При ударно-канатном способе бурение осуществляется за счет погружения в отверстие проволочного каната или троса, на конце которого находится буровое долото. Движение вверх-вниз задается участку каната, находящемуся на поверхности. За счет возвратно-поступательного перемещения от пласта откалываются небольшие фрагменты.
    Долото, масса которого составляет 0,5-3,0 т, находится в постоянном движении (частота ударов 40-60 уд./мин), пока не будет пробурено несколько метров вглубь. Затем канат поднимают с помощью барабана, установленного на поверхности, и после этого долото удаляют. С помощью другого каната, называемого желоночным канатом, в скважину опускают желонку — металлическую трубу с одноходовым откидным клапаном на нижнем конце. Фрагменты пласта, отколотые буровым долотом, собираются в желонку и удаляются из скважины, после чего бурение возобновляется.

    Ударно-канатное бурение позволяет получать скважины глубиной до 500 м и Ø 10 - 60 см. Верхнюю часть ствола скважины делают примерно на 10 см шире нижней. Кроме того, скважину цементируют, чтобы предотвратить проникновение шламовой воды в водоносный слой и заражение почвы (если имеется). Глубина цементации зависит от типа геологической формации. Существует 2два подтипа ударно-канатного бурения: бурение с промывкой и сухое бурение.

 

    Для сокращения количества обсадных колонн и уменьшения начального диаметра скважины, ударно-канатное бурение ведут с использованием тиксотропной рубашки, предотвращающей обрушение слабоустойчивых пород, трение и захват породой обсадных труб.

    Сущность метода состоит в следующем. Бурение начинают желонкой с одновременным забиванием направляющей колонны обсадных труб на глубину 15-25 м (рис.1). Вокруг верхней части обсадной колонны проходят шурф объемом 3-5 м³ с наклонным в сторону скважины дном. На расстоянии 30-40 см от дна шурфа в направляющей колонне прорезают три-четыре отверстия. В направляющую опускают следующую обсадную колонну Ø на 100 мм меньше, на конце которой устанавливают башмак-расширитель. После установки внутренней колонны на забой в кольцевой зазор между трубами забрасывают вязкую жирную глину для образования над коническим башмаком тампона высотой 0,5 м. Затем шурф заполняют тиксотропным глинистым раствором, проникающим через отверстия в направляющей колонне и заполняющим кольцевой зазор между трубами. В плотных породах бурят долотом с последующей чисткой скважины желонкой, а в рыхлых породах - желонкой

 

1 - настил; 2 - приемный шурф; 3 - желоб; 4 - глиномешалка; 5 - направляющая колонна; 6 - стенки скважины; 7 - обсадная колонна; 8 - конусный  башмак; 9 - фильтровая колонна; 10 - гравийная  обсыпка; 11 - башмак-расширитель; 12 - тиксотропная  рубашка;  13 - окно; 14 - бентонитовый раствор.

 

    Основные недостатки ударно-канатного бурения объясняются его технологией. Ударно-канатное бурение значительно медленнее, чем канатно-вращательное или роторное. В некоторых случаях скорость бурения однотипной породы этим методом в 10 раз ниже, чем скорость роторного бурения. Ударно-канатный метод имеет гораздо меньшую информативность из-за полного разрушения пород при бурении; возможность заметных погрешностей при определении границ и мощности пласта за счет неполного извлечения полезных минералов при желонении; нарушение объема проб, что обусловлено невыдержанностью диаметра скважин, а также измельчение некоторых минералов (касситерит, вольфрамит и др.) долотом - вплоть до пылевидных частиц, не улавливаемых при промывке. В настоящее время разработаны достаточно совершенные конструкции пробоотборников, а также каверномеров для точного и оперативного определения фактического диаметра скважин, что позволяет значительно повысить достоверность данных ударно-канатного бурения.

    В случае обнаружения нефте- или газоносного пласта высокого давления отсутствие в скважине жидкости, необходимой для регулирования их истечения, оказывается очевидным недостатком ударно-канатного бурения. Во многих случаях это может привести к выбросу нефти из скважины. При выбросе нефть и газ из подповерхностного пласта устремляются к поверхности и бесконтрольно вытекают из скважины. При выбросе фонтан нефти и газа может подняться более чем на 100 м над землей, при этом всегда возникает значительная опасность пожара.

    Кроме того, вследствие низкой скорости бурения и опасности выброса ударно-канатный метод редко используют при бурении скважин глубиной более 1000 м. Но и для менее глубоких скважин этот способ в нашей стране в значительной мере уступил место роторному бурению. Однако за рубежом многие фирмы до сих пор отдают ему предпочтение.

 

    Одно из наиболее важных преимуществ ударно-канатного бурения - это возможность быстро выявить нефте- и газопродуктивные зоны. Кроме того, его используют для бурения определенных типов пластов, чувствительных к буровым растворам на основе воды. В некоторых типах пластов вода из бурового раствора может вступить в химическую реакцию с глиной, входящей в состав горной породы. Это снижает скорость истечения нефти или газа.

    Ударно-канатное бурение применяется для всех типов формаций, оно более универсально в отношении технических возможностей проходки в сложных условиях (рис.2), эффективно и экономично для закарстованных и очень прочных пород (с ко­эффициентом крепости по Протодьяконову ≥ 16). Оно лучше обеспечивает заданное вертикальное направление сква­жин, чем вращательное бурение.

    Буровой механизм довольно компактный, требует меньше дополнительных приспособлений и легко перемещается. Оборудование удобно использовать в удаленных и труднодоступных районах (рис.3). Моторы ударно-канатной установки расходуют меньше энергии, чем моторы канатно-вращательной установки. Да и стоимость самой установки канатного бурения значительно ниже, чем установки роторного бурения - примерно на 30-50 %, что может частично компенсировать низкую скорость.

 

 

 

 

Подготовил Анатолий Потапенко,