Сторонники роторного бурения считают ударно-канатное бурение морально устаревшим в основном вследствие сравнительно небольшой механической скорости бурения, особенно на глубине 120—150 м и более, большого расхода обсадных труб, плохой транспортабельности и очень высокой стоимости.
Несмотря на значительные недостатки, ударно-канатный способ бурения имеет также и много преимуществ, позволяющих нередко отдавать ему предпочтение при сооружении скважин на воду. Эти преимущества таковы.
При бурении ударно-канатным способом скважина и проходимые водоносные горизонты все время остаются чистыми от посторонних примесей; по данным наблюдений за положением уровня воды в скважине в процессе бурения всегда можно судить о водоносности или о водоупорности проходимых пород; можно последовательно опробовать проходимые водоносные горизонты и при необходимости возвращаться к ранее пройденному горизонту; в одной скважине можно относительно быстро зафиксировать установившийся средний уровень соединенных горизонтов; по косвенным признакам в процессе бурения всегда можно судить о водообильности проходимого горизонта; геологический разрез проходимых пород удается документировать с вполне удовлетворительной точностью, включая прослои даже незначительной мощности; имеется возможность сооружать скважины с большими начальными диаметрами; нет необходимости зимой устраивать отеплительные приспособления для отдельных частей и механизмов агрегата. Иными словами, при бурении скважины ударно-канатным способом имеются довольно широкие возможности для действий с колоннами обсадных труб и для опытных исследований проходимых водоносных горизонтов, что особенно важно для водоснабжения.
Как показывает опыт, при соответствующей организации работы можно достигнуть хороших показателей скорости бурения.
Например, в Киргизском геологическом управлении бригадой мастера А. Д. Ермоша при бурении станком УКС-22 скважин глубиной 100—150 м, расположенных на расстоянии 100—150 км одна от другой, была достигнута средняя коммерческая скорость 95,5 м/ст.-мес. (за период около одного года). Начальный диаметр скважин составлял 454 мм, конечный — 203 мм или 154 мм. Две трети проходимых пород относились к V и VI категориям по буримости и одна треть — к VII категории (по классификации Министерства геологии и охраны недр для ударно-механического канатного бурения).1
Из этого видно, что достигнутая бригадой скорость ударно-канатного бурения превышала почти на 20% скорость, которая планировалась, но не всегда достигалась при роторном бурении пород, относящихся к IV, V и VI категориям по буримости в центральном районе Европейской части СССР.
Из практики бурения скважин на воду за рубежом известно, что многие крупные буровые фирмы США, Англии и Федеративной Республики Германии («Стар», «Итаг», «Вирт» и др.) ведущие бурение на воду на всех континентах, до сих пор не только не отказались от ударно-канатного способа, но отдают ему предпочтение.
Это подтверждается фактическими данными, из которых видна динамика роста и эволюция методов бурения на воду на территории США.2 В 1949 г. для водоснабжения было пробурено 314 467 скважин, а в 1965 г. — 948 573. Из общего количества скважин на воду (в %) для сельского хозяйства было пробурено 86,3, для промышленных объектов 4,3, для городов 3,1, для горной и нефтегазовой промышленности 2,7 и для орошения 3,6. По способу производства работ бурение распределилось следующим образом (в %): ударно-канатное 66,6, ударно-штанговое 1,5, вращательное 20,2, с промывкой глинистым раствором 1,7, с промывкой аэрированной жидкостью 1,9, пневмоударниками 3,5, с обратной промывкой 1,7, гидромониторное 2,9. По эксплуатационному диаметру пробуренные скважины составляют (в %): менее 100 мм — 19,2; от 100 до 150 мм — 43,6; от 150 до 300 мм — 31,2 и более 300 мм — 6.
Из приведенных данных видно, что в США в практике сооружения скважин для водоснабжения вращательное бурение с промывкой глинистым раствором представляет ничтожный объем (1,7%) и применяется только в исключительных случаях.
Американские специалисты считают, что крепкие породы выгоднее бурить ударно-канатным способом даже на глубины больше 1000 м, при этом они отмечают, что механическая скорость ударного бурения в очень крепких породах близка к скорости роторного бурения, а иногда даже равна ей; в то же время затраты на ударное бурение при этих условиях в 2,5 раза меньше, чем на роторное. Кроме того, при ударно-канатном бурении более точно определяется геологический разрез в малоизученных районах и успешнее проходка в безводных районах, где роторный способ можно применять только при подвозе воды.
Скважины для водоснабжения ракетных пусковых площадок в США бурят ударно-канатным способом. Как сообщает подполковник инженерных войск Р. Фриц в статье «Комплекс сооружений для ракет» «Титан» 3, в каждом комплексе бурилось по две скважины с расчетным дебитом не менее 36 м3/ч на каждую скважину. Работы, проводившиеся станками ударно-канатного бурения в скальных трещиноватых породах, продолжались с апреля 1959 г. до января 1960 г., когда была опробована и принята последняя из шести скважин, глубина которых составляла от 150 до 300 м.
Кроме того, непрерывно совершенствуются и ударно-канатные станки и забойный инструмент; большинство ударно-канатных станков самоходные. Что же касается забойного инструмента, то можно привести следующий пример. Одной из фирм 4, проводящей ударно-канатное бурение диаметром от 185 до 385 мм на глубину до 800 м, сконструирован канатный бур с большим количеством ударов. Это несложное приспособление в виде жесткого стержня или втулки между инструментальным канатом и долотом. Вокруг стержня или внутри втулки помещается утяжеленный ударник, установленный на пружине, упирающейся в долото. Пружина может быть дополнительно установлена и сверху.
При ударе долота о забой ударник, сжимая пружину, дополнительно ударяет по долоту, причем частота ударов на забое увеличивается пo меньшей мере в 2 раза, следовательно, и механическая скорость бурения возрастает соответственно не менее чем вдвое.
Характерно и то, что американцы успешно внедряют ударные механизмы и в роторное бурение.
Так, компания «Галф рисэрч энд девелопмент»5 в течение 10 лет работала над созданием механизма, эффективность которого заключается в сочетании вращательного и ударного способов бурения. Механизм развивает до 300 до 600 ударов в 1 мин, причем частоту ударов можно увеличивать, использовав принцип двойного действия. В зависимости от величины осевого давления на долото и прочности (буримости) проходимых пород механическая скорость бурения возрастает в 2—10 раз по сравнению со скоростью роторного бурения.
Приведенные факты показывают, что ударно-канатное бурение следует развивать и совершенствовать как перспективный способ работы. Техническая характеристика станков ударно-канатного бурения приведена в табл. 14.
1 Герасимов П. Г. Методы работы бригады старшего бурового мастера А. Д. Ермоша. «Разведка и охрана недр», № 2, 1958.
2 Growth of the industry. Driller, No. 2, 1966, pp. 32—35.
3 Civil Engineering J., No. 4, 5, 1961.
4 Реферативный журнал «Геология», № 10105, стр. 232, l957.
5 World Oil, No. 1 (145), 1957.
Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968