ВСН 388-87. Бурение скважин на воду ударно-канатными станками с вибрационными установками (45861)

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ УДАРНО-КАНАТНЫМИ СТАНКАМИ С ВИБРАЦИОННЫМИ УСТАНОВКАМИ

ВСН 388-87

Минмонтажспецстрой СССР

Министерство монтажных и специальных строительных работ СССР

Москва 1988

РАЗРАБОТАНЫ Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидромеханизации, санитарно-технических и специальных строительных работ (кандидаты техн. наук В.В. ВЕРСТОВ, В.М. ЛУКИН и доктор техн. наук М.Г. ЦЕЙТЛИН) при участии организаций треста Промбурвод.

ВНЕСЕНЫ И ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главным техническим управлением Минмонтажспецстроя СССР.

С введением в действие ВСН 388-87 "Бурение скважин на воду ударно-канатными станками с вибрационными установками" утрачивают силу ВСН 388-77 и «Руководство по технологии ударно-канатного бурения скважин на воду с применением виброударных буровых снарядов" (ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1980).

Нормы распространяются на устройство скважин на воду глубиной до 150 м ударно-канатными станками с применением вибрационных установок, также на проектирование разведочных и эксплуатационных скважин на воду, бурение которых планируется осуществить ударно-канатным способом.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Бурение скважин на воду ударно-канатными станками с применением вибрационных установок следует применять в районах с недостаточной степенью изученности гидрогеологических условий, при устройстве скважин, закладываемых на слабонапорные и безнапорные подземные воды; в случае необходимости по ходу проходки раздельно опробовать водоносные горизонты разных уровней, а также в таких местах, где возникают сложности с обеспечением водой установок вращательного бурения.

1.2. Бурение скважин на воду с применением вибрационных установок следует осуществлять с использованием станков ударно-канатного бурения УГБ-3УК (УКС-22) и УГБ-4УК (УКС-30). В качестве вибрационных установок настоящие нормы предусматривают применение вибромолотов БВС-1, вибраторов ВПФ-1 и ВПФ-2, виброударных буровых снарядов ВС-1 и ВС-2, а также желонок ВЖ-1 и ВЖ-2 и вибрационного разгрузочного устройства ВР-1 (технические описания и характеристики вибрационных установок приведены в приложениях 1-5).

1.3. С применением вибромолота БВС-1 и вибраторов ВПФ-1 и ВПФ-2 производят посадку обсадных труб, извлечение промежуточных колонн в процессе обнажения фильтров, погружение фильтровых колонн с конусным башмаком-расширителем при одновременной засыпке гравия и бурении.

Вибромолот БВС-1 благодаря работе в эффективном виброударном режиме с натяжением рабочих пружин обладает высокой погружающей способностью при минимальных затратах времени на вспомогательные операции. Вибромолот позволяет в разнородных геологических условиях довести выход колонн в породы до 50-60 м, значительно увеличить скорость погружения труб, сократить количество переходов с желонирования на посадку, исключить отбор из скважины лишнего объема породы вследствие опережающей обсадки всей толщи водоносных песков, устранить операции по выравниванию торца безмуфтовых труб при их наращивании.

Вибраторы ВПФ-1 и ВПФ-2 работают в наиболее эффективном для погружения труб в водонасыщенные породы вибрационном режиме. Вибраторы обеспечивают работу на забое скважины породоразрушающего инструмента или желонки с одновременным вибрационным погружением обсадной или фильтровой колонны, что повышает производительность труда и исключает возможность прихвата фильтровых колонн при их погружении с конусным башмаком-расширителем и параллельной засыпкой гравия. Наряду с этим в последнем случае вибрационное действие улучшает условия формирования гравийного фильтра, повышает производительность и долговечность скважины за счет уменьшения степени расслоения гравия, исключения его зависания и расширения контура укладки.

Применение свободного пружинного вибромолота БВС-1 и вибраторов с проходным отверстием ВПФ-1 и ВПФ-2 при устройстве скважин на воду ударно-канатными станками позволяет полностью отказаться от использования малопроизводительного забивного снаряда или задавливающей полиспастной системы и таким образом повысить годовую выработку на станок примерно в 1,5 раза и снизить расход обсадных труб на 25-30 %.

1.4. Бурение крепких пород осуществляют с использованием виброударных снарядов ВС-1 и ВС-2, позволяющих увеличить интенсивность динамического воздействия долота на забой и повысить эффективность использования энергии основного удара бурового снаряда. Работа ВС-1 и ВС-2 вследствие многократных ударных нагрузок, передаваемых на забой, обеспечивает усталостный характер разрушения породы, что дает возможность увеличить скорость ее проходки в 1,5-2 раза. При применении виброударных снарядов ВС-1 и ВС-2 в значительной степени исключается вероятность прихвата долота породой.

1.5. Виброударными желонками ВЖ-1 и ВЖ-2 осуществляют разработку соответственно связных пластичных грунтов и твердых глинистых пород, при проходке которых обычно используют попеременную работу на забое долота и клапанной желонки. С применением желонок ВЖ-1 и ВЖ-2 достигают ускорения бурения на 40-50 % вследствие того, что отпадает необходимость работы в одном интервале дважды разными инструментами, исключается операция по переворачиванию желонки для ее опорожнения, нет необходимости заливать на забой скважины воду.

1.6. Вибрационное разгрузочное устройство ВР-1 при опорожнении клапанных желонок от выбуренной породы позволяет сократить продолжительность разгрузки в 2-3 раза, улучшает условия техники безопасности и дает возможность транспортировать грунт в отвал на расстояние 3 м от устья скважины.

2. ВИБРОУДАРНАЯ ПОСАДКА ОБСАДНЫХ ТРУБ ВИБРОМОЛОТОМ БВС-1

2.1. Посадку обсадных труб вибромолотом БВС-1 (см. рекомендуемое приложение 1) можно производить в двух режимах при угловой скорости валов дебалансов не более 600 об/мин. Первый режим свободного вибромолота (без натяжения пружин) следует использовать при погружении кондукторных колонн. Второй (основной) режим с натяжением рабочих пружин необходимо применять при посадке последующих колонн труб. Натяжение пружин осуществляют отдельной лебедкой или талевой лебедкой бурового станка. Трубы диаметрами 273; 325; 377; 426 и 529 мм можно погружать как в режиме свободного беспружинного вибромолота, так и с натяжением рабочих пружин. Для забивки кондукторных колонн труб диаметром 630 мм в режиме свободного вибромолота необходимо демонтировать с ударной части вибромолота рабочие пружины.

2.2. При подготовке вибромолота к работе на буровой площадке необходимо выполнять следующие операции:

установить и закрепить на якоре (черт. 1) тяговую лебедку (в случае использования этой схемы работы расстояние между лебедкой и устьем скважины 20-25 м);

вырезать в кондукторной колонне отверстия таким образом, чтобы вертикальные нити троса проходили вдоль продольной оси скважины, и смонтировать в этих отверстиях оттяжные блоки (черт. 2) с серьгами;

закрепить трос (см. черт. 1) лебедки, пропущенный через уравнительный блок, на скобе ограничителя, затем соединить проушину ограничителя с рамой лебедки; нить троса с закрепленными на ее концах коушами пропустить через второй уравнительный блок и завести в оттяжные блоки, установленные на кондукторной колонне; после этого уравнительные блоки соединить между собой, а коуши троса закрепить на крюках тяговых балок вибромолота;

Схема расположения оборудования на буровой площадке

1 - якорь тяговой лебедки; 2 - тяговая лебедка; 3 - ограничитель натяжения троса; 4, 7 - тросы; 5, 6 - уравнительные блоки; 6 - оттяжной блок; 9 - пульт управления

Черт. 1

Схема работы вибромолота при посадке обсадных труб с натяжением рабочих пружин отдельной лебедкой

1 - мачта бурового станка; 2 - днище; 3 - забивная головка; 4 - ударный стакан; 5, 6, 7 - забиваемые трубы; 8 - тяговая лебедка; 9 - ограничитель натяжения троса; 10 - уравнительный блок; 11 - оттяжной блок; 12 - пульт управления; 13 - трос; 14 - вибромолот

Черт. 2

установить пульт управления (см. черт. 1) вибромолотом на расстоянии 5-6 м от рабочего места бурового мастера, затем подсоединить электродвигатели вибромолота и лебедки к пульту управления согласно электрической схеме.

Монтаж электрической схемы следует начинать с заводки кабеля КРПТ 335+1´10 вибромолота в пульт управления через отверстие 17 (черт. 3) в его задней стенке и крепления фазовых концов на трех первых слева контактах панели 13. Затем необходимо пропустить кабель КРПТ 3??6+1´4 лебедки через отверстие 16 в пульте и подсоединить его к четвертой, пятой и шестой клеммам панели 13. После этого следует закрепить концы заземления кабелей обоих электродвигателей на пятой и шестой клеммах панели 14.

Кабель КРПТ 3´2,5+1´1,5 от конечных выключателей необходимо ввести в пульт через отверстие 15. Затем провода от реле конечных выключателей (черт. 4), автоматически включающего и отключающего двигатель лебедки, следует подсоединить соответственно к первой и четвертой, ко второй и третьей клеммам панели 14 (см. черт. 3). После монтажа на панелях 13 и 14 кабелей вибромолота, лебедки и конечных выключателей необходимо подсоединить питающий кабель, площадь сечения каждой жилы которого должна быть не менее 35 мм2, к трем левым клеммам панели 1, пропустив его через отверстие 11 в задней стенке пульта. После закрепления провода заземления на четвертой клемме панели 1 следует закрыть его кожухом 4.

2.3. При использовании схемы работы вибромолота с натяжением рабочих пружин лебедкой бурового станка (черт. 5) необходимо:

установить раздвижную укосину между горизонтальной осью закрепленного на мачте кронштейна и кондукторной колонной;

смонтировать оттяжные блоки на кронштейне и кондукторной колонне;

закрепить трос длиной 20-22 м на крюках вибромолота, предварительно пропустив его через оттяжные и уравнительный блоки.

2.4. Муфтовые трубы диаметрами 273; 325; 377 и 426 мм погружают, используя соответствующие забивные головки. Трубы диаметрами 529 и 630 мм забивают без применения головок.

При погружении муфтовых труб вибромолот свободно надевают ударным стаканом 4 (см. черт. 2) на забивную головку 3, ввинченную в муфту трубы 6, и прижимают к ней днищем 2. При погружении труб 5 диаметром 529 мм ударную часть прижимают к торцу трубы буртом ударного стакана. При этом нижняя его часть входит во внутреннюю полость забиваемой трубы и служит направляющей для вибромолота. На кондукторную колонну труб 7 диаметром 630 мм вибромолот устанавливают без рабочих пружин, при этом ударный стакан полностью входит внутрь трубы, а удары по ее торцу производят днищем вибромолота.

Пульт электрического управления вибромолотом БВС-1

1, 13, 14 - панели; 2 - защитный кожух; 3 - кнопочный пост управления вибромолотом; 4 - кожух; 5, 7 - автоматические выключатели; 6, 8 - переключатели; 9 - электромагнитное реле; 10 - амперметр; 11, 15, 16, 17 - отверстия; 12 - вольтметр; 18, 19 - магнитные пускатели

Черт. 3.

Электрическая схема вибромолота БВС-1

Черт. 4

Схема работы вибромолота при посадке обсадных труб с натяжением рабочих пружин лебедкой бурового станка

1 - кронштейн с горизонтальной осью; 2, 8 - оттяжные блоки; 3 - мачта бурового станка; 4 - талевый блок; 5 - вибромолот; 6 - трос; 7 - раздвижная укосина; 9 - пульт управления

Черт. 5

2.5. В режиме свободного беспружинного вибромолота кондукторные колонны труб необходимо погружать на всю глубину, а промежуточные колонны - только в начальный период их посадки. В этом режиме выходы колонн в породы, как правило, составляют 20-25 м, а высота грунтовой пробки в полости трубы не превышает 4-5 м.

При работе свободным вибромолотом ствол скважины следует чистить после того, как скорость погружения снизится до 5-10 см/мин, а режим работы вибромолота будет характеризоваться отсутствием периодических ударов и значительной раскачкой в горизонтальной плоскости.

2.6. Режим работы вибромолота с натяжением рабочих пружин необходимо использовать для посадки промежуточных колонн труб после того, как работа свободного вибромолота из-за возросшего сопротивления погружению перестает быть эффективной, т.е. когда после очередной чистки ствола скорость посадки трубы существенно не изменяется. С натяжением рабочих пружин вибромолот обеспечивает выходы колонн в породы до 60 м и позволяет без чистки ствола забивать трубы в водонасыщенные породы на 10-12 м.

В режиме с натяжением пружин скорость посадки трубы вибромолотом, как правило, должна находиться в пределах 0,2-1,0 м/мин и определяться геологическими условиями, длиной колонны и величиной ее выхода. Для регулирования скорости посадки колонны необходимо изменять степень натяжения рабочих пружин вибромолота за счет периодических включений и отключений тяговой лебедки. Автоматическое управление лебедкой следует осуществлять пультом управления и ограничителем натяжения троса, настраиваемым на определенный интервал усилий. Рекомендуются интервалы усилий натяжения пружин 20-40; 30-60; 40-80 кН, которые следует назначать соответственно на начальном (небольшой выход колонн в породу), среднем и заключительном этапах посадки обсадных труб.

При виброударной посадке колонн труб необходимо следить за режимом работы вибромолота и иметь в виду, что при малом, недостаточном натяжении пружин наблюдаются нечеткий удар и раскачка молота на трубе, а при слишком большом натяжении - "дробление" молота, т.е. резкое уменьшение величины его подскоков. В этих случаях работа молота неэффективна. При правильно выбранном натяжении рабочих пружин вибромолот работает устойчиво и обеспечивает высокую скорость посадки труб.