«Водоснабжение: современная практика бурения и устройства колодцев»

Возведение необходимого оборудования на поверхности и вскрытие шахты.

Бурение шахт до самой нижней части водоносных пластов.

Установка крепления.

Введение цемента позади крепления для завершения его прочности.

Извлечение воды из шахт и установка клиновых колец, или «faux cuvelage», ниже моховой коробки.

Рис. 119.

Рис. 120.

Рис. 121.

Рис. 119–121 показывают в разрезах и в плане оборудование, обычно используемое на поверхности. O — небольшая кабестановая машина, имеющая цилиндр диаметром 20 дюймов и ход 32 дюйма, работающая на третьей передаче. К этой машине, работающей в малой шахте C, прикреплен противовес. Эта машина используется для подъема и опускания буровых инструментов и для подъема шлама, образующегося в результате бурения. До платформы, которая находится примерно в 10 футах от поверхности, шахта имеет диаметр 19 футов, или на 4 фута больше диаметра шахты ниже. На уровне около 38 футов над этой платформой есть трамвайный путь, по которому ходят небольшие вагонетки, несущие цилиндр для шлама с одной стороны и буровые инструменты с другой. На уровне 48 футов над платформой размещены опоры для деревянных штанг, к которым прикреплены буровые инструменты. Механизм для бурения приводится в действие цилиндром, который имеет диаметр 39 1/3 дюйма и полный ход 39 1/3 дюйма, при этом обычный ход варьируется от 2 до 3 футов. Массивная деревянная балка передает движение от этого цилиндра к буровому аппарату, причем соединение между балкой и штоком поршня, а также между балкой и буровыми инструментами осуществляется цепью. Машинист сидит рядом с машиной и подает пар только над поршнем. Ход вниз буровых инструментов вызывается внезапным открытием выхлопа, и рама затем предотвращает слишком сильный удар буровых штанг. Машины работают со скоростью от 12 до 18 ходов в минуту, в зависимости от характера проходимых пластов.

Рис. 122-127.

Рис. 128, 129.

Увеличенное изображение (150 кБ)

Рис. 130.

Рис. 131-134.

После установки рабочей платформы первым применяемым буровым инструментом является малый трепан (рис. 122–125). Этот инструмент прикрепляется к деревянной балке тем же устройством, что показано на рис. 109. Буровые инструменты могут быть опущены по желанию с помощью регулировочного винта. Следующей по порядку идет рукоятка для бурения. Она приводится в действие четырьмя рабочими на платформе и поворачивается с помощью вертлюга. К рукоятке прикреплены деревянные штанги, изготовленные из рижской сосны. Эти штанги имеют длину 59 футов и сечение 7 3/4 дюйма. Вертлюжное кольцо (рис. 126, 127) прикрепляется к канату при подъеме и опускании буровых штанг. Малый трепан прорезает отверстие диаметром 4 фута 8 3/4 дюйма и имеет четырнадцать зубьев, установленных в цилиндрических отверстиях и закрепленных штифтами, входящими через круговые пазы. Зубья стальные. На расстоянии 4 футов 4 дюймов над основными зубьями трепана находится плечо с зубом на каждом конце. Эта деталь выполняет роль направляющей и в то же время удаляет неровности со стенок отверстия. На расстоянии 13 футов 6 дюймов над основными зубьями находятся собственно направляющие, состоящие из двух прочных железных плеч, закрепленных на инструменте и расположенных под прямым углом друг к другу. Отверстие, сделанное малым трепаном, не поддерживается на каком-либо фиксированном расстоянии впереди полноразмерной шахты, но расстояние обычно варьируется от 10 до 30 ярдов. С малым трепаном, который весит 8 тонн, прогресс варьируется от 6 до 10 футов в день.

Большой трепан (рис. 128–130) весит 16 1/2 тонн, выкован из одного цельного куска и имеет двадцать восемь зубьев. Железный выступ образует центр этого трепана и свободно входит в отверстие, сделанное малым трепаном, действуя как направляющая для инструмента. На расстоянии 7 футов 6 дюймов над зубьями на раме иногда закрепляется направляющая, но она не снабжена зубьями. На расстоянии 13 футов 3 дюймов от зубьев находятся две другие направляющие под прямым углом друг к другу. Эти направляющие опускаются в шахту вместе с буровым инструментом, причем шарнирная часть направляющих поднимается при прохождении через балки в верхней части шахты, которые находятся на расстоянии всего 6 футов 7 дюймов друг от друга. Когда инструмент готов к работе, два плеча опускаются к стенке шахты и подвешиваются в шахте на канатах, таким образом действуя как направляющая для трепана, который движется через них. Чтобы предотвратить удар по штангам, когда трепан ударяется о породу при ходе вниз, в верхней части рамы устроено пазовое движение, люфт которого составляет около половины дюйма. Зубья большого трепана не горизонтальны, а глубже к внутренней части шахты, причем грань внутреннего зуба на 3 3/4 дюйма ниже внешней. Цель этого состоит в том, чтобы заставить шлам сразу падать в малое отверстие, так как поверхность породы на дне шахты несколько наклонена. Используемые зубья (рис. 131–134) одинаковы как для большого, так и для малого трепана и весят около 72 фунтов каждый. Как правило, используется только один комплект зубьев, этот комплект работает двенадцать часов, а остальные двенадцать часов используются для подъема шлама. Это время распределяется примерно в следующих пропорциях: бурение — двенадцать часов; подъем штанг — от одного до пяти часов, в зависимости от глубины; подъем шлама — два часа; и опускание штанг — от одного до пяти часов. Максимальную скорость большего трепана можно принять за около 3 футов в день. Обычное расстояние проходки составляет не более 2 футов в день, а в кремнях и других твердых породах бурение продвигалось со скоростью до 3 дюймов в день.

Рис. 135-140.

Рис. 141, 142.

Шлам в малой скважине содержит куски максимальным размером около 8 кубических дюймов. В большом бурении были найдены куски породы размером 32 кубических дюйма. Однако, как правило, материал измельчается очень мелко, имея вид грязи или песка. Как в большом, так и в малом бурении шлам поднимается желонкой, подобной рис. 105, 106, и в этой системе состоящей из цилиндра из кованого железа диаметром 3 фута 3 дюйма и длиной 6 футов 9 дюймов, содержащего два клапана-хлопушки на дне, через которые входит выработанный материал. Этот аппарат опускается в шахту на буровых штангах и перемещается вверх и вниз на расстояние от 6 до 8 дюймов в течение примерно четверти часа, а затем поднимается и опорожняется. В некоторых случаях, когда порода твердая, последовательно используются три размера трепана: 5 футов, 8 футов и 13 футов.

Рис. 143-146.

Другие инструменты и приспособления, используемые при буровых работах, показаны на рис. 135-140, включая ключ (рис. 139, 140), применяемый на поверхности для разъединения штанг, крюк, на который подвешивается каждая штанга после подъема на высокую платформу и отсоединения, перекладину, по которой перемещаются крюки, и вилку для подвешивания штанг или инструментов на роликах, когда требуется переместить штанги или инструменты из-под шахты.

На рис. 141-146 показаны соединения бурового снаряда (трепана) и захватов или штанг.

Если в шахту падают сломанные инструменты, для их извлечения используются различные виды приспособлений. В случае поломки штанг любого типа, имеющих выступ, за который можно зацепиться, крюк или лом эпициклоидальной формы (рис. 137, 138) позволяет легко захватить предмет. Если сломанная часть не имеет выступа, за который можно ухватиться, а представляет собой просто стержень, применяется приспособление, показанное на рис. 147, 148. Оно состоит из двух частей. Штанги, имеющие зубья внутри нижней части, удерживаются от расхождения конусом и скользят по основным штангам. При прохождении над штангой или трубой они захватывают ее с помощью зубьев и вытягивают наверх. Шодрон с помощью этого инструмента поднял колонну труб длиной 295 футов и диаметром 8 дюймов. Инструмент, называемый «грапен» (рис. 149, 150), используется для подъема сломанных зубьев или других мелких предметов, которые могли упасть на дно шахты. Этот инструмент также имеет одну часть, скользящую в другой, и опускается с закрытыми захватами. Части приводятся в движение двумя канатами, управляемыми с поверхности. Нагружая поперечину, прикрепленную к подвижным частям, можно приложить необходимое давление к захватам. Затем груз поднимается, захваты открываются и смыкаются на предмете, который нужно поднять. Этот инструмент в настоящее время требуется редко.

Рис. 147-150.

При бурении шахт описанным способом, без возможности обычным путем проверить вертикальность шахты, можно было бы опасаться, что система вызовет возражения по этому поводу. Однако оказывается, что во всех случаях, когда Шодрон проходил шахты по этой системе, ему удавалось сделать их идеально вертикальными. Это обеспечивается естественным действием тройной направляющей, которую создают долота и два комплекта плеч, прикрепленных к буровым инструментам, а также тем фактом, что при малейшем отклонении бурового инструмента от отвеса трение инструмента о стенку шахты становится настолько сильным, что бурильщики не могут повернуть инструмент.

Буря попеременно большим и малым инструментом, шахту в конечном итоге доводят до точки, в которой встречается самый нижний водоносный горизонт. В новом районе это приходится определять отчасти наугад; но там, где шахты уже проходились ранее, нетрудно, наблюдая за пластами, определить почти точную точку, в которой можно безопасно закрепить нижнюю часть крепления (тюбинга). После установления этой точки переходят к третьему процессу.

Рис. 151.

Поскольку цель установки тюбинга в шахте состоит в эффективном отсечении водоносных горизонтов, которые для водоснабжения могут иметь нежелательные качества, и обеспечении водонепроницаемого соединения в основании, важно, чтобы постель, на которую должен опираться моховой ящик, была совершенно ровной и гладкой. Это достигается использованием инструмента, называемого «скребком», прикрепляемого к буровым штангам, лезвия которого перемещаются по поверхности постели, предназначенной для мохового ящика. Используемый тюбинг отливается в виде цельных цилиндров. В Мораже каждое кольцо имеет внутренний диаметр 12 футов и высоту 4 фута 9 дюймов. Каждое кольцо имеет внутренний фланец сверху и снизу, а также ребро посередине, причем верх и низ кольца обточены и отшлифованы. Кольца тюбинга соединяются друг с другом двадцатью восемью болтами диаметром 1,1 дюйма, проходящими через отверстия, просверленные во фланцах. Тюбинг подвешивается в шахте с помощью шести штанг, которые опускаются кабестанами, расположенными на расстоянии 30 футов над устьем шахты. Эти механизмы работают на длинных винтах. Когда добавляется новое кольцо тюбинга, штанги отсоединяются на более низком уровне и подвешиваются на цепях, оставляя свободное пространство для его прохождения. Перед тем как каждое кольцо опускается в шахту, оно испытывается гидравлическим аппаратом (рис. 151). Тюбинг обычно испытывается давлением, в полтора раза превышающим то, которому он, как ожидается, будет подвергаться. В Мораже, где необходимо установить тюбинг длиной 550 футов, основные сведения о нем таковы:

Length. Thickness Pressure

expected. Pressure

at which

Tubbing is

proved.

feet.

inches. lbs. a

square inch. lbs. a

square inch.

Top 130 1·17 30 45

60 1·31 60 90

60 1·57 90 135

60 1·76 120 180

60 1·96 150 225

60 2·16 180 270

60 2·35 210 315

Bottom 60 2·55 240 360

Соединения между кольцами тюбинга выполняются с помощью листового свинца толщиной в одну восьмую дюйма, покрытого суриком. Свинцу дают выступать из соединения на одну треть дюйма и уплотняют инструментом, имеющим рабочую часть толщиной в одну двенадцатую дюйма. Способ подвешивания тюбинга к штангам будет понятен при обращении к рис. 152-154. Штанги крепятся к кольцу болтами, соединяющими одно кольцо тюбинга с другим. Нижнее кольцо тюбинга и кольцо, несущее моховой ящик, имеют верхний фланец, повернутый внутрь, а нижний фланец — наружу. К тюбингу прикреплена прочная железная перемычка, образующая основание трубы диаметром 16 1/2 дюймов. Цель этой трубы — заставить воду в шахте облегчить нагрузку на подвесные штанги, принимая на себя часть веса тюбинга. Краны для впуска воды расположены через определенные интервалы вдоль трубы, благодаря чему вес на штангах можно легко регулировать, так что на штангах одновременно подвешено не более одной десятой — одной двадцатой веса тюбинга. Кольцо, удерживающее моховой ящик, подвешено к нижнему соединению тюбинга на скользящих штангах.

Рис. 152-154.

Устройство мохового ящика, образующего основание тюбинга, является одним из наиболее важных моментов, требующих внимания в этой системе проходки. Используется обычный торфяной мох. Он заключен в сетку, которая с помощью пружин удерживает его на месте во время спуска тюбинга. Когда моховой ящик, висящий на коротких штангах, прикрепленных к тюбингу, достигает поверхности породы, он осторожно опускается на нее, и весь вес тюбинга переносится на эту постель. Это сжимает мох, объем камеры, удерживающей его, уменьшается, и мох вдавливается в стенки шахты, образуя таким образом водонепроницаемое соединение, через которое не может просочиться вода. На этом завершается третий процесс.

Следует отметить, что к этому моменту наблюдаются следующие важные различия между этой и обычной системой установки тюбинга: тюбинг, достигнув своей постели, выдерживает совокупное давление всех водоносных горизонтов, встреченных в шахте. Поскольку тюбинг был опущен в шахту описанным способом, никакое забутовка или другие способы его закрепления в шахте не выполнялись. Соединение между каждым кольцом тюбинга выполнено настолько тщательно, что повторное уплотнение соединений, как в обычной системе, становится ненужным. Шахта по-прежнему заполнена водой до обычного уровня.

В этих условиях следующий процесс заключается во введении цемента за тюбинг для завершения его прочности.

Рис. 155, 156.

Перед удалением воды кольцевое пространство между тюбингом и стенками шахты заполняется гидравлическим цементом, чтобы сделать тюбинг непроницаемым посредством процесса консолидации, менее подверженным воздействию любого давления воды или газа, которое может быть направлено к центру шахты. Цемент вводится за тюбинг с помощью закрытых ковшей (рис. 155, 156), вмещающих 44 галлона и состоящих из двух железных пластин толщиной в одну восьмую дюйма, закрепленных на двух деревянных стойках сечением 3 1/8 дюйма. Это приспособление изогнуто в соответствии со средней окружностью пространства, подлежащего бетонированию. В верхней части ковша помещен поршень, к которому прикреплена штанга, перемещаемая с поверхности; к поршню также прикреплена заслонка. Ковш с бетоном опускается за тюбинг с помощью ворота на поверхности, и когда он достигает самой нижней точки, поршень опускается, и цемент выходит из камеры. Веса цемента и ковша с небольшим балластом достаточно для того, чтобы он легко опускался.

Был проведен ряд экспериментов по поиску цемента, который не затвердевал бы слишком быстро и который после затвердевания образовывал бы совершенно плотную и твердую массу. Наилучшим оказался состав со следующими пропорциями: гидравлическая известь из лейаса близ Меца, гашеная путем опрыскивания — 1 часть; отборный песок из вогезского песчаника — 1 часть; трасс из Андернаха на Рейне — 1 часть; цемент из Роппа (Верхняя Сона) — 1/4 части.

Для укладки цемента нанимаются шесть человек: двое у ворота для опускания ковша, двое для работы со штангами, прикрепленными к поршню, и двое на рабочей платформе. Упомянутые штанги оказались настолько неудобными, что в последнее время используется канат на другом вороте и приспособление, настроенное на сброс поршня путем перемещения каната.

Рис. 157.

Когда проходит достаточно времени для затвердевания цемента, вода внутри тюбинга, теперь эффективно отделенная от водоносных горизонтов, вычерпывается бадьей, приводимой в действие паровой лебедкой — операция, которая занимает от одной до трех недель, в зависимости от обстоятельств. По ее завершении можно осмотреть соединение между моховым ящиком и постелью из породы. В некоторых случаях это соединение считается достаточным; но обычно считается желательным сформировать основание для тюбинга, выложив несколько футов кирпичной кладки на цементе на деревянном кольце или опорном кольце, как показано на рис. 157. Затем поверх этой кладки помещается другое деревянное опорное кольцо, а над ним — два чугунных сегментных уплотнительных кольца с широкой постелью, также идеально плотно уплотненных. На подготовленном таким образом основании закрепляются четыре или более колец сегментного тюбинга, причем верхнее кольцо плотно прилегает к нижней части мохового ящика. После этого работа завершена, и проходка шахты продолжается обычным способом.

Применение бурового снаряда (трепана) не рекомендуется при проходке сухой части шахты. Использование этого инструмента привело бы к увеличению срока проходки, поскольку измельчение проходимой породы на столь мелкие частицы привело бы к потере времени.

Система Дру.

Рис. 158.

Система, применяемая Дру, заслуживает внимания не столько из-за новизны изобретения или какого-либо нового принципа, заложенного в ней, сколько из-за приспособлений, которые она содержит для применения инструмента «à chute libre», или свободнопадающего инструмента, для артезианских скважин большого диаметра. Уже было объяснено, что по системе Кинда трепан выходил из зацепления под действием реакции воды, которой позволяли проникать в колонну выработки; но не всегда возможно обеспечить подачу количества воды, необходимого для этой цели; и даже когда это возможно, захват, принятый Киндом, был такой формы, что подвергался сильному и быстрому износу. Дру, стремясь устранить оба этих неудобства, сделал свой первый трепан похожим на тот, что показан на рис. 101, где видно, что инструмент постепенно поднимался до тех пор, пока не входил в контакт с неподвижной частью верхнего механизма, после чего выходил из зацепления. Опоры захвата были параллельны горизонтальной линии и на практике изнашивались более равномерно, так что этот инструмент мог работать иногда от восьми до четырнадцати дней без перерыва; тогда как по системе Кинда трепан часто извлекали после двух-трех дней работы.

Мы приводим следующий полный отчет о системе из доклада, прочитанного г-ном Дру в Консерватории искусств и ремесел в Париже 6 июня 1867 года.

Из рис. 158, 159 видно, что буровая штанга А подвешена к внешнему концу балансира B, изготовленного из дерева, окованного железом, работающего на средней опоре и соединенного внутренним концом с вертикальным паровым цилиндром C диаметром 10 дюймов и ходом 39 дюймов. Ход буровой штанги уменьшен до 22 дюймов за счет того, что внутренний конец балансира сделан длиннее внешнего, служа частичным противовесом весу буровой штанги. Паровой цилиндр показан в увеличенном виде на рис. 160 и является одностороннего действия, используемым только для подъема буровой штанги при каждом ходе, а штанга опускается снова путем выпуска пара из верхней части поршня; ход ограничен деревянными упорами как снизу, так и сверху конца балансира B.

Буровой инструмент является наиболее важной частью аппарата и той, которая вызвала наибольшие трудности при доработке конструкции. Цели, к которым следует стремиться в этом: простота конструкции и ремонта; максимально возможная сила удара на единицу площади удара; и отсутствие склонности к отклонению и заклиниванию.

Рис. 159-162.

Инструмент, используемый при малых бурениях, представляет собой одиночное долото, как показано на рис. 161, 162; но для больших бурений оказалось лучше разделить рабочую поверхность инструмента на отдельные долота, каждое удобного размера и веса для ковки. Все долота, однако, удерживаются на прямой линии, благодаря чему степень площади удара уменьшается; и инструмент становится менее склонным к отклонению при встрече с твердым участком кремня в одной точке режущей кромки, что уменьшило бы эффект удара.

Рис. 163-167.

Рис. 168.

Рис. 169.

Инструмент показан на рис. 163-169 и состоит из корпуса D из кованого железа, соединенного винтовым концом E с буровой штангой и несущего долота F F, закрепленные в отдельных гнездах и зафиксированные гайками сверху; используются два или четыре долота, или иногда даже большее количество, в зависимости от размера бурящейся скважины. Такая конструкция позволяет легко заменять любое сломанное долото; а также, изменяя ширину двух внешних долот, можно точно регулировать диаметр бурящейся скважины по желанию. Когда используются четыре долота, два центральных делаются немного длиннее остальных, как показано на рис. 167, чтобы сформировать направляющее отверстие в качестве ориентира для буровой штанги. Поперечина G, такой же ширины, как инструмент, направляет его в отверстии в направлении, перпендикулярном инструменту; а в случае больших и длинных инструментов добавляется вторая поперечина выше, под прямым углом к первой и параллельно режущей кромке инструмента.

Рис. 170-173.

Если бы всей длине буровой штанги позволялось внезапно падать на дно большой скважины при каждом ходе, происходили бы частые поломки; поэтому оказалось необходимым предусмотреть отсоединение инструмента от буровой штанги в фиксированной точке каждого хода, и это привело к повсеместному принятию свободнопадающих инструментов. План г-на Дру по самодействующему свободнопадающему инструменту, освобождаемому реакцией, показан в боковом и фронтальном виде на рис. 170-173. Крюк H, прикрепленный к головке бурового инструмента D, скользит вертикально в коробке K, которая привинчена к нижнему концу буровой штанги; и крюк входит в зацепление с собачкой J, центрированной в стенках коробки K, благодаря чему инструмент поднимается при подъеме буровой штанги. Хвостовик собачки J упирается в наклонную плоскость L в верхней части коробки K; а два отверстия, несущие центральный штифт I собачки, сделаны овальными в вертикальном направлении, чтобы обеспечить небольшое вертикальное движение собачки. Когда буровая штанга достигает верхней точки хода, она внезапно останавливается хвостовым концом балансира B (рис. 159), ударяясь о деревянный буферный блок E; и вызванный этим толчок вызывает небольшой скачок собачки J в коробке K; хвостовик собачки при этом выбрасывается наружу наклонной плоскостью L, как показано на рис. 172, освобождая крюк H, и инструмент затем свободно падает на дно скважины, как показано на рис. 173. Когда буровая штанга снова опускается вслед за инструментом, собачка J снова входит в зацепление с крюком H, позволяя поднять инструмент для следующего удара, как на рис. 171.

Рис. 174-178.

Другая конструкция самодействующего свободнопадающего инструмента, освобождаемого отдельной разъединительной штангой, показана в боковом и фронтальном виде на рис. 174-178. Этот инструмент состоит из четырех основных частей: крюка H, собачки J, защелки I и разъединительной штанги M. Крюк H, несущий буровой инструмент D, скользит между двумя вертикальными стенками коробки K, которая привинчена к нижней части буровой штанги; и собачка J работает в том же пространстве на центральном штифте, закрепленном в коробке, так что инструмент переносится штангой, когда он зацеплен за собачку, как показано на рис. 175. В то же время защелка I на задней стороне собачки J фиксирует ее от расцепления с инструментом; но эта защелка центрирована в отдельном скользящем кольце N, образующем верхнюю часть разъединительной штанги M, которая свободно скользит вверх и вниз на фиксированном расстоянии по коробке K; и в своем самом нижнем положении кольцо N опирается на верхнюю из двух направляющих P P (рис. 174), через которые разъединительная штанга M скользит снаружи коробки K. При опускании буровой штанги разъединительная штанга M достигает дна скважины первой, как показано на рис. 174, 175, и, будучи затем остановленной, она предотвращает дальнейшее опускание защелки I; и наклонная задняя часть собачки J, соскальзывая мимо защелки, заставляет последнюю вытолкнуть собачку из крюка H, как показано на рис. 176, тем самым позволяя инструменту D свободно упасть и нанести удар. Высота падения инструмента всегда одинакова, определяясь только длиной разъединительной штанги M.

После того как удар нанесен, а буровая штанга продолжает опускаться на дно скважины, собачка J возвращается в свое исходное положение и снова входит в зацепление с крюком H, как показано на рис. 177, готовая к подъему инструмента при следующем ходе. При подъеме буровой штанги хвостовик собачки J при прохождении приподнимает защелку I, как показано на рис. 176, позволяя собачке пройти свободно; и защелка до того, как ее начинают поднимать, возвращается в исходное положение, показанное на рис. 177, где она запирает собачку J и предотвращает любой риск ее расцепления как при подъеме, так и при опускании инструмента в скважине.

Буровой инструмент, показанный на рис. 163, 164, который использовался для бурения скважины диаметром 19 дюймов, весит 3/4 тонны и освобождается реакцией с помощью устройства, показанного на рис. 170-173; и тот же способ освобождения был применен в первом случае к большему инструменту, показанному на рис. 166-169, использованному при проходке скважины диаметром 47 дюймов в Бют-о-Кай. Однако огромный вес последнего инструмента, достигающий 3 1/2 тонн, потребовал настолько сильного толчка для освобождения инструмента реакцией, что буровые штанги и остальная часть аппарата были бы повреждены при продолжении такого способа работы; и г-н Дру был вынужден разработать устройство разъединительной штанги для освобождения инструмента, как показано на рис. 174, 175. В этом случае поперечная направляющая G, закрепленная на инструменте, сделана с проушиной, через которую свободно проходит разъединительная штанга M. Однако для бурений малого диаметра разъединительная штанга не может заменить реакционную систему освобождения, так как последняя единственная способна работать в скважинах диаметром до 3 1/4 дюймов; и скважина не больше этого диаметра была успешно завершена г-ном Дру с помощью реакционного инструмента на глубину 750 футов.

Используемые буровые штанги бывают двух видов: из кованого железа и деревянные. Деревянные штанги, показанные на рис. 159, 179, используются для бурений большого диаметра, так как они обладают преимуществом большего сечения для жесткости без увеличения веса; а также при погружении в воду большая часть их веса вытесняется. Дерево для штанг требует тщательного отбора, и необходимо следить за тем, чтобы выбирать древесину из толстой части дерева, а не из верхушек. Во Франции, Лотарингии или Вогезах предпочтение отдается доскам.

Рис. 179.

Рис. 180-182.

Буровые штанги, будь то деревянные или железные, свинчиваются вместе либо с помощью цельных муфт, как на рис. 181, либо с помощью отдельных хомутов, как на рис. 180, 182. Отдельные хомуты предпочтительнее для этой цели, так как их легко ковать; а также потому, что, поскольку при соединении и разъединении штанг работает только одна половина хомута, в то время как другая половина зафиксирована, винтовая резьба изнашивается только на одном конце, и при замене хомута концами получается новая резьба, когда одна изношена, а изношенный конец затем намертво заклинивается в качестве фиксированного конца хомута.

Буровая штанга направляется в нижней части скважины фонарем R (рис. 159), показанным в большем масштабе на рис. 179, который состоит из четырех вертикальных железных стержней, изогнутых на обоих концах, где они закреплены подвижными муфтами на буровой штанге и зафиксированы гайкой сверху. Путем замены стержней размер фонаря легко регулируется под любой требуемый диаметр скважины, как показано пунктирными линиями. При подъеме или опускании буровой штанги отсоединяются или добавляются сразу две секции длиной около 30 футов каждая, а несколько более коротких штанг разной длины используются для получения точной требуемой длины. Соединительный винт S (рис. 158), с помощью которого буровая штанга соединяется с балансиром B, служит для завершения регулировки длины; он поворачивается поперечиной, а затем фиксируется поперечным штифтом через винт.

Рис. 183.

Рис. 184.

При обычной работе поломки буровой штанги обычно происходят в железе, и особенно в резьбовой части, так как это самая слабая часть. В случае поломок инструменты, обычно используемые для извлечения сломанных концов, представляют собой коническую резьбовую муфту, показанную на рис. 183, и «воронью лапу», показанную на рис. 184; муфта сделана с обычной V-образной резьбой для случаев, когда поломка происходит в железе; но имеет более острую резьбу, как у шурупа по дереву, при использовании там, где поломка произошла в одной из деревянных штанг. Чтобы определить форму сломанного конца, оставшегося в скважине, и его положение относительно центральной линии скважины, сначала опускается аналогичная коническая муфта, нижняя поверхность которой заполнена воском, чтобы получить оттиск сломанного конца и показать, какой размер резьбовой муфты следует использовать для его извлечения. Инструменты с захватами иногда используются при больших бурениях, так как не рекомендуется подвергать штанги скручиванию.

Когда буровой инструмент отделил достаточное количество материала, буровая штанга и инструмент вытягиваются с помощью каната O (рис. 158), наматываемого на барабан Q, который приводится в движение ремнями и зубчатой передачей от парового двигателя T. Затем желонка опускается в скважину на стальном канате U с другого барабана V и впоследствии снова вытягивается с извлеченным материалом. К барабану Q применен фрикционный тормоз для регулирования скорости опускания буровой штанги в скважину. Желонка, показанная на рис. 186, 187, состоит из клепаного железного цилиндра с ручкой сверху, которую можно либо привинтить к буровой штанге, либо прикрепить к стальному канату; дно закрыто большим клапаном, открывающимся внутрь. Используются две разные формы клапана: либо пара створчатых клапанов, как показано на рис. 186, либо одноконусный клапан (рис. 187); нижнее кольцо цилиндра, образующее седло клапана, выковано цельным и закалено на нижнем крае. При опускании этого цилиндра на дно скважины клапан открывается, и рыхлый материал входит в цилиндр, где удерживается закрытием клапана, пока желонка снова вытягивается на поверхность. При бурении через мел, как в случае глубоких скважин в Парижском бассейне, скважина сначала делается диаметром около половины окончательного на глубину от 60 до 90 футов, а затем расширяется до полного диаметра с помощью большего инструмента. Это делается для удобства работы; ибо если бы вся площадь обрабатывалась сразу, это потребовало бы дробления всех кремней в мелу; но, поместив желонку в опережающую скважину, кремни, которые отделяются во время работы второго большего инструмента, попадают в желонку и удаляются ею, не будучи раздробленными инструментом.

Рис. 185-187.

Сопротивление, испытываемое при бурении через различные пласты, различно; и некоторые проходимые породы настолько тверды, что при 12 000 ударов в день буровым инструментом весом почти 10 центнеров с высотой падения 19 дюймов скважина продвигалась всего на 3-4 дюйма в день. В противоположном случае встречались пласты плывуна, настолько влажные, что небольшого движения штанги на дне скважины было достаточно, чтобы песок поднялся на 30-40 футов в скважине. В этих случаях Дру принял китайский метод осуществления быстрой очистки с помощью желонки, закрываемой большим шаровым клапаном на дне, как показано на рис. 186, и подвешенной на канате, которому придается вертикальное движение; каждый раз, когда желонка падает на песок, часть его вдавливается в цилиндр и удерживается там шаровым клапаном.

Бурения большого диаметра для шахт или других стволов также проходятся с помощью того же типа буровых инструментов, только значительно увеличенных в размерах, доходящих до 14 футов в диаметре. Затем скважина облицовывается чугунными или железными трубами с целью сделать ее водонепроницаемой; и специальное приспособление, изобретенное Киндом и упомянутое на стр. 110, было принято для создания водонепроницаемого соединения между трубами и дном скважины или с другой частью труб, ранее опущенной вниз. Это делается с помощью сальника, показанного на рис. 188, который содержит набивку из мха в A A. Верхняя часть труб притягивается к нижней части затяжными винтами B B, чтобы сжать моховую набивку, когда веса недостаточно для этой цели. Пространство C оставлено между трубами и стенкой скважины, чтобы допустить проход фланца сальника, а также для заливки бетона для завершения операции. Моховая набивка опирается на нижний фланец D; но этот фланец иногда опускается. Соединение, таким образом, просто выполняется путем прижатия моховой набивки к стенкам скважины; и этот материал, будучи легко сжимаемым и не подверженным гниению под водой, как оказалось, создает очень удовлетворительное и долговечное соединение.

Рис. 188.

Г-н Дру заявляет, что реакционный инструмент успешно применялся для бурений диаметром до 4 футов, свидетельством чему является случай со скважиной в Бют-о-Кай диаметром 47 дюймов; но сверх этого размера он считает, что толчок, необходимый для освобождения большего и более тяжелого инструмента, вероятно, был бы настолько чрезмерным, что был бы вреден для буровых штанг и остальной части креплений; и поэтому он разработал устройство разъединительной штанги для освобождения инструмента при бурениях большого диаметра, благодаря чему исключался любой толчок на буровые штанги, и инструмент освобождался с полной уверенностью.

На практике необходимо, как и при обычном долоте, поворачивать буровой инструмент частично вокруг между каждым ходом, чтобы предотвратить его падение каждый раз в одно и то же положение на дне скважины; и это осуществлялось в скважине в Бют-о-Кай вручную на устье скважины с помощью длинного ручного рычага, закрепленного на буровой штанге приболченным зажимом, который поворачивался парой человек на часть оборота во время подъема инструмента. Поворот обычно производился только в правом направлении, чтобы избежать риска отвинчивания любого из резьбовых соединений буровых штанг; и принимались меры, чтобы дать буровой штанге пол-оборота, когда инструмент находился на дне, чтобы затянуть винтовые соединения, которые в противном случае могли бы расшататься. Однако в случае поломки, оставляющей значительную длину буровой штанги в скважине, иногда было необходимо иметь средства для отвинчивания соединений части, оставшейся в скважине, чтобы поднять ее по частям, а не всю сразу. В этом случае на каждом резьбовом соединении выше добавлялся стопорный зажим, закрепляемый болтами, как показано в C на рис. 180, во время сборки штанг для опускания их в скважину для извлечения сломанной части; и этим средством концы штанг предотвращались от отвинчивания в соединительных муфтах, когда штанги поворачивались назад для отвинчивания соединений в сломанной части на дне скважины.

Когда встречаются плывуны, принятый план состоит в использовании китайского шарового ковша или желонки (рис. 186), описанной для очистки дна скважины; и там, где слишком много песка, чтобы избавиться от него таким способом, трубу приходится опускать с поверхности, чтобы отсечь песок. Это, конечно, требует уменьшения диаметра скважины при прохождении через песок; но при достижении твердой породы под плывуном используется расширяющийся инструмент для продолжения скважины под трубами с тем же диаметром, что и выше, чтобы позволить трубам опускаться вместе со скважиной.

В случае встречи с поверхностью очень твердой породы под значительным наклоном к скважине г-н Дру использует инструмент, резцы которого закреплены по кругу по всему краю инструмента, вместо одной диаметральной линии; длина инструмента также значительно увеличена в таких случаях по сравнению с инструментами, используемыми для обычной работы, так что он направляется на длину до 20 футов. Он использует этот инструмент во всех случаях, когда по какой-либо причине скважина оказывается кривой, и даже преуспел этим средством в выпрямлении скважины, которая ранее была пробурена криво.

Режущее действие этого инструмента происходит по всему его краю; и поэтому при встрече с наклонной твердой поверхностью, так как на нижней стороне нечего резать, сила удара переносится только на верхнюю сторону, пока не будет осуществлен вход в твердую породу по прямой линии с верхней частью скважины.

Хотя в отношении диаметра, глубины и притока воды в благоприятных местностях были получены некоторые экстраординарные результаты с этой системой бурения штангами, приводимыми в действие паровой энергией, однако, как отмечает сам Дру, «в некоторых случаях его собственный опыт бурения заключался в том, что из-за трудностей, сопровождающих операцию, возникновение задержек из-за аварий было правилом, в то время как регулярная работа механизмов была исключением». Дальнейшим недостатком, который следует отметить, является то, что из-за времени и труда, затрачиваемых на подъем и опускание тяжелых штанг при бурениях диаметром 10 дюймов и выше, существует сильное побуждение держать буровой инструмент в работе гораздо дольше, чем это действительно необходимо для разрушения свежего материала при каждом ходе. Факт в том, что после того, как было нанесено от 100 до 200 ударов, буровой инструмент просто падает в накопившийся шлам и превращает его в пыль, больше не касаясь поверхности твердой породы. Поэтому можно легко понять, сколько времени полностью теряется из периодов от пяти до восьми часов, в течение которых при системе штанг инструменту позволяют продолжать работу.

Система Мэзера и Платта.

В самом современном методе бурения, принятом в Англии, вернулись к канату, используемому в китайской системе, вместо железных или деревянных штанг, используемых на континенте. Гибкий канат допускает обращение с большей легкостью, чем железные штанги, но лишен преимущества жесткости: в китайском методе он допускал извлечение долота или бадьи очень быстро, но не давал никакой уверенности в работе долота на дне скважины. Штанги, с другой стороны, позволяют наносить очень эффективный удар с определенным поворотным или винтовым движением между ударами в соответствии с требованиями пластов; но время и хлопоты по подъему тяжелых штанг с больших глубин при каждом случае смены бурения на очистку скважины образуют серьезный недостаток, который делает остановки занимающими на самом деле больше времени, чем сама работа механизмов.

Рис. 189.

Рис. 190, 191.

Метод, изобретенный Колином Мэзером и производимый компанией Mather and Platt из Олдема, широко используемый в Англии для глубокого бурения, по-видимому, сочетает в себе преимущества систем, использовавшихся до сих пор, и свободен от многих их недостатков. Отличительными чертами этого плана, который показан на рис. 189-195, являются способ придания ударного действия буровому инструменту, а также конструкция инструмента или буровой головки и желонки для очистки скважины после действия буровой головки. Вместо того чтобы эти инструменты крепились к штангам, они подвешены на плоском пеньковом канате толщиной около 1/2 дюйма и шириной 4 1/2 дюйма, такой как обычно используется на угольных шахтах; и буровой инструмент и желонка поднимаются и опускаются в скважине так же быстро, как бадьи и клети в шахтном стволе.

Рис. 192. БОЛЬШАЯ БУРОВАЯ МАШИНА. Продольный разрез.

Плоский канат A A (рис. 189), на котором подвешена буровая головка B, наматывается на большой барабан C, приводимый в действие паровым двигателем D с реверсивным движением, так что один человек может регулировать операцию с величайшей легкостью. Все рабочие части установлены в деревянной или железной раме E E, делая все это компактной и полной машиной. Покидая барабан C, канат проходит под направляющим роликом F, а затем через большой ролик G, установленный в вилке на вершине штока поршня вертикального парового цилиндра одностороннего действия.

Рис. 193. Большая буровая машина. Поперечный разрез.

Этот цилиндр, с помощью которого создается ударное действие буровой головки, показан в большем масштабе на вертикальных разрезах (рис. 192, 193); и в большем размере машины, показанной здесь, цилиндр оснащен поршнем диаметром 15 дюймов, имеющим тяжелый чугунный шток сечением 7 дюймов, который сделан с вилкой сверху, несущей фланцевый ролик G диаметром около 3 футов и достаточной ширины для прохождения плоского каната A. После того как буровая головка была опущена намоточным барабаном на дно скважины, канат надежно фиксируется на этой длине зажимом J; затем пар подается под поршень в цилиндр H через паровой клапан K, и буровой инструмент поднимается подъемом штока поршня и ролика G; а по прибытии в верхнюю точку хода открывается выпускной клапан L для выхода пара, позволяя штоку поршня и несущему ролику свободно падать вместе с буровым инструментом, который падает своим полным весом на дно скважины. Выпускное отверстие находится на 6 дюймов выше дна цилиндра, в то время как паровое отверстие расположено на дне; и таким образом в цилиндре всегда сохраняется упругая подушка пара такой толщины, на которую падает поршень, предотвращая удар поршня о дно цилиндра. Паровой и выпускной клапаны работают с самодействующим движением от кулачков M M, которые приводятся в действие движением штока поршня; и таким образом буровым инструментом наносится быстрая последовательность ударов по дну скважины. Поскольку необходимо, чтобы движение было придано поршню до того, как клапаны могут быть приведены в действие, небольшая струя пара N постоянно вдувается в дно цилиндра; это заставляет поршень двигаться медленно вначале, чтобы выбрать слабину каната и позволить ему принять вес буровой головки постепенно и без рывка. Рычаг, прикрепленный к штоку поршня, затем входит в контакт с кулачком, который открывает паровой клапан K, и поршень быстро поднимается к верхней точке хода; другой кулачок, приводимый в действие тем же рычагом, затем перекрывает пар, и выпускной клапан L открывается соответствующим устройством на противоположной стороне штока поршня, как показано на рис. 193. Путем смещения этих кулачков длина хода поршня может варьироваться от 1 до 8 футов в большой машине, в зависимости от материала, через который нужно бурить; а высота падения буровой головки на дно скважины вдвое превышает длину хода поршня. Падение буровой головки и поршня также может регулироваться нагруженным клапаном на выхлопной трубе, сдерживающим выход пара, чтобы заставить спуск происходить медленно или быстро, как может быть желательно.

Буровая головка B (рис. 189) показана в большем масштабе на рис. 194, 195 и состоит из стержня из кованого железа диаметром около 4 дюймов и длиной 8 футов, к нижней части которого прикреплен чугунный цилиндрический блок C. Этот блок имеет многочисленные квадратные отверстия, в которые вставляются долота или резцы D D с коническими хвостовиками, как показано на рис. 195, чтобы быть очень прочными при работе, но легко выниматься для ремонта и заточки. Два разных расположения резцов показаны на виде сбоку (рис. 194) и на плане (рис. 196). Немного выше блока C на стержне B закреплена другая цилиндрическая отливка E, которая действует просто как направляющая для поддержания стержня в вертикальном положении. Выше закреплена вторая направляющая F, но на ее окружности закреплены чугунные пластины, сделанные с ребрами пилообразной или храповой формы, цепляющимися только в одном направлении; эти ребра расположены под наклоном, как сегменты винтовой резьбы с очень большим шагом, так что, когда направляющая прижимается к неровным стенкам скважины при подъеме или опускании стержня, они помогают поворачивать его для того, чтобы резцы ударяли в новом месте при каждом ходе. Каждая вторая пластина имеет выступающие ребра, наклоненные в противоположном направлении, так что одна половина ребер действует на поворот стержня при подъеме, а другая половина — на поворот его в том же направлении при падении. Эти выступающие спиральные ребра просто помогают поворачивать стержень, а непосредственно над верхней направляющей F находится устройство, с помощью которого обеспечивается определенное вращение. Для достижения этой цели два чугунных кольца, G и H, намертво прикреплены шплинтами к верхней части стержня B и расположены на расстоянии около 12 дюймов друг от друга; верхняя грань нижнего кольца G сформирована с глубокими храповыми зубьями с шагом около 2 дюймов, а нижняя грань верхнего кольца H сформирована с аналогичными храповыми зубьями, установленными точно на одной линии с зубьями на нижнем кольце. Между этими кольцами и свободно скользящей по шейке буровой штанги B находится глубокая втулка J, которая также сформирована с соответствующими храповыми зубьями на обеих своих верхней и нижней гранях; но зубья на верхней грани установлены на ползуба впереди тех, что на нижней грани, так что перпендикулярная сторона каждого зуба на верхней грани втулки находится прямо над центром наклонной стороны зуба на нижней грани. К этой втулке прикреплена дуга K из кованого железа, за которую вся буровая штанга подвешена с помощью крюка и скобы O (рис. 192) к концу плоского каната A. Вращательное движение стержня получается следующим образом: когда буровой инструмент падает и наносит удар, подъемная втулка J, которая во время подъема была в зацеплении с храповыми зубьями верхнего кольца H, падает на зубья нижнего кольца G и тем самым получает поворот назад на расстояние ползуба; и при начале подъема снова втулка, поднимаясь против храповых зубьев верхнего кольца H, получает дальнейший поворот назад на ползуба. Плоский канат таким образом скручивается назад на величину одного зуба храповика; и во время подъема инструмента он снова раскручивается, тем самым вращая буровой инструмент вперед на эту величину скручивания между каждым последующим ударом инструмента. Величина вращения может варьироваться путем изготовления храповых зубьев с более крупным или мелким шагом. Движение полностью самодействующее, и вращательное движение бурового инструмента обеспечивается с механической точностью. Это простое и наиболее эффективное действие, происходящее при каждом ударе инструмента, производит постоянное изменение положения резцов, тем самым увеличивая их эффект при разрушении породы.

Буровая головка. Рис. 194-196.

Рис. 197, 198.

Желонка для подъема материала, разрушенного буровой головкой, показана на рис. 197, 198 и состоит из цилиндрического корпуса или ствола P из чугуна длиной около 8 футов и немного меньшего диаметра, чем размер скважины. На дне находится клапан A, открывающийся вверх, несколько похожий на клапан в обычных насосах; но его седло, вместо того чтобы быть прикрепленным к цилиндру P, находится в кольцевой раме C, которая удерживается против дна цилиндра штангой D, проходящей вверх к мостику E из кованого железа наверху, где она закреплена шплинтом F. Внутри цилиндра работает поршень B, похожий на поршень обычного подъемного насоса, имеющий резиновый дисковый клапан на верхней стороне; и штанга D нижнего клапана свободно проходит через поршень. Штанга G самого поршня сформирована как длинное звено цепи, и за это звено насос подвешен к скобе O (рис. 192) на конце плоского каната, причем мостик E (рис. 197) предотвращает вытягивание поршня из цилиндра. Нижний клапан A сделан с резиновым диском, который открывается достаточно, чтобы позволить воде и мелким частицам камня войти в цилиндр; и чтобы позволить кускам разрушенной породы быть поднятыми как можно большими, весь клапан может свободно подниматься целиком примерно на 6 дюймов от кольцевой рамы C, как показано на рис. 197, тем самым предоставляя достаточно места для входа крупных кусков породы в цилиндр, когда они втягиваются при ходе поршня вверх.

Общий принцип работы буровой машины заключается в следующем. Наматывающий барабан C (рис. 189) в большой машине имеет диаметр 10 футов и способен вместить 3000 футов каната шириной 4 1/2 дюйма и толщиной 1/2 дюйма. Когда буровой снаряд B зацепляется за скобу на конце каната A, его вес вращает барабан и подъемную машину, и с помощью тормоза он плавно опускается на дно скважины; затем канат фиксируется на этой длине путем плотного затягивания зажима J. После этого включается небольшая паровая струя N (рис. 192, 193) для запуска ударного цилиндра H; буровой снаряд продолжает работать непрерывно, пока не раздробит достаточное количество породы на дне скважины. Зажим J, удерживающий канат, снабжен ползуном и винтом I (рис. 192), с помощью которых можно постепенно выдавать больше каната по мере углубления бурового снаряда в скважину. Чтобы увеличить ход бурового снаряда или компенсировать упругое растяжение каната, которое, как установлено, составляет 1 дюйм на каждые 100 футов длины, необходимо просто поднять верхнюю пару кулачков на кулачковых штангах во время работы ударного механизма. Когда буровой снаряд проработал достаточно долго, подача пара в ударный цилиндр прекращается, канат освобождается от зажима, включается подъемная машина, и буровой снаряд поднимается на поверхность, где он подвешивается к верхней подвесной балке Q (рис. 189) с помощью крюка, установленного на ролике, для отвода бурового снаряда в сторону, в сторону от скважины.

Затем желонка опускается в скважину на канате, и шлам вычерпывается в нее путем опускания и подъема бадьи примерно три раза на дне скважины, что легко осуществляется с помощью реверсивного механизма подъемной машины. Затем насос поднимается на поверхность и опорожняется с помощью следующего очень простого устройства: он подвешивается на передвижном крюке к верхней подвесной балке Q (рис. 189) и устанавливается перпендикулярно над небольшим столом E в резервуаре для отходов T; стол поднимается винтом S до тех пор, пока не примет на себя вес насоса. Шплинт F (рис. 197), удерживающий седло клапана C в нижней части насоса, выбивается; при опускании стола с помощью винта все седло клапана C опускается вместе с ним, как показано на рис. 198, и содержимое насоса вымывается потоком воды, находящейся в цилиндре насоса. Затем стол снова поднимается винтом, возвращая седло клапана в надлежащее положение, в котором оно закрепляется путем забивания шплинта F в паз в верхней части; насос снова готов к опусканию в скважину, как и прежде. Иногда для удаления всего материала, раздробленного буровым снарядом за одну операцию, требуется опорожнять и опускать насос три или четыре раза.

Скорость, с которой могут выполняться эти операции, согласно опыту эксплуатации машины, такова. Буровой снаряд опускается со скоростью 500 футов в минуту. Ударный механизм совершает двадцать четыре удара в минуту; такой режим работы в течение примерно десяти минут в красном песчанике и аналогичных пластах достаточен для того, чтобы резцы углубились примерно на 6 дюймов, после чего буровой снаряд снова поднимается со скоростью 300 футов в минуту. Желонка опускается и поднимается с той же скоростью, но остается внизу всего около двух минут; опорожнение насоса после подъема занимает около двух или трех минут.

Рис. 199-204.

При конструировании этой машины видно, что главная задача любого бурения скважин была принята во внимание, а именно: бурение скважин большого диаметра на большую глубину с быстротой и безопасностью. Цель состоит в том, чтобы постоянно держать либо буровой снаряд, либо желонку в работе на дне скважины, где и должна выполняться основная работа; терять как можно меньше времени на подъем, опускание и смену инструментов; ускорять все операции на поверхности; и экономить ручной труд во всех отношениях. С этой машиной один человек, стоящий на платформе сбоку от ударного цилиндра, выполняет все операции по подъему и опусканию с помощью подъемной машины, смене бурового снаряда и желонки, регулировке ударного действия и зажиму или разжиму каната: все рукоятки для различных паровых клапанов находятся под рукой, а тормоз для опускания приводится в действие ногой. Два рабочих занимаются сменой резцов и очисткой насоса. Запасные буровые снаряды и насосы подвешены к верхней подвесной балке Q (рис. 189) и готовы к использованию, что позволяет избежать задержек при необходимости любой замены.

Как хорошо известно тем, кто руководит такими операциями, при бурении скважин возникают бесчисленные аварии и остановки по причинам, которые невозможно предотвратить, как бы бдительно и умело ни велись работы. Перемежающиеся твердые и мягкие пласты, сильно наклоненные породы, плывуны, а также трещины и разломы являются плодотворными источниками неприятностей и задержек, а иногда и полной неудачи; поэтому будет интересно рассмотреть некоторые из обычных трудностей, возникающих в этих обстоятельствах. Во всех скважинах, выполненных по этой системе, различные специальные инструменты, используемые в любых случаях аварий или сложных пластов, полностью показаны на рис. с 199 по 207.

Рис. 205-207.

Буровой снаряд во время работы может внезапно заклинить либо при попадании в трещину, либо в результате падения на него обломков породы из рыхлых пластов выше. Тогда на канат подается максимально возможное натяжение либо ударным цилиндром, либо подъемной машиной; и если канат старый или гнилой, он рвется, оставляя, возможно, длинный кусок в скважине. Когтевой грейфер, показанный на рис. 199, затем прикрепляется к канату, оставшемуся на наматывающем барабане, и опускается до тех пор, пока он не ляжет на ослабленный оборванный канат в скважине. Грейфер выполнен с тремя когтями A A, центрированными в цилиндрическом блоке B, который скользит вертикально внутри корпуса C, причем хвостовые концы когтей входят в наклонные пазы D в корпусе. Во время опускания грейфера когти остаются открытыми, так как триггер E удерживается в положении, показанном на рис. 199, длинным звеном F, которое подвешивает грейфер к верхнему канату. Но как только грейфер ложится на оборванный канат внизу, подвесное звено F, продолжая опускаться, позволяет триггеру E выпасть из него; и тогда при подъеме грейфер поднимается только за дужку G внутреннего блока B, и весь вес внешнего корпуса C давит на наклонные хвостовые концы когтей A, заставляя их плотно сомкнуться на оборванном канате и надежно захватить его. Когти делаются либо крючкообразными на концах, либо зубчатыми. Затем грейфер подтягивается настолько, чтобы натянуть оборванный канат, и опускаются кованые железные штанги сечением 1 дюйм с крюками на конце, чтобы захватить дужку бурового снаряда, что легко выполняется. Два мощных винтовых домкрата применяются к штангам на поверхности с помощью стремянки, показанной на рис. 201, в которую поперечный штифт H вставляется в любую пару отверстий, чтобы соответствовать высоте винтовых домкратов.

Если буровой снаряд не поддается быстро этим усилиям, попытка извлечь его прекращается, и его убирают с пути, разбивая на куски. Для этой цели оборванный канат в скважине сначала должен быть удален, поэтому его захватывают острым крюком и натягивают в скважине, в то время как режущий грейфер, показанный на рис. 200, надевается на него и опускается на штангах на дно. Этот инструмент выполнен с парой острых режущих челюстей или ножей I I, открывающихся вверх, которые при опускании свободно проходят по канату; но когда штанги поднимаются с большой силой, челюсти, зажимая канат между собой, перерезают его, и он таким образом полностью удаляется из скважины. Затем опускается цельный кованый железный разбивной брус (рис. 203), который весит около тонны, и с помощью ударного цилиндра его заставляют долбить буровой снаряд до тех пор, пока последний либо не будет выбит в сторону скважины, либо не будет разбит на такие фрагменты, что, частично с помощью желонки, а частично с помощью грейферов, все препятствие будет удалено. Затем бурение продолжается снова, так же, как и до аварии.

Такая же неприятность может случиться с желонкой, заклинившей в скважине, как показано на рис. 208; и тогда применяются те же средства для устранения препятствия. Опыт показал опасность приложения к канату большего натяжения, чем может создать ударный цилиндр; поэтому обычно опускают грейферные штанги сразу же, если буровой снаряд или насос застревает, избегая тем самым риска разрыва каната.