Что такое желонка в бурении

Желонка – это специализированный инструмент, используемый при бурении скважин для извлечения шлама, воды, песка, глины и других рыхлых материалов со дна буровой колонны. Конструкция представляет собой цилиндрический корпус с обратным клапаном, который позволяет эффективно захватывать и удерживать буровой шлам. Применяется как в механическом, так и в ручном бурении, особенно в условиях отсутствия циркуляционной системы.

Наибольшую эффективность желонка демонстрирует при бурении в водонасыщенных или песчаных грунтах, где стандартные методы очистки скважины оказываются неэффективны. При глубине до 25 метров и диаметре скважины от 100 до 250 мм желонка обеспечивает высокую степень очистки, что критично для дальнейших этапов обустройства скважины. При этом масса инструмента и тип клапана подбираются с учётом плотности породы и вязкости извлекаемой массы.

Рекомендуется использовать желонку с шариковым клапаном при работе в жидких и слабо удерживаемых породах. Для более вязких и плотных грунтов подходит поршневая модификация. Оптимальная длина корпуса – от 800 до 1200 мм, что обеспечивает достаточный объём загрузки без перегрузки оператора. Перед погружением желонку следует заполнять водой для увеличения массы и повышения эффективности забора шлама при первом ударе.

Применение желонки требует точного расчёта частоты и силы ударов: чрезмерная нагрузка разрушает стенки скважины, а недостаточная – снижает производительность. После извлечения желонку необходимо промыть и проверить целостность клапана. Регулярное техническое обслуживание инструмента напрямую влияет на его срок службы и эффективность бурения.

Конструкция желонки: из чего состоит и как работает

Корпус изготавливается из стальной трубы диаметром 80–200 мм и длиной до 2 м. Толщина стенки подбирается в зависимости от агрессивности среды и предполагаемой нагрузки. Нижняя часть корпуса оснащена режущей кромкой или клапанным механизмом.

Клапан – ключевой элемент, обеспечивающий захват и удержание грунта. В большинстве случаев используется шаровой, лепестковый или поршневой тип. Шаровой клапан представляет собой стальной шар, свободно перекрывающий выпускное отверстие при подъеме желонки. Поршневой вариант работает за счёт обратного давления, создаваемого при погружении в разжиженный грунт.

Пятка может быть плоской, конической или снабжена зубьями. Выбор формы зависит от плотности разрабатываемого материала. Для вязких и тяжёлых грунтов эффективны пятки с твердосплавными вставками, повышающими износостойкость.

Проушина или серьга в верхней части корпуса служит для крепления троса или штанги. Она должна выдерживать динамические нагрузки при многократных ударах и поднятии наполненной желонки.

Принцип работы основан на свободном падении желонки в скважину. При ударе об дно происходит захват материала через нижнее отверстие. Клапан автоматически закрывается, удерживая грунт внутри корпуса. Далее снаряд извлекается на поверхность и опорожняется путём переворота или открытия клапана.

Для эффективной работы желонки важны плотная посадка клапана, чистота внутренних поверхностей и регулярная проверка состояния пятки.

Разновидности желонок и выбор подходящего типа для задач бурения

Желонки классифицируются по конструкции, способу захвата шлама и типу клапанного механизма. Правильный выбор зависит от характеристик грунта, глубины скважины и требуемой производительности.

• Желонки с шариковым клапаном – применяются для работы с тонкодисперсными грунтами и глинистыми растворами. Простая конструкция обеспечивает надежную герметизацию при извлечении шлама, но плохо справляется с крупными включениями.
• Желонки с тарельчатым клапаном – подходят для песчаных и слабосвязанных грунтов. Клапан быстро реагирует на перепады давления, позволяя эффективно удерживать рыхлый материал.
• Поршневые желонки – используются в плотных и водонасыщенных слоях. Благодаря возвратно-поступательному движению поршня создается разрежение, способствующее втягиванию шлама в корпус. Эффективны на глубине до 30 м.
• Ударные желонки – применимы в случае наличия гравийных и щебенистых включений. Масса инструмента и инерция удара обеспечивают проникновение в твердые фракции и их захват.
• Желонки с обратным клапаном – рекомендуются при бурении в условиях постоянного водопритока. Клапан препятствует вытеканию содержимого при подъеме, снижая потери материала.

При выборе желонки учитывают:

1. Гранулометрический состав грунта. Для песков – тарельчатый клапан, для глин – шариковый, для твердых включений – ударная конструкция.
2. Глубину бурения. Поршневые и обратноклапанные модели обеспечивают стабильный захват на значительной глубине.
3. Производительность. Чем больше диаметр и объем корпуса, тем выше скорость подъема шлама, но возрастает нагрузка на подъемное оборудование.
4. Наличие водоносных горизонтов. При высоком уровне воды предпочтительнее модели с обратным клапаном.

Подготовка желонки к работе: проверка, сборка и осмотр

Перед началом буровых работ желонка подлежит тщательной проверке на наличие повреждений, износа и загрязнений. Особое внимание уделяется запорному клапану: он должен свободно перемещаться и плотно прилегать к седлу. При наличии деформаций клапана или загрязнений седла эффективность захвата шлама резко снижается.

Проверяется целостность корпуса: отсутствие трещин, сколов, следов коррозии. Допустимый износ стенок корпуса не должен превышать 10% от исходной толщины. Осматриваются резьбовые соединения – резьба должна быть чистой, без заусенцев и следов износа. Допуск на износ витков – не более 1 мм по высоте. При превышении рекомендуется заменить элемент или произвести восстановление нарезки.

Сборка осуществляется в следующей последовательности:

1. Устанавливается клапан внутрь корпуса, проверяется его посадка.
2. Фиксируется стопорное кольцо или резьбовая крышка (в зависимости от конструкции).
3. Производится установка подвесного устройства – петли, рым-болта или серьги.

Все соединения затягиваются динамометрическим ключом с усилием, соответствующим типу резьбы. Контрольный момент затяжки указывается в техническом паспорте изделия. После сборки выполняется пробный спуск желонки в емкость с водой на глубину не менее одного метра. Проверяется герметичность клапана: при поднятии инструмент должен удерживать воду не менее 10 секунд без утечки.

Ниже приведены контрольные параметры осмотра:

После завершения проверки и сборки инструмент промывается, просушивается и подготавливается к транспортировке к буровой установке. Хранение допускается только в вертикальном положении во избежание деформации клапана.

Порядок применения желонки при бурении скважин малой и средней глубины

Перед началом работы желонку проверяют на отсутствие деформаций, повреждений корпуса и исправность запорного клапана. Диаметр инструмента должен соответствовать диаметру скважины с зазором 5–10 мм для свободного прохождения и предотвращения заклинивания.

Бурение начинают с установки обсадной трубы, если предполагается нестабильный грунт. Желонку опускают в скважину на канате или буровой штанге. После достижения дна производится резкое опускание инструмента, при котором отбойный груз обеспечивает проникновение корпуса в грунт.

После наполнения корпуса желонку поднимают. Содержимое удаляют через нижний клапан, открывая его вручную или при помощи удара об приёмный лоток. При плотных грунтах рекомендуется предварительное рыхление желонкой с зубчатым торцом или применение ударного способа с частым подъёмом и сбросом инструмента.

Работу повторяют до достижения проектной глубины. При накоплении воды в скважине используют герметичную желонку с клапаном обратного действия. После завершения бурения проводят очистку желонки от остатков грунта, промывают и осматривают на предмет износа перед следующей эксплуатацией.

Использование желонки для извлечения пульпы, шлама и воды

Желонка применяется при бурении для оперативного удаления пульпы, шлама и воды из скважины, особенно в условиях нестабильного грунта или при бурении в водонасыщенных слоях. Эффективность извлечения зависит от конструкции желонки, плотности затвора и техники опускания.

Для удаления пульпы используется желонка с обратным клапаном, предотвращающим выливание материала при подъёме. Оптимальный диаметр устройства – на 10–20 мм меньше диаметра скважины, что обеспечивает прохождение без заклинивания и максимальный захват суспензии. Перед погружением желонку желательно смачивать внутри, чтобы снизить прилипание пульпы к стенкам.

При работе с шламом важно учитывать его вязкость. Для тяжёлых фракций применяют желонки с утяжелённым корпусом или нижним ножевым краем, позволяющим проникать в плотный осадок. Подъём следует производить после 2–3 ударов об дно скважины для обеспечения полного заполнения.

Удаление воды требует частой очистки, особенно при притоке. В этом случае рекомендуется использовать желонку с быстросбрасываемым клапаном для ускоренного цикла извлечения. После каждого подъёма необходимо проверять герметичность затвора: малейшая утечка снижает объём захватываемой жидкости.

Эффективность работы повышается при соблюдении ритмичного цикла: опускание, захват, подъём, опорожнение. При бурении с нестабильной стенкой рекомендуется использовать желонку каждые 1–1,5 метра проходки для предотвращения обрушений и засорения.

Работа с желонкой в условиях нестабильного грунта

При работе с желонкой в нестабильных грунтах критично контролировать частоту и силу подъема инструмента, чтобы предотвратить осыпание стенок скважины. Рекомендуется уменьшить скорость подъема до 0,3–0,5 м/с и ограничить количество циклов выемки грунта за один проход до трех. Это снижает вибрационное воздействие и минимизирует размыв.

Для повышения устойчивости рекомендуется использовать желонки с увеличенным диаметром и дополнительными направляющими элементами, которые уменьшают вероятность бокового смещения и сдвига породы. При глубине более 15 м целесообразно применять систему стабилизации желонки с промежуточными фиксирующими устройствами на обсадной трубе.

В случае плывунов и сыпучих слоев обязательна регулярная очистка желонки от застрявших фрагментов с помощью обратной продувки сжатым воздухом или промывочной жидкостью. Недопустимо допускать скопление грунта, вызывающее заедание и повышенное давление на стенки скважины.

Оптимальная глубина выемки за один цикл должна составлять не более 1,2 м, что обеспечивает равномерное удаление грунта и уменьшает вероятность обрушения. Контроль объема извлекаемого грунта проводят с помощью прецизионных измерительных систем на буровой установке.

При значительных колебаниях уровня грунтовых вод применяют герметизацию обсадных труб в зоне воздействия с помощью уплотнительных манжет, что предотвращает фильтрацию и разжижение стенок скважины в процессе бурения.

Регулярное обслуживание и очистка желонки для продления срока службы

Эффективность желонки напрямую зависит от её технического состояния. Регулярное обслуживание снижает риск поломок и сохраняет рабочие характеристики инструмента.

• После каждого цикла бурения следует немедленно очищать желонку от грунта и шлама с помощью струи воды под давлением не менее 10 бар.
• Для удаления застрявших частиц применяют металлическую щетку с твёрдостью, не превышающей материал желонки, чтобы избежать повреждений режущих кромок.
• Осматривайте режущие кромки на предмет сколов и износа не реже чем через каждые 10 циклов, своевременно производите заточку или замену насадок.
• Смазывайте подвижные соединения специальным антикоррозийным составом, устойчивым к агрессивным средам, не реже одного раза в неделю при интенсивной эксплуатации.
• Проводите полное разборочное обслуживание не реже одного раза в месяц для проверки внутреннего состояния корпуса и устранения отложений внутри.

Соблюдение этих процедур снижает вероятность повреждений корпуса и режущих элементов, увеличивая ресурс желонки минимум на 30%. Несвоевременная очистка приводит к ухудшению проходимости и увеличению нагрузки на бурильную систему.

Распространённые ошибки при работе с желонкой и способы их избежать

Одна из частых ошибок – неправильный выбор типа желонки для конкретных геологических условий. Например, использование стальной желонки в рыхлых песчаных породах приводит к её быстрому износу и снижению эффективности извлечения. Рекомендуется предварительно оценить структуру пород и подобрать желонку с соответствующим режущим элементом и конструкцией.

Недостаточная глубина погружения желонки также снижает качество отбора керна и увеличивает время бурения. Для предотвращения этого необходимо контролировать глубину опускания и использовать маркеры на тросе, обеспечивающие точное позиционирование.

Неправильная скорость подъёма желонки вызывает смещение проб грунта и повреждение образца. Оптимальная скорость подъёма варьируется в зависимости от типа породы: для глин – 0,2–0,5 м/мин, для песков – 0,1–0,3 м/мин. Соблюдение этих параметров минимизирует деградацию материала и искажения данных.

Отсутствие своевременного технического обслуживания приводит к коррозии и поломкам деталей. Регулярная проверка состояния уплотнителей, смазка подвижных частей и очистка желонки от остатков породы продлевают срок службы оборудования и повышают качество отбора проб.

Игнорирование правильного натяжения каната вызывает вибрации и ускоренный износ элементов. Для оптимизации нагрузки рекомендуется использовать динамометрические устройства и регулировать силу натяжения в соответствии с нормативными значениями.

Невнимательное обращение с выборкой после подъёма – например, неправильное хранение образцов без герметичной упаковки – приводит к потере влаги и изменению структуры грунта. Образцы следует немедленно упаковывать в специально подготовленные контейнеры и хранить при контролируемых условиях.

Вопрос-ответ:

Что такое желонка и для чего она применяется в бурении?

Желонка — это инструмент, используемый для извлечения сгустков породы, шлама и других материалов со дна скважины. Она помогает очистить скважину от осадков и обеспечивает более точное проведение дальнейших работ, например, при углублении или расширении ствола.

Какие существуют типы желонок и в каких случаях применяется каждый из них?

Существует несколько основных видов желонок: пневматические, гидравлические, штанговые и канатные. Пневматические применяют для подъёма мелких частиц с помощью воздуха, гидравлические используют поток жидкости для выноса шлама, штанговые желонки управляются вручную и подходят для малых глубин, а канатные — для более глубоких скважин и тяжёлых пород.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании желонки и как их избежать?

Основные сложности связаны с забиванием инструмента, потерей герметичности и неправильным выбором типа желонки. Чтобы снизить риски, необходимо точно оценивать свойства породы и состояние скважины, регулярно контролировать работу инструмента, а также правильно подбирать конструкцию желонки под конкретные условия работы.

Как желонка влияет на скорость и качество бурения скважины?

Использование желонки способствует ускорению процесса очистки скважины от осадков, что уменьшает простой оборудования и предотвращает осложнения при спуске и подъёме бурового инструмента. Благодаря этому бурение проходит более гладко, а качество скважины повышается, поскольку уменьшается риск обвалов и засоров, способных привести к повреждениям.