Второй вариант – ручное бурение семидесятых годов XIX века. Рабочие, длинными ключами зажимают трубу и надавливая на них идут по кругу. Лайт-вариант такой методики я опробовал в Якутии. Изготавливали самодельные буровые трубы с ложковым буром, что приводится в движение с помощью тяжёлого, шарнирного хомута. Кстати, такой вариант для бурения малых скважин на три-шесть метров у нас имеется. Но недостаток тот же – малая производительность в следствии малой скорости вращения и что хуже, осевая нагрузка не соответствует плотности, то есть попросту вы не сможете таким способом бурить прочные породы – гнейсы, граниты, кварциты.
Третий вариант из восьмидесятых годов XIX века – механические ручные бурильные станки с зубчатыми, зубчатоконическими и цепными передачами крутящего момента, не стал рассматривать из-за огромного веса. Ни один из этих вариантов нам не подходит. Ничего компактней и технологичней, чем вариант с механическим ротором карданного типа с приводом от лошадок в голову не приходит. Его и будем проектировать.
Ротор имеет массивный бронзовый корпус, оснащенный опорным подшипником, на котором вращается «стол» с зубчатыми венцами. Корпус принимает на себя нагрузку от колонны труб и обеспечивает осевое давление. Через зубчатую пару (коническая шестерня вала и зубчатый венец стола) осуществляется передача вращения с карданного вала. Усилие от вращения стола ротора, через вкладыши, передается на рабочую трубу, а далее через пружинные вкладыши, установленные внутри бурильной, обсадной колонне. Привод ротора, сдвоенный конвейер. Ротор передаёт вращение колонне бурильных труб, служит для спускоподъёмных операций и удержания труб в подвешенном состоянии, он сердце буровой установки.
Алгоритм работы: звено выбирает подходящее место для бурения, устанавливает привод и собирает буровую вышку. Ручным шнеком сперва выбирают неглубокую скважину под рабочую трубу. Ротор устанавливают на ровную площадку, сверху заводят рабочую трубу. Корпус ротора стягивают фермами для жёсткости и через кольца забивают метровые клинья. Двести пятьдесят килограмм всего, недостаточно чтобы убрать вибрации. Впрочем, ротор можно нагрузить тяжёлыми камнями. Кернорватель через замок соединяют с буровой штангой и через ролики заводят в рабочую трубу. Подключают промывочный вертлюг который служит для циркуляции жидкости и предотвращения скручивания шланга и троса. За счёт веса бурильных штанг на кернорватель оказывается давление достаточное для бурения. Раздробленные частицы шлама в процессе бурения выносятся на поверхность постоянно циркулирующей струей бурильного раствора. Керновая коронка охлаждается, а забой очищается от разрушенной породы. Как-то так.
Бурение на керн цикличное, осуществляется на глубину равную длине бурового снаряда. Отсоединяем вертлюг, вкручиваем крюк, через таль, поднимаем колонну труб. Керн выбили, снова опускаем, накручиваем через буровой замок новую штангу и повторяем цикл. Керны после извлечения нумеруют, подписывают глубину и номер скважины, после отправляют на базу.
С помощью ротора можно вести не только периодическое бурение, но и стандартное, непрерывное. Насадки идут в комплекте – разрушающий кернователь, и лопастное долото, шнек. Как правило эти виды бурения комбинируют в зависимости от породы и задачи, смысла брать керн по всему профилю скважины нет. Основной инструмент – шести лопастные PDC долота с резцами из карбида бора, монолитные, их точно не потеряешь в скважине. Бурение такими возможно в любых породах, от мягких до твердых, абразивных.
Кернорватель и ротор самые сложные детали буровой установки. Несмотря на доскональное знание устройства, над их конструкцией мне пришлось здорово попотеть. Буровая вышка треугольная, сборно-разборная ферма высотой семь метров. Используются литые в кокиле, под давлением, бронзовые трубы с приваренными соединительными коннекторами конического типа из стали. Несмотря на то, что коннекторы в изготовлении сложней фланцев, они на порядок надёжней. Сборка фермы с такими соединениями займёт минут десять, пятнадцать. Для наклонного бурения в запасе винтовые трубы-подпорки и держатели для буровых штанг. Сами штанги толстостенные, литые, длиной два метра. Чтобы выдерживать колоссальные нагрузки на скручивание, их внутреннее сечение шестигранное, а на концах приварена муфта из стали с конической резьбой. Комбинирование буровых головок, высокая, до ста оборотов в минуту, частота вращения ротора позволили довести скорость проходки в твёрдых грунта до метра в час. В восемь раз быстрей ударно-канатного!