Технологии основных методов шнекового бурения скважин

Бурение – это процесс, при котором происходит разрушение пород, слагающих толщу грунта, в котором бурится скважина.

В технике изготовления или строительства скважин в основном используются такие виды бурения:

1. Вертикальное. Встречается наиболее часто, т. к. появилось самым первым.

2. Направленное. Направление бурения может изменяться от строго вертикального до полностью горизонтального. Чаще всего – это бурение под углом к вертикали.

3. Чисто горизонтальное шнековое бурение.

Используется при бурении скважин, предназначенных для прокладывания коммуникаций: трубопроводов для водопровода, газовых, для прокладки кабельных сетей и т. п.

Процесс бурения скважины означает сооружение горной выработки в грунте, поперечные размеры которой, т. е. ее диаметр несоизмеримо меньше ее длины, при этом человек не имеет доступа в забой.

Забой скважины – та часть скважины, в которой происходит разрушение грунта, откуда он удаляется по стволу скважины.

Ствол скважины – пространство между стенками скважины, освобожденное от грунта. В нем может находиться обсадная труба, бурильные трубы, буровое долото в зоне забоя, бурильный раствор, частицы разрушенного грунта и пр.

Устье скважины – это верхняя часть скважины или ее начало на поверхности грунта.

Какое место занимает шнековое бурение среди других способов?

Существует множество способов бурения. Из них наиболее часто встречающиеся:

Шнековое бурение.

В англоязычных странах носит название «auger drilling».

Используется при проходке скважин во всех видах грунтов, кроме сплошных скальных. Но чаще всего этот способ используется на грунтах мягких, рыхлых, мелкообломочных. Можно использовать и на галечно-гравийных плотных грунтах, но тогда требуется другой вид долота. Разрушается грунт с помощью долота, конструкция которого зависит от твердости разрабатываемого грунта. Разрушенный грунт удаляется из забоя с помощью вращающегося сплошного шнека – бурильной трубы или штанги, на которой спиралью навита сплошная стальная лента, называемая ребордой. При вращении шнековой колонны происходит подталкивание ранее разрушенных порций породы порциями более позднего разрушения. Трение обломков породы о поверхность спирали шнека гораздо меньше, чем трение, которое идет о стенки скважины. Обычно разрушенный грунт помещается в межвитковом пространстве и занимает его на 0,2 – 0,5 от всего объема. Т. е. производительность долота, разрушающего грунт, больше возможностей его удаления шнеком в 2 – 4 раза. При этом нужно учесть, что объем разрушенного грунта больше целикового примерно в 1,25 – 1,6 раза. Скорость вращения шнека – от 150 до 500 об/мин. (при диаметре скважины не более 100 мм) и от 80 – 90 до 170 – 200 об/ мин. при скважине 150 – 200 мм. 

Роторное бурение.

 В этом способе грунт разрушается долотом, например, шарошечным, устанавливаемым на конце буровой штанги. Удаляется грунт промывочной жидкостью, например, глинистым раствором, который подается через буровую штангу полую внутри. Выносится разрушенная порода в пространстве между стенками скважины и буровой штангой. При слабых или осыпающихся грунтах часть глинистого раствора проникает между частицами грунта и скрепляет их. Кроме того гидравлическое давление промывочного раствора не позволяет грунту обрушиваться внутрь скважины.

Ударно-канатное бурение.

Суть этого способа: в скважину с определенной высоты падает желонка или забивной (забойный) стакан. Она представляет собой отрезок трубы, в боковой поверхности которой прорезана щель. Ее назначение – выбить разрушенный грунт, заполнивший трубу после удара о поверхность забоя.

Такую трубу сбрасывают в скважину, при падении она втыкается в грунт, разрушает его и грунт заполняет внутреннюю полость. Трубу поднимают на поверхность, выбивают грунт и опять сбрасывают в скважину.

Колонковое бурение.

Бурение происходит не по всему сечению забоя буровой скважины, а только по его внешнему контуру, т. е по кольцу внешнего диаметра.

В качестве бурового инструмента используется коронка – труба, в торцевой части которой установлены породоразрушающие резцы. Они разрушают колечко породы, оставляя внутреннюю часть нетронутой, т. е. не повреждая ее. Потом керн определенной длины отрывают и вместе с буровым инструментом подымают на поверхность.

Какое оборудование и машины используются при шнековом бурении?

Для шнекового бурения обычно используют:

1. Буровой инструмент. Используется для разрушения пород грунта. Обычно применяется лопастное долото, иногда доукомплектовывают колонковым долотом для взятия керновых проб грунтов.

Разновидности долот:

- буровое трехлопастное – три зазубренные пластины-лопасти усиленные твердосплавными напайками, одна из лопастей может быть совмещена с лопастью шнека, транспортирующего разрушенную породу;

- буровое двухлопастное – литой корпус, имеющий две лопасти с углом резания или атаки, равным 15 – 20 градусов, режущие поверхности которых усилены армирующими твердосплавными накладками.

Для разработки тяжелых пород или для работы в сложных условиях, например, мелкообломочный щебнистый или галечниковый грунт, вечная мерзлота и т. п. к лопастным бурам могут присоединяться специальные съемные наконечники.

2. Шнек или шнековый транспортирующий элемент. Имеет вид полой трубы с резьбовыми или шестигранными соединительными концами. Снаружи трубы двухсторонним швом приварена стальная лента из металла толщиной от 4 до 6 мм. Угол наклона ленты может быть в пределах 30 – 60 градусов. Шаг спирали может быть от 0,5 до 1,0 наружного диаметра шнека и зависит от разбуриваемой (разрушаемой) породы. Иногда шнек оснащается устройством отбора колонковых проб.

Диаметр шнека определяется диаметром разбуриваемой скважины.

Если шнек полностью вошел в грунт, а нужная глубина не достигнута, то к первому шнеку подсоединяют на резьбе и соединительных муфтах дополнительную шнековую секцию. Так можно составить шнек, позволяющий достигнуть глубины 50 – 60 м.

В некоторых бурильных агрегатах можно достигнуть глубины до 120 м.

Шнековое бурение скаважины с обсадной трубой - видео

Установки и станки шнекового бурения

Осуществляется процесс шнекового бурения обычно стандартной буровой установкой – буровым копром. Ее электродвигатель или при гидроприводе – гидравлическая станция, должны обеспечить шнековую колонну определенной скоростью вращения. Она изменяется от 90 – 100 до 200 – 220 об/мин. При меньших скоростях – ухудшаются условия подъема породы на поверхность, при больших – начинаются сильные вибрации шнека.

При шнековом бурении работы ведутся в породах невысокой твердости, в которых не требуется промывка скважин, а разрушенный грунт выносится вращением шнека на поверхность. Скорость бурения высокая, т. к. долото легко разрушает породу, а не раздробляет ее и не истирает в пыль. Очистка забоя идет с большой скоростью и непрерывно, фактически вместе с разрушением грунта. Центробежная сила, возникающая при вращении шнека, отталкивает породу к стенкам скважины и часть ее ребордой (боковой поверхностью ленты) вдавливается в стеки скважины, уменьшая их способность осыпаться.

Породы слабосцементированные – мелкообломочные, галька, щебень и т. п. не разрушаются, а сразу после отделения от забоя выносятся на поверхность.

Самую большую проблему составляют глинистые и чисто глиняные грунты. Они налипают на шнек и уменьшают скорость выноса грунта.

Из всех способов бурения скважин наиболее производительное и широко используемое – это шнековое бурение.