Колонковое бурение скважин технология - VSEDLYADOMA-SPB.RU

Колонковое бурение скважин технология

Колонковое бурение скважин: краткое описание технологии, методов, способов и особенностей

Технология колонкового бурения скважин – самая популярная в геологической разведке и при добыче водного ресурса. Она имеет массу преимуществ, оптимально подходит для развертывания установки на сложнодоступных участках. Метод признается одним из самых экономичных и продуктивных по объему гидродобычи на единицу времени. Из-за особенного способа проведения работ образуется горная выработка с жесткими краями. Они выдерживают очень высокую нагрузку, а само отверстие может углубляться на расстояние до километра. Поэтому технологию применяют как в производственных целях, крупных масштабах, так и при частном решении задач, например, для создания индивидуальной точки водозабора.

Колонковое бурение скважин: что это такое

Это процедура, при которой буровая установка осуществляет вращательные движения с целью разрушить горные породы. При этом разрушение происходит не по всей площади, а по кругу, оставляя в центре керн, то есть нетронутый участок цилиндрической формы. Буровой насос нагнетает мощный поток воды, которым производится вымывание разрушаемой породы. Установки включают множество механизмов, в том числе для спуска и подъема инструмента, его вращения. В зависимости от типа горных пород (прочности и других механических характеристик) выбирается оснастка. В роли режущих кромок выступают долота (коронки). Они бывают разных форм.

Технология настолько успешна, что она нашла множество сфер применения. От гидродобычи до разведки полезных ископаемых.

Характеристика и краткое описание колонкового бурения скважин

Керном называется столбик из искомого материала (горная порода, например) цилиндрической формы. Он с использованием шнекового подъемника поднимается из глубин на поверхность, когда цель всего процесса – разведывание грунтовых слоев. Такая процедура делает возможным подробное составление геологического разреза.

Используемое оборудование позволяет углубляться внутрь на расстояние до 1000 м. Оно оснащено инструментами, способными пробить любую породу. Вторая задача техники – регулярная поставка керновых проб наверх.

Метод настолько эффективен, что его использовали в Заполярье при освоении Кольской сверхглубокого колодца (12 262 м в глубину) для решения научных задач. Она была занесена в книгу рекордов Гиннеса как самая глубокая.

Не менее распространена технология при открытии водных горизонтов на глубине. Добыча воды кристальной чистоты – одна из приоритетных задач.

Сферы использования колонкового способа бурения скважин

В первую очередь метод был создан для исследовательско-научных целей. В рамках геологической разведки можно с высокой точностью определить, на каком расстоянии от поверхности располагаются те или иные грунтовые слои (их кровля и подошва, т.е.верхняя и нижняя границы). Не только твердые породы, но и зеркало подземных вод определяется по такой технологии.

Отрасли, где находит применение методика:

  • Гидродобыча. Это как частное водоснабжение, так и крупная водоподготовка, в промышленных масштабах. Такой водозабор очень эффективен, поскольку бурение происходит на большую глубину. Это позволяет снабдить чистым, питьевым водным ресурсом целый квартал, небольшой дачный поселок. При этом снаряд очень хорошо поднимает вверх любой тип почвы, кроме водонасыщенных рыхлых материалов. Но справиться с ними (это песок, глина, некоторые другие примеси) легко можно с помощью установки фильтра грубой очистки. Фильтрующее оборудование промышленного или частного масштаба выгодно заказать в нашей компании «Вода Отечества».
  • Геологическая разведка. Она в основном применяется в горнодобывающей промышленности. В чем особенность метода? Дело в особом вращательном инструменте, который фактически напоминает трубку. С его помощью прорезывается цилиндр, а внутри керн остается целостным. Так можно исследовать не только химические характеристики почвы, но и механические, физические качества грунтовых слоев. То есть структура в ходе добычи материала не нарушается.
  • Подготовка к строительству. В ходе инженерных изысканий производится георазведка на строительном участке. Колонковый метод бурения позволяет определить сразу несколько показателей – уровень грунтовых вод, пробы почвы и некоторые другие факторы. Конечно, в таком случае глубина погружения инструментов не очень большая.
  • Исследовательская деятельность. Отличным примером здесь является Кольская сверхглубокая скважина, целью которой было определение структуры земной коры, а также оболочки ядра Земли. То есть предприятие имело исключительно научные задачи.
  • Строительство. Поскольку отверстия получаются ровные, цилиндрические, то в подготовленные ямки очень удобно устанавливать сваи для фундамента, можно произвести монтаж железобетонного основания. Кроме того, достаточно острые и крепкие инструменты позволяют пробурить насквозь даже бетонные блоки или кирпичную кладку.

Бурение с помощью колонковой трубы позволяет достать образец грунта в целостной форме, а также определить точную глубину пролегания пород. Таким образом, технология применяется в большом количестве сфер. В частном использовании основная задача процесса – гидродобыча, создание индивидуальной точки забора и водоподготовки на участке.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

Суть технологии

Колонковое бурение предназначено для горной выработки. В зависимости от того, с каким природным материалом приходится работать, есть две применяемые методики:

  • С подачей жидкости. Буровой раствор обязательно подают в зону резания при работе со скальными, твердыми пластами. Если воды не будет, то процесс сильно замедлится, а само режущее оборудование в скором времени выйдет из строя, затупится. Промывка не только ускоряет процедуру, но и позволяет очень эффективно освободить рабочую зону от остатков горной породы. Особенно это важно, когда планируется сделать очень глубокую скважину. Также технология применяется, когда на участке очень рыхлые почвы, а взятие керна (целостного пласта) не является приоритетным. В таком случае забой омывается водой, а ствол выработки очищается от частичек грунта.
  • На сухую. Способ можно назвать более дорогостоящим, однако, он предпочтительнее, когда выработка производится на несвязных (рассыпчатых) грунтах, а также в том случае, если они пропитаны достаточно большим количеством влаги. В том числе, это супесь, глина, суглинок различной пластичности.

Принцип алмазного колонкового бурения

Один из основополагающих элементов установки – труба. Она будет того диаметра, в зависимости от необходимого размера кернового стержня. На ее окончании располагается коронка – это режущий инструмент. Деталь на подошве необходима для разрешения грунта. Резец является сменным, он прикручивается на время, за одну крупную выработку придется поменять ее несколько раз. Замена осуществляется очень простым способом – на винтовую резьбу.

Если предстоит разрезать скалистые или иные твердые породы, то предпочтительно использование алмазной коронки.

Именно оснастка с напылением из алмазов используется при водозаборе на больших глубинах. Поскольку для того, чтобы добраться до кристально чистого водного ресурса, понадобится прорубить достаточно глубокий тоннель через известняк и другие слои. Ведь влага конденсируется очень глубоко, в разломах коренных пород.

В ходе работы коронка вращается очень быстро – количество оборотов регулируется пультом, режим выбирают в зависимости от того, насколько прочный предстоит прорезать грунт. Если вращения будут чрезмерно стремительными, при соприкосновении с очень твердыми материалами резец может затупиться или вовсе сломаться. Центральная часть цилиндра попадает внутрь трубы. Чтобы извлечь собранный там керн, производится разборка колонны с извлечением штанги. Затем используется мощная струя воздуха (вывод можно ускорить, если параллельно простукивать участок кувалдой). После этого очищенный инструмент снова погружают в выполненное отверстие.

Такие буры признаны наиболее эффективными, их производительность значительно выше, чем у матричных и шарошечных долот. Это объясняется высокой скоростью вращения инструмента – сил затрачивается намного меньше, как и времени. И еще одно немаловажное преимущество – нет необходимости промывать и прочищать затем забой от разрушенных пород, поскольку они очень удобно вынимаются в виде керна.

Станки и установки колонкового бурения

Видов аппаратов несколько, все они зависят от диаметра и глубины желаемого отверстия, а также от назначения скважины и типа грунта, где проводятся геологические работы. Технологически устройства не отличаются друг от друга, однако, сильно могут варьироваться размеры.

Например, для разведывательных целей обычно применяются достаточно компактные установки, которые монтируются на разном транспорте – тракторах, грузовиках. Некоторые гусеничные виды тягачей предполагают возможность выработки на участках без автомобильной дороги – подъехать к ним можно только на таких машинах. В России наиболее часто аппаратуру ставят на КАМАЗ, МАЗ, Урал. Иногда и на более легкий автотранспорт, в тех случаях, когда предстоит несложная работа, например, на строительной площадке.

Когда нужны небольшие лунки, а это иногда требуется при ландшафтном дизайне (установить лавочку), частном строительстве, при монтаже ЛЭП-опор, тогда применяются ручные буры, которые работают по тому же принципу, но менее автоматизированы. Например, остатки грунта нужно доставать вручную. Длина и диаметр получаемых отверстий, конечно, ограничены.

В чем преимущество технологий колонкового бурения скважин?

Колонковое бурение скважин представляет собой весьма популярный способ проделывания скважинных отверстий. В отличие от стандартных полнопроходных долот (чаще всего используют долот PDC), коронками пользуются более точечно. Они не разрушают породу по всему периметру, а вырезают ее с помощью давления по радиусу рабочего инструмента.

Алмазная коронка для колонкового бурения скважин больших габаритов

Такая технология дает бурильщикам много интересных преимуществ, о которых сейчас и пойдет речь в данной статье.

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.

Такой способ идеален для проведения анализа структуры и свойства почвы, так как исследователям необходимо всего лишь извлечь грунтовый цилиндр из рабочей колонки.

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.

Схематические изображение стандартной коронки для бурения скважин

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.

Установки для колонкового бурения на автомобильном шасси

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.

После того, как механизмы бурового станка колонкового бурения выполнили свою миссию, в работу включаются шнековые машины, которые завершают процесс бурения скважины.
к меню ↑

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.

2 Какие этапы и нюансы колонкового бурения?

Теперь рассмотрим непосредственно технологию бурения, так как в ней тоже есть свои нюансы. На них стоит обратить внимание в обязательном порядке.

Применение технологии колонкового бурения

Буровая установка для колонкового бурения в ходе работы выполняет следующие этапы:

  • Подготовка поверхности, где будет производиться монтаж установки.
  • Формирование ям в грунте в непосредственной близости от площадки для закачки промывочного раствора. После этих работ начинается процесс бурения скважин.
  • Бурение, когда буровой снаряд вращается и проникает в почву. Параллельно с этим процессом в отверстие подаётся промывочная жидкость: вода или специальный раствор.
  • Наполнение трубы керном. Периодически шнек необходимо извлекать на поверхность, по керну можно без труда определить глубину сформированного отверстия.

Первые два этапа выполняются скорее рабочим персоналом. Последние же два — это уже использование непосредственно бурильной системы колонковой разработки.

При работе необходимо обращать внимание на следующие нюансы:

  • Бурение скважин для воды следует производить с промывкой. Воду применяют там, где присутствует устойчивый грунт. Когда обрабатывается песчаная порода, то для промывки применяется специальный раствор, который укрепляет скважину. Для этих целей подходит жидкое стекло или глинистая масса.
  • Вместо промывочного раствора может применяться воздух, который поступает в скважину по колонковой трубе.
  • Когда работа ведётся на неустойчивом грунте, то применение промывочных жидкостей неэффективно. Укрепление скважин производят обсадными трубами.
  • Частота вращения бурового снаряда регулируется в зависимости от прочности грунта.
  • Если работы ведутся в слоях твердых пород, то установка обсадных труб производится на заключительном этапе бурения.

Особенности колонкового бурения скважин

Изобретенное 155 лет тому колонковое бурение скважин, технология которого выдержала проверку временем, востребовано до сегодняшнего дня. Способ применим в случае, когда нужно провести геологическое исследование залегающих пород.

Характеристика способа

Извлекаемый на поверхность керн – цилиндрический столбик материала, его отбирают на пробу и транспортируют наверх с помощью шнекового подъемника – много способен сказать исследователям недр.

Пласты видны в разрезе, подобных точных показателей не сможет дать ни один из ныне существующих способов бурения.

Кольскую сверхглубокую скважину пробурили этим способом. Была достигнута отметка 12,262 тыс. метров – уникальный результат в разведывательном бурении.

А еще колонковый способ незаменим при бурении скважин для поиска воды, технология дает надежный результат – 100%. Стоит разобраться и в тонкостях самой технологии, в инструменте для ее реализации, изучить все плюсы и минусы.

Использовать колонковую технологию несложно, специалисты могут работать со всеми видами пород, вплоть до глубины 1 тыс. метров, когда срезы пластов подаются на поверхность с определенной периодичностью.

Сферы использования подобной технологии

Среди точек применения колонкового бурения скважин, стоит выделить несколько основны.

Горнодобывающая промышленность – разработка горных месторождений твердых полезных ископаемых.

Результат прохода – керн с цельной структурой, по которому выполняют анализ пород в этой местности. Его периодически извлекают, чтобы узнать картину залегания пород на этом участке.

Автономное водоснабжение – организация процесса нуждается в исследовании недр частных землевладений, чтобы иметь доступ к подземным источникам воды. Гидрогеологическое бурение необходимо для выбора местонахождения водной скважины.

Строительство – для бурения диктующей скважины под забивку свай – обустраивая свайные фундаменты. Строителям нужно знать, на какой глубине будет песчаная прослойка или начинаются крупные камни. От этого зависит устойчивость здания. Подобная технология идеальна, чтобы в железобетонных конструкциях просверлить отверстия большого диаметра.

Подобный способ подходит для вертикального прохождения скважин, горизонтального и под нужным углом.

Суть технологии

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

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.

Этапы процесса

Технология реализуется в такой последовательности:

  • Поверхность очищают от мусора и посторонних предметов.
  • Недалеко от будущего отверстия роют яму двухметровой глубины для слива промывочной жидкости.
  • В грунте пробивают отверстие для размещения бура, коронку соединяют с колонковой трубой, она наращивается по мере проходки.
  • После с бурильными трубами – верхняя закрепляется в буровом станке, работающем от двигателя – в такой способ начинается проходка.
  • При полном заполнении трубы ее поднимают на поверхность, извлекая из нее породу при помощи молотка, удары наносят не слишком сильно.
  • Бур опять погружают в скважину и бурят, пока не достигнут необходимой глубины.

Бурение проходит с промывкой, но если для этого нет достаточного объема воды, рабочий процесс осуществляют на сухую. Если в работе специалисты задействуют алмазный инструмент, для регулярной промывки они используют специальную эмульсию.

В случае песчаного грунта, добавляют в раствор жидкое стекло, глинистую массу, укрепляющие стенки отверстия.

Для грунтов с неустойчивой структурой, скважину, в процессе углубления, укрепляют обсадными трубами. Часто, вместо промывания водой, используют более дешевую продувку сжатым воздухом.

Технологические особенности способа

Колонковый способ бурения имеет ряд особенностей:

  • Мастера могут обрабатывать даже сыпучие грунты, множество острых коронок позволяет мастерам изменять пласты породы любого уровня твердости.
  • Отверстие рабочей скважины несложно выравнивать, если ее диаметр находится в диапазоне 1 метра.
  • Прочное, современное буровое оборудование мастера часто на территории извилистого ландшафта.
  • Колонковые трубы, длиной 0.4–6 метра, используют и повторно по прямому назначению.
  • Буровую коронку время от времени нужно менять, она становится тупой.
  • Перед тем как запустить очередную алмазную коронку, дно скважин обрабатывают бурильным долотом, чтобы продлить срок службы коронки.
  • Площадка под буровую установку призвана быть строго горизонтальной.

Оборудование для колонкового промышленного и разведочного бурения часто устанавливают на шасси тяжелых автомобилей МАЗ, КАМАЗ и Урал, тракторов или гусеничной спецтехники (вездеходов) при варианте сложных рельефов местности.

Что касается вопросов водоснабжения, есть немало легкого мобильного оборудования, пригодного для бурения скважин для воды.

Плюсы и минусы колонкового бурения

К положительным моментам процесса относятся:

  • Точечное действие коронки, вырезающей породу по своему радиусу, в отличие от роторного долота, оное во время прохода разрушает грунт.
  • Высокая производительность способа.
  • Возможность посредством колонкового бурения скважин изучить подземное строение грунтов в зоне выполнения работ.
  • Применяя этот метод, проходят восстающие, многозабойные, наклонные скважины; в любых пластах, в том числе базальтовых и гранитных.
  • Частота вращения бура регулируется: на мягком грунте довольно небольших оборотов, твердые породы требуют более высоких.
  • Сравнительно высокая скорость проходки, снижающая себестоимость объекта, при пониженной энергоемкости процесса.

Как в любом процессе, колонковое бурение имеет некоторые недостатки:

  • В тех процессах, когда применяют глинистый раствор, есть риск заиливания водоносного слоя продуктами промывки.
  • Быстрое изнашивание инструмента.
  • Сухое бурение – слишком затратное.

Список небольшой, но во время принятия принципов технологического производства, их необходимо учитывать. Такой подход позволит сэкономить ресурсы, время и кадровый вопрос.

Во время работы с глубинными пластами эти факторы остаются решающими. Стоимость оборудования вместе с ценой грунтовых работ составляет солидную цифру.

Процесс колонкового бурения проходит в несколько этапов, оборудование подлежит регулярному осмотру на предмет повреждений и сколов. Мастера проходят регулярную учебу по технике безопасности, такая мера предосторожности существенно снижает процент повреждений.

Видео по теме: Технология бурения скважин

Колонковое бурение скважин технология

Сущность колонкового бурения заключается в следующем, кольцевая коронка l, в нижний рабочий торец которой надлежащим образом вставлены резцы из твердых сплавов или в исключительных случаях алмазы, при помощи резьбы присоединяется к трубе 2, называемой колонковой.

Последняя посредством перехода 3 соединяется с пустотелыми штангами 4, которые по мере углубления скважины постоянно наращиваются. Верхняя штанга на поверхности зажимается во вращателе бурового станка, посредством которого весь гарнитур при соответственном давлении на забой скважины приводится во вращение.

При дробовом бурении (рис. 2) дробовая стальная коронка 1 имеет гладкий ровный нижний торец, под который периодически в надлежащем количестве засыпается закаленная буровая чугунная или стальная дробь. При вращении с соответствующим давлением коронкой выбуривается кольцевое пространство, внутри которого остается нетронутый столбик породы 2, называемый керном, входящий по мере углубления в колонковую трубу. Во все время бурения через пустотелые штанги в скважину подается глинистый раствор или вода, охлаждающая рабочий торец коронки и выносящая на поверхность выбуренную породу, называемую шламом. Количество промывной жидкости, а следовательно и производительность насоса подбирается в зависимости от площади кольцевого зазора между стенками скважины и штангами.

При больших диаметрах скважины и значительной разнице в диаметрах штанги и скважины для улавливания тяжелых частиц, осаждающихся на колонковый снаряд, ставится выше колонковой трубы открытая кверху штампованная труба 3 (рис. 2).

При дробовом бурении, когда промывка во избежание вымывания дроби из-под торца коронки сильно ограничивается, применение шламовых труб обязательно. Для отрыва керна и последующего его извлечения на поверхность между колонковой трубой и коронкой при бурении твердыми оплавами нередко включается кернорватель — рвательный корпус с рвательной пружиной.

Стальная рвательная пружина при всяком подъеме снаряда стремится занять нижнее положение в рвательном корпусе и благодаря внутренней конической расточке в последнем сжимается, крепко захватывает керн и срывает его.

При дробовом бурении кернорвателем не пользуются, и керн срывается посредством заклинки, представляющей битый камень пли стекло. Размер зерен для заклинки подбирается т. о., чтобы они свободно проходили сквозь отверстия ниппелей и в зазоре между керном и колонковой трубой, но обязательно заклинивались в суженном зазоре между керном и внутренними стенками коронки (рис. 2). При бурении твердыми сплавами с расхаживанием керн также срывается заклинкой. После срыва керна штанги и колонковый набор поднимаются на поверхность, керн извлекается из колонковой трубы, коронка, если необходимо, заменяется или заправляется, после чего весь гарнитур опять собирается, спускается в скважину, и бурение продолжается.

Для удобства и быстроты работы колонковое бурение осуществляется всегда на специальных станках. Каждый станок (рис. 3) имеет следующие основные части: подъемное приспособление 1 (лебедка) служит для спуска и подъема инструмента. Лебедка приводится от главного горизонтального вала станка посредством зубчатой или фрикционной передачи.

Вращатель 2, в котором зажата верхняя штанга для передачи вращения всему буровому снаряду, состоит из пары конических или винтовых шестерен и пустотелого шпинделя, в котором зажимается бурильная штанга.

Приспособление для регулирования давления на забой 3 позволяет бурить с желательным давлением на забой независимо от глубины скважины. В зависимости от конструкции последнего приспособления всё колонковые станки разбиваются на три основных типа: станки с рычажной, гидравлической и с дифференциальной подачей.

При рычажной подаче (рис. 4) круговое движение рычага 1 передается шестерне 2 и приводит зацепленную с последней кремальеру 3 в прямолинейное движение. Кремальера охватывает пустотелый шпиндель 4, в котором закреплена бурильная штанга. При указанном на рис. 4 положении рычага происходит разгрузка веса штанг, что производится всегда, когда глубина скважины значительна и вес штанг велик.

Сила нажима или разгрузки в кг равняется произведению давления жидкости в цилиндре в кг /см2 на площадь поршня в см2. Давление в гидравлическом цилиндре поддерживается бурильщиком в зависимости от веса бурильных штанг, диаметра и вида бурового наконечника.

Давление регистрируется специальным манометром. При дифференциальной подаче (рис. 6, где а — винтовой шпиндель, f и i — зубчатки, l — вал, о — диск, m — гайка, g и h — шестерни, b — втулка, d и е — подшипники) скорость поступательного движения коронки зависит от разности числа оборотов податочной гайки и винтового пустотелого шпинделя, вращающихся в одну сторону; чем более разница в числе оборотов, тем быстрее подача шпинделя.

Для удобства производства операций спуска и подъема, а также для защиты от атмосферных влияний колонковые буровые станки, так же как и другие буровые станки, устанавливаются в буровой вышке.

Технические требования

Буровые вышки состоят из копра и откоса и должны отвечать следующим техническим требованиям:

  1. быть достаточно прочными для восприятия напряжений от максимальных нагрузок и ветровых усилий;
  2. быстро и просто собираться и разбираться с минимальной потерей материала;
  3. быть достаточно высокими в зависимости от глубины;
  4. быть достаточных размеров для удобного размещения и обслуживания механизмов;
  5. в зимний период быть в должной мере утепленными.

Схема буровой вышки для разведочного вертикального колонкового бурения дана на рис. 7, где 1 — габарит двигателя, 2 — габарит насоса, 3 — габарит станка.

Вышки строятся как бревенчатые, так и дощатые и трубчатые. При наклонном бурении скважины обычно пользуются треногими копрами.

Преимущества колонкового бурения заключаются в следующем:

  1. извлекается на поверхность столбик пробуренной породы в естественном состоянии. По столбику породы (керну) можно судить о минералогия, составе и структуре пройденных пород и об условии их залегания. При других способах пробуренная порода извлекается в измельченном состоянии.
  2. имеется возможность бурить скважины под различными углами к горизонту (рис. 8). При других способах проходка наклонных скважин более затруднительна или совсем невозможна.
  3. в первую очередь алмазное позволяет пробуривать самые крепкие породы.
  4. позволяет бурить глубокие скважины малыми диаметрами и легким оборудованием, что важно при разведке в отдельных и высокогорных местах.

Наиболее глубокие в мире скважины в крепких породах пробурены колонковым и именно алмазным способом.

Недостатки колонкового бурения

Основными недостатками колонкового бурения являются:

  1. малый выход столбика породы — «керна» при проходке мягких и неравномерных по твердости пород. Особенно сильно отрицательное влияние этого факта при пробуривании толщи полезного ископаемого;
  2. довольно частые и сильные искривления скважин;
  3. высокая стоимость алмазов, их хрупкость;
  4. невозможность успешного бурения твердыми сплавами по породам с коэфециентом крепости более 8.

Почти все эти недостатки при правильном ведении работ могут быть устранены. Так, применение двойных колонковых труб и правильная заправка резцов в коронку сильно повышают выход керна. Производство кароттажа позволяет отбивать контакты пород с точностью до нескольких см. Бурение длинным колонковым снарядом с применением стабилизаторов и протекторов и соразмерное давление на забой при частом контрольном измерении наклона скважины предупреждают искривления. Умелое применение соответствующего оборудования снижает аварийность.

Указанные выше преимущества колонкового бурения способствовали чрезвычайному распространению его на разведочных работах. Разведка угольных месторождений, железных руд и большинства полезных ископаемых, залегающих в виде жил, осуществляется в значительной степени посредством колонкового бурения. Разведка круто падающих жильных месторождений на глубину вообще немыслима без бурения наклонных колонковых скважин.

Виды бурения

В зависимости от вида применяемого истирающего материала колонковое бурение разбивается на три основные группы:

  1. алмазное,
  2. твердыми сплавами,
  3. дробовое.

В виду того что алмазы — дорогой импортный продукт, алмазное следует применять только при очень глубоких или сильно клонных скважин с углом наклона менее 45° в крепких и очень крепких породах. Применяют следующие сорта алмазов: карбонаты, балласты, борты. Наибольшее распространение в буровом деле имеют карбонаты, обладающие тонкокристаллическим строением и значительной вязкостью. Вес алмазов измеряется в каратах. Обычно в коронку диаметр 45 мм вставляется 6—8 камней весом по 0,75—1,0 к каждый. Алмазное — диаметр более 55 мм не рекомендуется.

Бурение твердыми сплавами надо применять во всех случаях, если породы поддаются резанию ими. Правильная вставка и заточка резцов увеличивают область распространения твердыми сплавами. Наиболее подходящим является победит РЭ-6 и РЭ-8. Стандартная форма резцов — восьмигранные призмы 5 X 10 мм (рис. 20а) и пластинки 3 х 7 х 10 мм (рис. 20б).

Коронка, оснащенная твердым сплавом, показана на рис. 21. Угол пристроения резцов от 45 до 75°. Чем крепче и трещиноватее порода, тем под более тупой угол затачиваются резцы. Резцы затачиваются на карборундовых кругах «экстра». Давление на коронку в крепких породах берется из расчета 100—150 кг на 1 резец.

Число оборотов коронки в 1 мин. — 100—200 в зависимости от диаметра и проходимых пород. Такие породы, как глинистые, филлитовые сланцы, известняки, мраморы, многие песчаники, выветрелые изверженные породы, целесообразнее всего проходить твердыми сплавами. Такие породы, как граниты, диориты, диабазы, различные брекчии и конгломераты, следует проходить дробовым бурением. Наиболее употребительные диаметры дробью—115, 100 и 85 мм.

Колонковое бурение скважин: суть метода и его особенности, плюсы и минусы технологии

  • Характеристика колонкового способа бурения
  • Сферы использования подобной технологии
  • Суть технологии
  • Этапы процесса
  • Технологические особенности колонкового бурения
  • Плюсы и минусы колонкового бурения

Способ проходки горных выработок, при котором разрушение массива происходит только по контуру режущей насадки, не нарушая целостности керна (пробы) внутри колонны (трубы), называется колонковым бурением. Возможность сохранения образца горной породы или бетонного фундамента в естественном состоянии предопределяет широкую сферу использования метода.

Колонковый способ бурения.

Характеристика колонкового способа бурения

Основное назначение — обеспечить достоверную информацию о веществах, находящихся в массивных образованиях, путем извлечения их на поверхность. Продуктами резания монолитов являются цилиндрические образцы твердой пробы и буровая мелочь — шлам.

Выемка керна осуществляется инструментом для работы в скважине:

  • коронки — кольца трубчатой формы Ø 76, 93, 112, 132, 151 и 190 мм, армированные с рабочего торца твердыми сплавами, или насадки Ø 36, 46, 59 и 76 мм с алмазами, другой конец оснащается трапециевидной резьбой для присоединения к колонковому буру;
  • колонковая труба для размещения керна;
  • переходник на трубчатую буровую колонну, собранную с помощью ниппельных или муфто-замковых соединений.

На торце наружной части колонны находится промывочный сальник. В инструмент для спуско-подъемных операций входят ключи различного назначения, подкладные вилки, элеваторы для захвата бурильных труб. Шлам выносится по затрубному пространству на поверхность водой или глинистым раствором, закачиваемым насосом высокого давления.

Установки колонкового бурения работают под разными углами в твердых массивах. Предельная глубина достигнута при бурении скважины на Кольском полуострове — 12226 м.

Существует несколько разновидностей кернового бурения:

  1. Вращательный способ — алмазный, твердосплавный или бескерновый.
  2. Ударно-вращательный с применением пневмо- и гидроударников.

Сферы использования подобной технологии

Подъем скального материала с глубоких горизонтов — главная область применения способа.

С его помощью решаются следующие задачи:

  1. Поиски и геологическая разведка. Подъем керна выполняется с целью описания строения продуктивных пластов твердых полезных ископаемых, нефти, воды, газа и вмещающих горных пород. Керновый столб отражает последовательность и мощность слоев, что необходимо для построения геологического разреза. Скважины используют и для проведения геофизических исследований.
  2. Изыскания гидрогеологические. При инженерных работах имеет значение, на какой глубине залегают грунтовые воды. Скальные промежутки преодолеваются с отбором проб или бескерновым способом.
  3. Строительство скважин на воду. Направлений использования 2: увидеть гидрогеологический разрез будущего водозабора и использовать пройденную выработку небольшого диаметра для последующего расширения шнековой установкой.
  4. Возведение свайных фундаментов. Применение колонкового бурения обосновывается так же, как при строительстве водяных скважин.
  5. Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. Для уточнения контуров рудного тела из подземных выработок осуществляется колонковая проходка разведочных скважин с отбором керна.
  6. Устройство цилиндрических проходов в бетонных сооружениях и кирпичных конструкциях. При сверлении алмазной коронкой получают отверстия в перегородках и перекрытиях зданий, имеющие ровные стенки и заданный размер.
  7. Проходка шурфов Ø 400-1500 мм при строительстве колодцев различного назначения. Строительство шахтных стволов диаметром ≥4 м.

Керновое бурение используется также при изучении многослойных ледников Антарктиды, для определения возраста старых деревьев по годовым кольцам.

Суть технологии

Породоразрушающий снаряд — колонковый бур с коронкой. Керновый способ бурения является разновидностью роторного. Частоту вращения труб можно регулировать в зависимости от осложнений, возникающих на забое или в стволе скважины.

По заполнении полости бура горной породой инструмент поднимают для извлечения содержимого:

  1. Керн в нижней части снаряда заклинивают, промывочный насос выключают.
  2. Колонковый бур с помощью лебедки извлекают из скважины, разбирая колонну на звенья — свечи, состоящие из 2-4 бурильных труб. Их общая длина меньше высоты мачты на 3-5 м.
  3. Коронку снимают со снаряда и осматривают на износ, при необходимости заменяют новой.
  4. Образец породы вынимают из керноприемника, инструмент собирают, и колонну в обратном порядке опускают в скважину для продолжения бурения.

После того как керн извлекают, его промывают, измеряют, укладывают в керновые ящики. В маркировке каждого столбика указывают интервал скважины, на котором отобрана проба.

На больших глубинах применяется технология бурения трубами со съемным керноприемником. Цилиндр размещают внутри колонны, а при наполнении полости породой поднимают его на поверхность.

Другой способ сэкономить время на спуско-подъемных операциях — не извлекать образцы из недр, если проходка ведется на изученном интервале. В таких обстоятельствах используют бескерновое бурение. В мягких и средней твердости грунтах этот прием позволяет повысить скорость строительства скважины.

Этапы процесса

Проходка скважин колонковым способом осуществляется с промывкой для удаления бурового шлама или без нее. В первом случае в состав оборудования установки включается насос высокого давления, что усложняет технологический процесс, но делает его более эффективным.

Бурение состоит из следующих этапов:

  1. Подготовка площадки под размещение станка. Место забуривания очищают от мусора и посторонних предметов, выравнивают поверхность до горизонтального состояния.
  2. Проходка шурфа для раствора и отвода потока жидкости. Яма располагается поблизости от будущей скважины и выкапывается на глубину ≥2 м. В тех же целях используют сварные баки или другие емкости.
  3. Монтаж буровой установки, ее оснастка и сборка инструмента. Верхняя труба закрепляется во вращателе станка.
  4. Бурение. Снаряд проникает в грунт за счет вращения и осевого давления, передаваемого на армированный торец коронки. Одновременно на забой скважины нагнетается вода или промывочный раствор.
  5. Разгрузка керноприемника. В зависимости от применяемой технологии, действие выполняется с извлечением буровой колонны или без этой операции, если оснастка установки предполагает работу со съемным керноприемником. Извлекают породу из трубы, помогая высвобождению образца легкими постукиваниями молотка по корпусу цилиндра.
  6. Возврат колонны или носителя керна в скважину и продолжение бурения с чередованием операций до достижения проектной глубины выработки.

Состав промывочной жидкости зависит от многих факторов, основные из них — тип применяемой коронки и состояние пересекаемых слоев породы. При алмазном бурении используют специальную эмульсию, в других случаях — глинистый раствор. Пересекая песчаный грунт, для укрепления стенок выработки в раствор добавляют жидкое стекло.

Замена мокрому удалению бурового шлама — выдувание его из скважины при помощи сжатого воздуха, подаваемого на забой выработки. Участки с неустойчивыми породами проходятся с применением обсадных труб.

Технологические особенности колонкового бурения

При вращательном способе проходки применяют забойные гидроударники и пневмоударники. Технология колонкового бурения имеет ряд особенностей, касающихся обустройства бурового снаряда.

Выдача проб на поверхность осуществляется разными методами. Есть технологии бурения со съемным керноприемником (ССК), с гидравлическим транспортом керна (КГК) или пневматическим (КПК).

Особенности применения алмазного бурения комплексами ССК:

  • забуривание осуществляется шарошечным долотом, твердосплавной или алмазной коронкой без использования специальных бурильных труб для ССК;
  • спуск снаряда приостанавливают за 30-50 см до забоя, после чего в колонну опускают керноприемник;
  • промывка скважины начинается, когда расстояние от снаряда до забоя соответствует длине колонкового набора — 2,5-2,7 м;
  • установка снаряда на забой производится после фиксации керноприемника на опорном кольце при вращении колонны со скоростью 120-150 об/мин и включенной промывке;
  • осевая нагрузка на первых 3-5 см устанавливается на 25-30% ниже давления, рекомендуемого для входа пробы в кернорватель;
  • промывочная жидкость представляет собой безглинистые эмульсионные растворы на технической воде, расход увеличивают в трещиноватом массиве и при возрастании скорости бурения;
  • отрыв керна выполняют без вращения: колонну приподнимают на 10-15 см от забоя, момент отсоединения улавливают по весовому датчику бурового станка.

Подъем ССК и колонны производится на небольшой скорости с добавлением промывки в скважину, чтобы не нарушить устойчивость стенок выработки. В процессе бурения ведется постоянный контроль показаний контрольно-измерительных приборов.

Плюсы и минусы колонкового бурения

Для устройств, способных бурить скважины километровой глубины, станки колонкового типа являются сравнительно легкими и маневренными. Сложный рельеф местности для них не является препятствием. Постоянное совершенствование технологии и бурового инструмента сделали этот метод универсальным, способным заменить любой из других способов проходки скважин.

К преимуществам колонкового бурения относятся:

  • цельность извлекаемых из выработки образцов породы;
  • малый диаметр скважин, позволяющий достигать больших глубин;
  • доступность разрушения грунтов различной крепости за счет возможности замены стальных коронок алмазным инструментом;
  • способность бурить вертикальные (в том числе восходящие) и горизонтальные скважины;
  • уменьшенная площадь резания массива обеспечивает высокую скорость проходки: часть породы не разрушается, а извлекается целиком.

К недостатку колонкового способа бурения относят необходимость применения глинистого раствора при строительстве водозаборных скважин, увеличивающая риск заиливания водоносного пласта промывкой. Чтобы избежать этого, можно использовать сухое удаление частиц породы.

Технология колонкового бурения: особенности процесса, преимущества и недостатки

Сегодня часто используется бурение скважин. Благодаря этому мы получаем чистую питьевую воду и не зависим от сферы коммунальных услуг. Как вариант применяют колонковое бурение, которое считается наиболее эффективным за счёт частичного разрушения грунта по кольцевому контуру.

Это делает скважину жесткой, позволяет сопротивляться с большими нагрузками и служить дольше. В отличие от других способов и инструментов для бурения, подобная технология позволяет углубляться до 1000 м, что совершенно не ограничивает рабочих в зависимости от территории проведения работы.

Высокая эффективность рабочего процесса определяется производительностью бурильной установки, что вызвано уменьшением площади контакта фрезы с породой грунта.

  1. Технологические особенности способа
  2. Сферы использования подобной технологии
  3. Суть технологии
  4. Этапы процесса
  5. Преимущества и недостатки колонкового бурения

Технологические особенности способа

Говоря о технологических особенностях, стоит выделить следующие аспекты и нюансы проведения работы:

  1. Для колонкового бурения подойдёт не только плотный, но и сыпучий грунт. Наличие большого разнообразия коронок позволяет бурить максимально плотные и твёрдые породы грунта.
  2. Ствол скважины на выходе получается идеально ровным, что обусловлено особенностями механизма. Наличие современного оборудования позволяет выполнять работы даже при наличии неровного ландшафта местности.
  3. Трубы, образующие колонну, можно использовать повторно, поскольку срок службы не ограничен.
  4. Оборудование для колонкового бурения предполагает своевременную замену коронки, поскольку спустя время она приходит в негодность и затупляется. Для увеличения срока службы коронки перед использованием новой насадки рекомендуется производить долбление грунта, что значительно продлевает срок службы изделия.
  5. Для идеального колонкового бурения площадка с буром должна находиться в ровной горизонтальной плоскости.

Если говорить о бытовой сфере деятельности подобных систем, то колонковый способ бурения предполагает монтаж бурильного оборудования на грузовые автомобили, где, например, выделяют Камаз, МАЗ, Урал и прочие варианты. Это добавляет проходимости, позволяет добираться в самые отдаленные уголки.

Наличие двигателей внутреннего сгорания позволяет использовать энергию этого двигателя для непосредственной работы автономно.

Сферы использования подобной технологии

Практика показывает, что колонковый бур можно использовать в следующих отраслях:

  1. Горнодобывающая промышленность. Здесь крайне важно определить тип горной породы, чтобы правильно подобрать переходники с керном под буровую установку и изучить тип горной породы. Именно поэтому часто достают сам бур, чтобы определить породу залегания на конкретном участке.
  2. Водоснабжение в частной и промышленной сфере. Благодаря возможности бурить на большую глубину, такие системы широко используются в вопросах колонкового бурения скважин для водоснабжения домов и поселков городского типа.Такой способ позволяет получить экологически чистое строительство скважины. При соблюдении технологии вода на выходе получится чистой, что позволит ей использоваться даже в закрытом контуре отопления, пропуская через тепловые насосы. Но, чтобы этого добиться, важно провести геодезическое сопровождение строительства.
  3. Строительство. В основном такие установки используются для бурения в капитальном строительстве. То есть, при возведении многоэтажных домов сегодня активно используется технология свайных фундаментов, предполагающая предварительную подготовку основания. Для этого важна геологоразведка и инженерно-экологическое изыскание, которое позволяет определить залегание породы, наличие крупных камней на той или иной глубине. В подготовленное отверстие либо заливают или забивают сваю, либо устанавливают железобетонную конструкцию.

Особенностью такой технологии можно считать возможность пробурить грунт под нужным углом, а также в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Суть технологии

В технологии колонкового бурения скважин грунта лежит разрушающий механизм, который представляет собой режущий элемент с алмазными проходками. Наличие алмазной коронки позволяет в короткие сроки проходить грунт на большую глубину независимо от диаметра.

По причине того, что количество оборотов вращения алмазной коронки будет высоким и сопротивление грунта также будет значительным, сама буровая установка должна быть тяжелой и мощной. В качестве основы и мобильной установки выбирают грузовой автомобиль. Сама коронка, а также специальная труба, на которой насажена фреза, должна быть выполнена из стали твердой породы, в том числе содержащей вольфрам, победит и алмаз. В качестве трубы используется пустотелый цилиндр.

Какие типы коронок могут применяться для колонкового бурения:

Применение алмазных резцов по периметру трубы позволяет бурить равномерно, не разрушая грунт изнутри. Установка колонкового бурения при наличии бура диаметром до 160 мм позволяет преодолеть за одну смену 3 сотни метров. Именно это и является ценным преимуществом системы во время проведения геологоразведки.

Если геологоразведка прошла удачно, по этому же самому месту можно произвести повторное бурение, что в дальнейшем позволит оборудовать полноценную скважину или добывать твердые полезные ископаемые.

Этапы процесса

Весь технологический процесс работы можно разбить на следующие этапы:

  1. Подготовка рабочей поверхности и изучение кадастрового плана. Здесь важно обустроить нормальный процесс подъезда к месту бурения, освободить от постороннего мусора и травы. Важна выкипировка участка для улучшения качества выполняемой работы.
  2. В работе будет использоваться не только бурильная установка, но и машина с промывочной жидкостью. Для слива необходимо недалеко от места колонкового бурения выкопать яму до 2 кубических метров для слива отработанной жидкости от шлама.
  3. На месте колонкового бурения необходимо пробить грунт, чтобы там разместить основную часть ствола и впоследствии наращивать ее по мере необходимости.
  4. Во время колонкового бурения внутренняя полость трубы будет заполняться отработанным грунтом. Именно поэтому необходимо чаще извлекать из трубы породу на поверхность. После извлечения труб бур снова погружают в землю и бурят до достижения необходимой глубины.

Во время бурения необходимо промывать отверстия для упрощения рабочего процесса. Если же это невозможно по ряду причин, то работа может быть выполнена на сухую, что крайне нежелательно для режущего элемента. В случае использования алмазной коронки, соединенной с трубой, специалисты применяют эмульсию специального типа.

Если работы выполняются по песчаному грунту, то в эту эмульсию необходимо добавлять жидкое стекло, а также массу, содержащую глинистый раствор, что может укрепить стенки колонны.

Если мы говорим о работе в неустойчивой почве, то для укрепления столбика колодца необходимо обустраивать обсадную трубу. При этом сама технология промывки может быть заменена продувкой сжатым воздухом.

Как на практике происходит процесс колонкового бурения с промывкой скважины:

Преимущества и недостатки колонкового бурения

Среди преимуществ и недостатков колонкового бурения можно выделить следующие моменты:

  • Высокая скорость колонкового бурения, что достигается точным воздействием режущих элементов. Это же снижает и степень разрушения породы грунта. Отсюда высокая производительность и быстрая скорость сдачи объекта.
  • Возможность произвести геологоразведку, что значительно ускоряет дальнейшие этапы шнекового бурения.
  • Большая область применения, включающая в себя строительство, оборудование скважин, а также прочие сферы.
  • Возможность смены коронки, что позволяет за одну смену пробурить огромное количество метров. При этом частота оборотов долот может регулироваться, что дает возможность подстраиваться под тип грунта.

В конечном счете работа по обустройству дешевле, поэтому и конечному потребителю скважина обходится меньше.

Что касается недостатков, то сюда можно отнести необходимость использования промывки, а также глиняного раствора для дополнительного укрепления стенок скважины. Если этого не делать, то сухое колонковое бурение будет стоить еще дороже, чем воспользоваться шнековым буром или роторной буровой установкой.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: