Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера. В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.

Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону. Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.

Технология шнекового бурения

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 — 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 — 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы

Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 — 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º. При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно. К достоинствам шнекового бурения относят:

• грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
• высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
• нет необходимости делать промывку ствола скважины;
• компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
• нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек — идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах. Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин — необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.

Технология колонкового бурения скважин

Технология такого процесса подразумевает использования нескольких типов оборудования. Их отличие составляет в потенциальной мощности и типе передвижного кузова. Например, передвижной гусеничный транспорт с установленной системой будет иметь преимущество на участках с мягкой породой.

Процесс промывки самой коронки, что предотвращает ее нагревание, обеспечивается водой или раствором из глины. Обычно, возле самой буровой установки и насоса установлен отдельный небольшой резервуар для хранения промывочной жидкости.

Такая технология в данном случае ведется при помощи колонковой трубы, коронки и буровой трубы, что проходит через весь участок породы. Сальник на поверхности приводит в действие механизм промывки системы.

Бурение колонковым способом требует наличия определенного списка оборудования:

1. Снаряды колонковые. Они существуют двух основных типов: с тонкими простенками и стандартные. Первые применяются для горизонтального бурения любых типов пород, в то время как вторые – для вертикального и незначительного уклона при горизонтальном создании скважин.
2. Колонковое бурение подразумевает наличие обсадной трубы, диаметр которой определяется габаритами самой коронки. Она эксплуатируется для сохранности боковых простенков.
3. Сальники, что используются для промывки всего механизма бурения.
4. Технология бурения твердых или рыхлых пород часто не обходится без наличия коронок с алмазными наконечниками.

Колонковое бурение скважин  начинается с этапа формирования площадки. Для этого устанавливается насосное оборудование, которое будет проводить этап создания нефтяных или других типов скважин. Рядом с наносом рациональнее сформировать соответствующую яму для закачки промывочной жидкости. Такой способ позволит не использовать дополнительно резервуар с водой или глиняным раствором.

Колонковое создание скважин  может требовать замены основной коронки прямо во время бурения. Для этого трубу вынимают и производят быстрый монтаж новой коронки. Дополнительные остановки могут потребоваться, когда керн заполнит всю буровую трубу (специальный желонок). После этого его также извлекают и по нему определяют уровень пробуренной глубины.

Колонковое создание нефтяных скважин может проводиться, как с водянистой промывкой, так и со специальным указанным выше глиняным раствором. В некоторых случаях возможно применение воздуха под высоким давлением. Однако это актуально в том случае, если сама порода на любой из глубин не содержит воды. Технология применения глиняного раствора актуальна для пород, которые имеют мягкую структуру, и существует риск их преждевременного обвала.

Также может применяться и другой способ укрепления – обсадочный трубы. Они также указывались выше. Дело в том, что существуют слишком мягкие породы и участки на больших глубинах, промытые проточным течением вод. Чтобы избежать риска их обвала, используется установка стальной трубы по контуру (или трубы из другого материала, имеющего устойчивые характеристики к механическому, химическому воздействию). Бурение нефтяных скважин подразумевает применение любой технологии, описанной выше, исходя из геологических требований.

Также колонковый метод может проводиться «на сухую», без применения жидкости или глиняного раствора для промывки породы. Это исключает необходимость подключения насосной станции и применения резервуара с водой, но замедляет процесс создания нефтяных и других скважин за счет быстрого износа коронки.

Способы самостоятельного бурения

На сегодняшний день мастерами-самоучками на дому разработано несколько способов бурения скважин на воду вручную. Рассмотрим самые действенные из них.

Ручной шнековый метод

К способам самостоятельного бурения относят бурение шнеком, которое пользуется популярностью за счет доступности выполнения. Благодаря шнеку удается пробурить неглубокую скважину (до 40 м), воды из которой хватит на целый дом.

Шнековое бурение скважин основано на применении винтообразного стержня (шнека), на который крепятся стальные лопасти с буровым наконечником. Рабочие внедряют шнек в почву подобно штопору. Постепенно углубляясь, винтообразный стержень разрушает многочисленные почвенные горизонты. Отработанная земля выносится наверх металлическими лопастями.

Различают следующие разновидности шнеков:

• конструкции с углом от 30 до 60 градусов;
• стержни с режущими лопастями.

Первый вид шнеков удобнее для использования, так как лопасти с меньшим углом препятствуют опаданию измельченного грунта. В результате не происходит засорения скважины.

Работа малогабаритных шнековых конструкций схожа с работой ручного бура, но в движение их приводит электродвигатель.

Технология колонкового бурения

Колонковая технология бурения скважины отличается быстротой выполнения работ. Благодаря специальному оборудованию (похожему на трубу с колонкой) удается пробурить не один метр почвенного горизонта. 16-ти сантиметровая в диаметре труба способна быстро внедряться внутрь, подтягивая за собой специальный шланг.

Верх такой трубы имеет узел крепления, на который в процессе погружения наращивают полутораметровые штанги. Поэтапно наращивая технологическую колонну, получают необходимой глубины скважину.

Прочный металлический сплав составляет основу коронки с заточенными краями для резки плотных вкраплений. В зависимости от физико-механического состава почвенного слоя выбирают соответствующие размеры и формы коронок. При вращении трубы в почве формируется небольшое отверстие.

Долото помогает разбить на осколки структуру сверхтвердых скальных пород, после чего погружают трубу с коронкой.

Установка после бурения скважины колонковым способом обсадных труб укрепляет стенки конструкции. Чтобы не допустить поломки прибора, систематически глиняным раствором либо чистой водой заполняют снаряд.

Далее показано, какие инструменты понадобятся для колонкового бурения скважины под воду:

Ударно-канатный способ

Ударно-канатный метод основан на разбивании грунта за счет тяжелого бурового прибора, опущенного с высоты в 200 м. При этом следует использовать специальный буровой инструмент, включающий в себя:

• трос с забивным стаканом;
• лебедку, прикрепленную к другому краю троса;
• треногу.

Благодаря лебедке уменьшается прилагаемая сила, а редуктор с мотором позволяет автоматизировать всю работу. Основу забивного стакана составляет металлическая труба с заточенной кромкой для резки. Такая установка разбивает породы любой твердости. Желонка помогает извлекать рыхлые породы при бурении водоскважины.

Канатно-ударное бурение выглядит как разбивание специальным инструментом почвенного горизонта с удалением режущей желонкой захваченного хлама. Последний поднимается на поверхность. После освобождения стакана от хлама начинают очищать снаряд желонку.

Алгоритм работы выглядит так:

1. Копка ямы (1×1 м) глубиной около 0,5 м.
2. Установка в ее центре садового бура с последующим его заглублением до появления влажного песка.
3. Установка на его место конструкции с обсадными трубами с последующим фиксированием ее в почве кувалдой.
4. Извлечение желонкой обрушенной обсадки.
5. Наращивание обсадной трубы соответствующими отрезками с последующим их свинчиванием.

За несколькими ударами на поверхность обязательно поднимают желонку либо стакан для очищения их от грунта. Далее можно увидеть, как происходит бурение скважины под воду ударно-канатным методом:

Ударно-вращательный метод

Бурение скважины данным методом основано на использовании инструмента, способного одновременно выполнять вращение и удары. Благодаря этому работа протекает быстрее и в течение короткого времени удается обустроить необходимое гидротехническое сооружение. Особенно эффективна установка при неоднородности геологии.

Бурение ударно-вращательным методом возможно с задействованием треноги, благодаря которой погружение и извлечение бура происходит быстрее. Методика незаменима на рыхлых почвенных горизонтах, а также при извлечении глинистых включений – суглинков с супесями.

Технология проведения работ и оборудование

Известны два метода использования колонкового бура: работа с подачей жидкости на забой или на сухую, то есть без бурового раствора.

Бурение без использования бурового раствора применяется в случае, если несвязные грунты пропитаны естественной влагой в достаточном для проходки и извлечения количестве. Воду также не подают в ствол выработки при проходке по текучепластичным, мягкопластичным и тугоппластичным суглинкам/глинам, твердым и пластичным супесям.

Жидкость в обязательном порядке применяют при разбуривании скальных и полускальных горных пород. При отсутствии воды в этом случае углубление происходит значительно медленнее. Помимо этого существенно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя коронки, в связи с чем бурение на сухую считается более затратным.

При бурении с буровым раствором скорость углубления существенно возрастает. Чаще всего данный способ применяется при бурении скважин значительной глубины. Это позволяет выполнить работы в кратчайшие сроки с минимальным риском повреждения коронки.

Еще воду под высоким напором подают на забой в процессе разработки скважины в рыхлых несвязных грунтах, если отбор керна не является задачей. Струей воды в данном случае просто промывают забой, освобождая ствол выработки от разрушенного грунта.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.

Что это такое?

Характерной особенностью данного способа является извлекаемый на поверхность керн. Он представляет собой столб материала цилиндрической формы, который отбирается на пробу и транспортируется на поверхность при помощи подъемника шнекового типа. Пласты видны в разрезе, чего не может дать ни один известный способ бурения на сегодняшний день. Например, именно таким методом была пробурена Кольская сверхглубокая скважина. Кроме того, в процессе применения при пробуривании скважин на воду его надежность составляет 100%.

Если говорить о технологических особенностях колонкового бурения, то к ним относят несколько факторов.

• Для такого типа бурения подходят практически все грунты. То есть не только на плотном, но и на сыпучем грунте можно использовать данный метод. А наличие довольно большого количества буровых коронок дает возможность использовать его как в трудноотбираемых породах, так и применять для неосложненных условий.
• Скважинный ствол в результате получается максимально ровным из-за особенностей механизма бурения. А современное оборудование позволяет осуществлять работы даже на местности, где присутствует неровный ландшафт.
• Трубы, которые формируют колонну, можно применять повторно, ведь их срок службы является неограниченным.
• Оборудование для бурения такого типа предполагает замену коронки время от времени, ведь по мере применения она приходит в негодность и становится тупой. Чтобы увеличить срок ее использования, перед применением новой насадки потребуется немного продолбить грунт, что позволит использовать буровые коронки дольше обычного.
• Чтобы такой тип бурения был идеальным, площадка, на которой располагается бур, должна быть в ровной плоскости горизонтального типа.

К недостаткам данного способа относятся:

• малое сечение бурения, из-за чего нельзя применять мощные погружные насосы;
• может возникать заклинивание керна, что увеличивает временные затраты на реализацию такой технологии.

А также существенным недостатком является быстрое затупление коронки из-за перегрева в работе с породами высокой твердости.

Технологические особенности процесса

В процессе углубления возможна регулировка частоты вращения бура. Нужно отметить, что слои осадочных горных пород бур легко преодолевает на низких оборотах. А вот при прохождении коренных скальных пород требуется повышение частоты вращения. При колонковом способе бурения можно проходить пласты различного состава и любой твердости.

Необходимо учитывать тот факт, что буровая установка должна располагаться на подготовленной выровненной горизонтальной площадке. Угол проходки можно регулировать в случае, если диаметр разрабатываемого отверстия скважины не превышает 1 метра. Затем вертикальность выработки поддерживается обсадной колонной.

Обсадные трубы можно использовать повторно, если сразу после проходки извлечь их из выработки. Колонковая труба – снаряд многоразового использования, чего нельзя сказать о коронках. Для бурения в осадочном горизонте их требуется не меньше двух, а то и более. При сооружении скважины на известняк предсказать число стертых коронок с точностью невозможно.

Чтобы продлить срок службы алмазной коронки после ее установки или замены дно скважины необходимо обработать долотом. Эта мера значительно увеличит скорость проходки

Буровую установку можно монтировать на автомобильную технику с высокой грузоподъемностью либо на гусеничную спецтехнику в случае проведения работ в условиях сложного рельефа. Более легкую мобильную технику можно использовать при бурении колонковым способом скважин на воду.

Как выполняется обсадка скважины

Этап обсадки наступает сразу же по окончании бурения и заключается в том, что в скважину устанавливают обсадную трубу. Этой техникой вода ограждается от верховодки, предотвращается загрязнение, оползание и укрепляется ствол скважины.

Для обсадки лучше всего использовать металлические трубы, а не пластиковые (ПВХ/НПВХ). Трубы из пластика не слишком прочные и подходят для неглубоких скважин. Тогда как металл очень прочен и долговечен. Стоимость металлической обсадной трубы зависит от ее толщины, которая тоже подбирается индивидуально.

Важно! Если у вас глубокая скважина, рекомендуем сделать двойную обсадку. Например, внешнюю можно сделать трубой из металла, а для внутренней использовать пластик или тоже металлическую трубу

Плюсы и минусы колонкового бурения

Технология проходки этого типа обеспечивает точечное действие коронки, которая аккуратно вырезает образец материала по своему радиусу.

Преимущества колонкового типа бурения включают в себя:

• высокую производительность;
• возможность изучения подземного строения горизонтов;
• прохождение скважин в базальтовых и гранитных пластах;
• снижение себестоимости объекта за счет скорости работы.

Предварительный расчет позволит сэкономить средства. Проведение работ сопровождается регулярным осмотром оборудования на наличие повреждений, сколов. Соблюдение правил эксплуатации и техники безопасности снижает риск выхода из строя технического оснащения.

1 Область применения и особенности

Данный способ характеризуется тем, что грунт разрушается по кругу, очерчивая контуры диаметра будущей скважины. Когда осуществляется бурение колонками, внутренняя часть отверстия остаётся целой. Этот керн в последующем извлекается на поверхность.

Давление на грунт идет с помощью специальных коронок — пустотелых цилиндров со специальными резцами на одной из сторон. Эти резцы и выполняют основную работу по бурению. Они вгрызаются в породу, в то время как пустотелая часть попросту заполняется грунтом, что отсекается от общей матрицы.

Стоит заметить, что с помощью колонкового бурения можно разрабатывать не только горные породы, но и выполнять бурение на строительстве. Например, алмазные способы бурения коронками применяются для создания отверстий в монолитных железобетонных конструкциях. Более того, этот способ на стройке считается самым приоритетным.

Станок колонкового бурения устанавливается там, где необходимо проведение разведывательных работ. Он предназначен для получения цельных пород.

Рассматриваемый способ обладает следующими особенностями:

• Колонки для скважины способны извлекать из отверстия керны – целую часть грунта.
• Буровые установки колонкового бурения рассчитаны на работу под различными углами к поверхности.
• Коронки колонкового бурения способны обрабатывать грунты различной степени твердости.
• Буровые станки колонкового бурения проделывают глубокие скважины, которые отличаются относительно небольшим диаметром.
• Станки колонкового бурения имеют относительно небольшой вес, что обусловливает их маневренность.

1.1 Принцип и технология работы

Технология колонкового бурения применяется для исследовательских работ. Для этих целей подойдёт классические автомобильные шасси на которое устанавливают бурильную установку, но на сложных рельефах могут использоваться и специальные машины. Например, устройства на гусеничном приводе или даже специальные системы, которые используют исключительно для бурения.

Станок колонкового бурения работает на высоких оборотах с момента запуска и до завершения технологического процесса. Это обусловливает тот факт, что колонки для скважины быстро изнашиваются под воздействием высоких нагрузок. Впрочем, скорость вращения можно регулировать, например, если надо пройти участок с мягкими породами, что склонны к осыпанию.

Для продления её жизнеспособности применяются специальные устройства, которые снижают вибрационные действия. Колонковый способ предполагает обязательную процедуру промывки. Буровой станок колонкового бурения использует для этих целей воду или специальные растворы, которые способствуют защите скважины от разрушений и обвалов.

Алмазное устройство осуществляет бурение только по краю. Внутренняя порода заполняет ствол шнека и поднимается на поверхность. Колонковый способ предполагает, что все используемые в работе инструменты соответствуют соосности формируемой скважины.

Буровой станок колонкового бурения способен работать с высокопрочными породами. Более того, в таких условиях он даже производительнее стандартных матричных или шарошечных долот, так как прилагает меньше усилий для разработки аккуратных отверстий в грунте.

Для этих целей необходим специальный твердосплавный инструмент. Алмазное породоразрушающее устройство подлежит замене или восстановлению в случае потери своих физических кондиций. Новую коронку перед использованием следует обработать бурильным долотом. В некоторых случаях достаточно просто заменить кольцо с резцами на коронке.

1.2 Оборудование для колонкового бурения

Как вы сами понимаете, в работе придется применять различного рода оборудование. Для данного вида работ применяют следующий инструмент:

• Колонковые снаряды, которые бывают стандартными и тонкостенными. Первые рассчитаны на вертикальные работы вниз и вверх по горизонту, а также для горизонтального бурения до 45 градусов. Вторые используются исключительно для горизонтального бурения.
• Алмазные коронки представляют собой породоразрушающий инструмент, которым оборудуется буровая установка для колонкового бурения. Эти устройства с одинаковым успехом справляются и с твердыми, и с рыхлыми породами.
• Штанги и стальные обсадные трубы, которые необходимы для формирования прочной внутренней поверхности скважины.
• Переходники применяются для стыкования резьбовых соединений, в том числе на буровых штангах, комплектующих, промывочных сальниках, вращателях.
• Промывочные сальники пробки, которые обеспечивают подъём керна из скважины.
• Колонковые долота служат для углубления скважинного отверстия.

Классификация и общая характеристика способов бурения

Процесс бурения состоит из разрушения породы на забое шпура (скважины) буровым инструментом и удаления продуктов разрушения (буровой мелочи) из него.

При всех способах бурения выполняются следующие основные операции: подготовка и установка бурильной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя скважины от продуктов разрушения, наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена изношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения шпура или скважины.

В настоящее время применяются вращательный, ударно-поворотный, ударно-вращательный и вращательно-ударный способы бурения шпуров и скважин (механические способы бурения), а также огневое и комбинированное бурение. Исследуется эффективность применения энергии ВВ при взрывном бурении скважин, а также высоковольтных электрических разрядов при электроимпульсном бурении.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из условия превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходит последовательное разрушение от вдавливания и скалывание частиц породы с забоя. Продукты разрушения удаляют с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), промывкой забоя водой или продувкой воздухом.

На горных предприятиях применяют: вращательное бурение шпуров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; вращательное (шнековое) бурение скважин резцами и алмазным инструментом с помощью буровых станков.

При ударном способе бурения инструмент (долото или коронка) наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инструмент поворачивается на некоторый угол, чем обеспечивается последовательное разрушение всей площади забоя и получение круглого сечения шпура или скважины.

При ударно-поворотном бурении обычным и погружными бурильными молотками (перфораторами) инструмент поворачивается прерывисто только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством. В некоторых конструкциях бурильных молотков поворот инструмента происходит в период нанесения удара поршнем по инструменту.

При ударно-вращательном бурении погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вращением удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Разрушение породы при этих способах бурения происходит только в результате внедрения буровой коронки при ударах.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение происходит как в результате внедрения инструмента при ударах, так и вследствие скола породы при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами выполняется как при ударном способе долотами чистого качения и при вращательно-ударном — долотами со скольжением, в которых зубцы, наряду с перекатыванием по забою, срезают породу скользящим движением вдоль поверхности забоя.

При огневом бурении разрушение породы на забое скважин происходит за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (2000°С), вылетающих из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью (2000 м/с и более).

При взрывном бурении разрушение породы на забое скважин происходит последовательными взрывами небольших зарядов ВВ. Известны два метода взрывного бурения: патронный — с помощью патронов жидких или твердых ВВ, взрывающихся на забое от удара или детонатора, и струйный, при котором через бур на забой подаются жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель) и происходит формирование жидкого плоского заряда. Взрыв этого заряда вызывается впрыскиванием капли инициирующего состава (эвтектического сплава калия и натрия).

При электроимпульсном бурении разрушение пород на забое скважины происходит вследствие электрического пробоя его участка высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т.п.).

Разрабатываются комбинированные способы бурения, в которых происходит совместное воздействие на забой ударного инструмента и шарошки (ударно-шарошечный способ), резцов и шарошек (режуще-шарошечный способ), шарошек и огневой горелки (термо-шарошечный способ), огневой горелки и ударного инструмента (термоударный способ).

Детали

Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.

«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог. Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс. А два рейса — это лишние средства. Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.

Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров. Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров. Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.

Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.

«Существует два основных требования. Первое связано с минимизацией рисков — допустим, использование специальных соединений, которые позволяют в случае прихвата бурильной колонны извлечь содержимое с керном, даже если сам снаряд остаётся в скважине. Второе требование касается технико-экономических показателей и имеет целью удешевление оказываемых услуг. К нему относится увеличение длины секции керноотборного снаряда — для того, чтобы за один рейс можно было отобрать наибольшее количество метров», — объяснил руководитель сектора по отбору керна АО «НПП «Бурсервис» Эдуард Зарипов.

Суть технологии

Грунторазрушающим устройством служит колонковый бур (буровая коронка) – специальный инструмент, имеющий твердосплавные режущие части или алмазные вставки.

Колонковый бур

С его помощью профессиональные бурильщики максимально быстро образуют в грунте отверстия нужной глубины и диаметра.

Колонковое бурение скважин проводится мастерами при высоких оборотах основной детали, поэтому установка подвержена мощной нагрузке. Для устройства коронки – прочного и удобного кольца из стальной заготовки – пустотелого цилиндрического куска с острыми резцами – применяют твердые сплавы: вольфрам, победит и сталь или алмазы.

Коронка движется строго по краю, а порода изнутри остается нетронутой. После того как рабочий ствол заполнится грунтом, образцы периодически извлекают для исследования из керноприемника и определения геологического разреза места.

Небольшой диаметр бура до 160 мм позволяет преодолеть за смену до нескольких сотен метров, все зависит от твердости породы.

После выполнения колонковой проходки и изучения результатов, легко начинать шнековое бурение с полным извлечением содержимого скважины.

Оборудование для колонкового бурения

Чем бурить скважину при использовании технологии колонкового процесса, зависит от ее размеров и назначения. Спектр машин и приспособлений весьма разнообразен и широк.

Буровые станки и установки производятся по всему миру, что говорит о популярности способа водообеспечения из скважин. Для промышленного и разведочного бурения производятся агрегаты на базе тяжелых грузовиков, тракторов или вездеходов. А вот для водоснабжения предлагается целая гамма легкого оборудования, пригодного как для предприятий малого бизнеса, так и для использования при самостоятельном исполнения скважин на воду. Оборудование производится практически во всех странах мира.