизонтов.

Известно буровое долото, содержащее корпус с шарошками и центральный промывочный узел, включающий жестко соединенную с корпусом втулку с опорным уступом на внутренней поверхности, размещенную на нем гидромониторную насадку со ступенчатым торцом и уплотнительным кольцом, установленным в кольцевом пазу, образованном стенками ступенчатого торца насадки и опорной и боковой стенками втулки, и фиксатор, контактирующий с верхним торцом насадки. Выходная часть канала насадки выполнена в виде диффузора с поперечным сечением в форме многогранника с числом граней, кратных числу шарошек, причем вершины многогранника ориентированы в межшарошечное пространство и в направлении осей вращения шарошек, при этом насадка зафиксирована относительно втулки от проворота. Известное устройство выдерживают ограниченное число циклов нагружения, что сокращает срок службы устройства.

(RU 2558030 С1, 24.07.2014 г).

Известно также разборное буровое долото, содержащее корпус-муфту, ввинченный в него по направлению вращения при бурении переводник с центральным воздушным каналом и соединительным ниппелем для буровой штанги, лапы, имеющие с одной стороны хвостовики, а с другой - шарошки, центральный воздушный канал в корпусе-муфте, плавающий распорный конус, контактирующий с торцом переводника и внутренней конической поверхностью хвостовиков, наружная поверхность которых уперта при помощи кольцевой выточки в ответные поверхности корпуса-муфты, сопряжение которого с лапами происходит также по поверхностям, способным воспринимать крутящий момент.

(RU 2549336 С1, 07.04.2014 г)

Недостатком этого устройства является неспособность реализации его работоспособности в полной степени без учета ряда условий.

Известна группа изобретений, относящаяся к буровому долоту для твердой породы, к бурильной компоновке и к способу ударного бурения твердой породы. Буровое долото содержит головку долота, выполненную с возможностью прикрепления на конце бурильного элемента бурильной компоновки, имеющую диаметр, превышающий диаметр бурильного элемента, и имеющую на переднем конце по направлению бурения форму усеченного конуса, образованного проходящим по периметру кольцом, снабженным множеством калибровочных зубков, расположенных на расстоянии друг от друга по длине кольца для контакта с материалом, подлежащим разрушению, центральный промывочный канал, проходящий через головку долота и имеющий, по меньшей мере, одно промывочное отверстие, открывающееся на переднем конце для подачи промывочной среды к переднему концу, по меньшей мере, одно периферийное промывочное отверстие из, по меньшей мере, одного промывочного отверстия открывается в указанном кольце. Указанный промывочный канал содержит участок, заканчивающийся периферийным промывочным отверстием и направленный так, что струя промывочной среды из указанного отверстия ударяет по пятну на материале, с которым контактирует калибровочный зубок во время следующего удара бурового долота, причем струя промывочной среды из промывочных отверстий направлена на участки стенки ствола, бурящегося в породе, при этом, по меньшей мере, два периферийных промывочных отверстия открываются в указанном кольце

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является расширение возможностей оборудования, повышение производительности и улучшение условий труда при сооружении пьезометров, скважин водоснабжения и водопонижения. Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения, проходное буровое долото полой шнековой колонны выполняется с закрывающейся конусной фиксирующейся крышкой, герметизирующей во время бурения колонну шнеков с забоя и предотвращающей поступление грунта и подземных вод в колонну. Крышка открывается оператором при достижении требуемой глубины для установки пьезометра, фильтровой колонны, насосного оборудования и т.п. в пределах водоносного горизонта. Для компенсации напора подземных вод и предотвращения возникновения пробок в водонасыщенных песках или выпоров грунта в скважину в зоне влияния напорных вод, бурение осуществляется с заполнением водой внутренней полости шнека.

Шнековый снаряд содержит модифицированное буровое долото, по внешней образующей корпуса которого располагаются твердосплавные резцы; реборд шнека; торец; проушину; ось с резиновым уплотнителем; вилку; палец-фиксатор; открывающуюся герметизирующую крышку. Буровое долото оснащено открывающейся герметизирующей крышкой, которая крепится на его торце с помощью проушины на оси с резиновым уплотнителем. Открывающаяся герметизирующая крышка имеет форму уплощенного конуса с двумя напаянными на внешней поверхности твердосплавными подрезными пластинами. Фильтровая колонна и другое оборудование устанавливаются на требуемых отметках.

При использовании способа сооружения гидрогеологических скважин и пьезометров посредством шнекового бурения с использованием шнекового снаряда бурение осуществляется полыми равнопроходными шнеками. Бурение проводится в зоне влияния водоносного горизонта, при этом полость шнековой колонны заполняется с поверхности водой.

Осуществление изобретения

Устройство представляет собой стандартное или модифицированное буровое долото.

На фиг. 1 представлен общий вид проходного бурового долота с крышкой, на фиг. 2 - конструкция долота с крышкой в разрезе.

На Фиг. 1 изображено буровое долото, по внешней образующей корпуса (1) которого располагаются твердосплавные резцы (2), обеспечивающие разрушение и вытеснение грунта к реборде (3) шнека, а на торце с помощью проушины (4) крепится крышка (5) на оси (6) с резиновым уплотнителем (7), пальцем-фиксатором (9), удерживающим крышку при бурении в закрытом состоянии в фиксаторе (11). Крышка имеет форму уплощенного конуса с двумя напаянными на внешней поверхности твердосплавными подрезными пластинами (10), обеспечивающими в забое скважины разрушение породы с вытеснением ее под реборду.

Устройство работает следующим образом. Перед началом бурения крышка с уплотнителем закрывается фиксатором на долоте. Шнек подается на забой вращателем станка, при вращении резцы долота и подрезающие пластины крышки обеспечивают разрушение грунта, вытеснение его к реборде шнека, по которой осуществляется транспортировка его на поверхность и, в конечном счете - погружение бурового снаряда. При достижении уровня грунтовых вод или зоны действия напорного горизонта, во внутреннюю полость шнека с поверхности заливается вода минимум до уровня грунтовых или напорных вод и бурение продолжается. По достижении проектной глубины бурение прекращается, снаряд приподнимается, в полость шнека до крышки погружается колонна пьезометра с фильтровой частью или другое оборудование. Крышка через фиксатор открывается и отводится вниз легким нажимом введенной колонны, обеспечивая погружение колонны на нужную отметку. Шнековая колонна извлекается прямым подъемом или с обратным вращением. Затрубное пространство засыпается песком и тампонируется в установленном порядке.

Шнековый снаряд содержит модифицированное буровое долото, по внешней образующей корпуса которого располагаются твердосплавные резцы; реборд шнека; торец; проушину; ось с резиновым уплотнителем; вилку; палец-фиксатор; открывающуюся герметизирующую крышку. Применение твердоспланых резцов обеспечивает разрушение и вытеснение грунта к реборде шнека. Герметизирующая крышка, которой оснащено буровое долото, крепится на его торце с помощью проушины на оси с резиновым уплотнителем. Герметизирующая крышка предотвращает образование пробок и выпоров грунта при бурении.

Герметизирующая крышка имеет форму уплощенного конуса с двумя напаянными на внешней поверхности твердосплавными подрезными пластинами. Наличие пластин обеспечивает в забое разрушение породы с вытеснением ее под реборду».

Буровое долото в заявленном шнековом снаряде имеет открывающуюся герметизирующую крышку, наличие которой обеспечивает установку фильтровой колонны и другого оборудования на требуемых отметках.

При проведении бурения в зоне влияния водоносного горизонта, для компенсации напора грунтовых вод и предотвращения выпоров грунта во внутреннюю полость шнековой колонны, последняя заполняется с поверхности водой. Бурение осуществляется с использованием шнекового снаряда полыми равнопроходными шнеками.

Бурение проводится в зоне влияния водоносного горизонта, при этом полость шнековой колонны заполняется с поверхности водой для компенсации напора грунтовых вод и предотвращения выпоров грунта во внутреннюю полость шнековой колонны».

Описание рисунков.

На фиг. 1 представлен общий вид проходного бурового долота с крышкой, на фиг. 2 – конструкция долота с крышкой в разрезе.

На Фиг. 1 изображено буровое долото (1), твердосплавные резцы (2), расположенные по внешней образующей корпуса; реборда шнека (3), крышка (5), твердосплавные подрезанные пластины (10).

Крышка имеет форму уплощенного конуса с двумя напаянными на внешней поверхности твердосплавными подрезными пластинами (10), обеспечивающими в забое скважины разрушение породы с вытеснением ее под реборду.

На Фиг. 2 изображена конструкция долота с крышкой в разрезе. Устройство представляет собой стандартное или модифицированное буровое долото (1) с твердосплавными резцами (2), расположенными по внешней образующей корпуса и с ребордой шнека (3), имеется на торце проушина (4); устройство имеет крышку (5) на оси (6) с резиновым уплотнителем (7), пальцем-фиксатором (9), удерживающим крышку при бурении в закрытом состоянии в фиксаторе (11).

Изобретение относится к способу сооружения гидрогеологических скважин посредством шнекового бурения. Указанный способ заключается в использовании шнекового снаряда, в качестве которого выполняют буровое долото, по внешней образующей корпуса которого располагаются твердосплавные резцы и реборды шнека, буровое долото оснащают открывающейся герметизирующей крышкой, которую крепят пальцем-фиксатором на его торце с помощью проушины на оси с резиновым уплотнителем. Бурение осуществляют полыми равнопроходными шнеками. Полость шнековой колонны под герметизирующей крышкой заполняют с поверхности водой минимум до уровня грунтовых или напорных вод, при достижении проектной глубины бурение прекращают, шнековый снаряд приподнимают и во внутреннюю полость шнекового снаряда погружают фильтровальную колонну для возможности ее установки через открываемую вводимой фильтровальной колонной крышку на требуемую отметку, далее шнековую колонну извлекают из скважины, а затрубное пространство засыпают песком и тампонируют. Технический результат заключается в повышении производительности при сооружении гидрогеологических скважин. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сооружения гидрогеологических скважин посредством шнекового бурения, заключающийся в использовании шнекового снаряда, причем в качестве шнекового снаряда выполняют буровое долото, по внешней образующей корпуса которого располагаются твердосплавные резцы и реборды шнека, буровое долото оснащают открывающейся герметизирующей крышкой, которую крепят пальцем-фиксатором на его торце с помощью проушины на оси с резиновым уплотнителем, при этом бурение осуществляют полыми равнопроходными шнеками, причем полость шнековой колонны под герметизирующей крышкой заполняют с поверхности водой минимум до уровня грунтовых или напорных вод, при достижении проектной глубины бурение прекращают, шнековый снаряд приподнимают и во внутреннюю полость шнекового снаряда погружают фильтровальную колонну для возможности ее установки через открываемую вводимой фильтровальной колонной крышку на требуемую отметку, далее шнековую колонну извлекают из скважины, а затрубное пространство засыпают песком и тампонируют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на внешней поверхности герметизирующей крышки в форме конуса напаивают две твердосплавные подрезные пластины.