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.

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.

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.

Читайте также: про бурение скважин под сваи фундамента — описание технологии.

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.

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 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.

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.

byreniepro.ru

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:

колонковое;
шнековое;
роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

геологоразведка полезных ископаемых;
бурение разведочных скважин;
устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
колонковая труба;
труба для отвода шлама;
штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
трубу освобождают от выбуренной породы;
опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.

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.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение — метод вращательного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала. Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.

Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.

Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.

В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав буровой установки роторного типа входит:

рамная или решётчатая вышка;
двигатель с приводом;
ротор и бурильная колонна;
насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.

Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент — долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

Разрушение породы при помощи долота.
Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды. Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

заглубление в грунт долота большого диаметра;
вращение долота под воздействием ротора;
установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин. Подводя итоги, можно сказать, что:

Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
Роторное бурение — оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость обустройства скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

Полезное видео по теме

Ролик с демонстрацией принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:

Особенности бурения скважины шнеком:

Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, наружная часть которой выполнена стальными трубами, внутренняя полимерными:

Бурение водоносной скважины — трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты. Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя.

Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.

sovet-ingenera.com

Бурильный инструмент при колонковом способе

В качестве грунторазрушающего устройства применяется специальный инструмент с твердосплавными режущими частями или алмазными вставками.

На кольцеобразном корпусе из легированной стали крепятся специальные замки для установки режущих пластин из твердого сплава. Пластины крепятся винтами и, по мере износа или притупления, заменяются на новые. На корпусе выполняется трапецеидальная многозаходная резьба для установки на бурильную колонковую трубу.

Конструкция коронки и технология способа бурения позволяет проходить самые твердые скальные породы при сохранении достаточной производительности. Этому способствует также применение воды или глинистого раствора в процессе проходки ствола. Кроме назначения выноса продуктов бурения из скважины, эти среды работают и как смазывающе-охлаждающие жидкости.

Трубы колонковые (обсадные)

Эти изделия производятся по специально разработанному ГОСТу 51682-2000. Их назначение – колонковое бурение при разведке на твердые полезные ископаемые, для добычи воды, разведочно – геологических изыскательских работах и в строительстве для получения лидерных скважин.

Одной из распространенных исполнений изделия колонковые трубы являются изделия с соединениями в виде ниппелей. Оба конца таких деталей имеют наружную резьбу, а сами трубы – внутреннюю.

Материалом для изготовления обоих изделий является сталь по группе прочности «К», по согласованию с потребителем применяется сталь марки 45.

Чтобы повысить устойчивость поверхности к износу, колонковые трубы по их концам на расстоянии порядка 500 мм подвергаются закалке с применением ТВЧ. Для таких изделий твердость поверхности должна быть не менее 40 единиц по Роквеллу. А чтобы исключить «заедание» резьбы, ниппеля обрабатываются способом карбонитрации. Твердость поверхности по резьбе не менее 50 Роквелла. Длина ниппелей стандартная и составляет 170 мм.

Колонковые трубы допускается использовать по прямому назначению повторно.

Длины изделий варьируются в пределах 0.4 – 6 метров в зависимости от применяемых технологий бурения и особенностей применяемого для этого оборудования. Длина труб оговаривается в договоре на их поставку

Технологические особенности колонкового способа

Колонковое бурение скважин производится следующим образом:

В задании на выполнение работ указывают географические координаты скважины ее назначение и параметры.
Бурящая организация самостоятельно добирается до места назначения, применяя для этого самоходные бурильные установки на базе различных средств грузового автотранспорта или на гусеничном ходу.
Производится подготовка площадки под установку буровой установки, которая должна быть строго горизонтальной.
Изготавливаются емкости для воды или глинистого раствора, применяемого при бурении скважины.
Обычно для промывки скважины применяется чистая вода. Но при прохождении водно-песчаного слоя необходимо использовать глинистый раствор, в процессе бурения укрепляющий стенки шурфа от обрушения. В специальных случаях вместо глины применяется жидкое стекло.
Применение промывки при прохождении рыхлых гравийно – каменистых горизонтов неэффективно, ввиду того, что промывочная жидкость активно уходит внутрь грунта. В таких условиях единственным вариантом продолжения бурения является обсадка стенок скважины металлической трубой.
При необходимости исследования геологического разреза местности в месте бурения, керноприемник периодически извлекают для исследования образцов кернов.
В определенных условиях колонковое бурение становится более эффективным при продувке скважины сжатым воздухом от компрессора.
Колонковое бурение скважины по твердым грунтам возможно с обсаживанием ее стенок только при достижении проектной глубины.
Способ позволяет осуществлять бурение под углом, а также для проходки горизонтальных «проколов». В таком случае обсадка применяется с самого начала процесса.

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.

Достоинства и недостатки колонкового бурения

К несомненным положительным сторонам процесса следует отнести такие, как:

относительно высокую скорость проходки на любых грунтах, снижающую себестоимость объекта в целом;
возможность подробного изучения геофизических данных на участке бурения по кернам;
пониженную энергоемкость процесса.

В то же время имеется существенный недостаток, характерный для всех процессов, при которых применяется глинистый раствор – возможное заиливание водоносного слоя продуктами промывки при вскрытии пласта.

oburenie.ru

4.1.Промывка скважин

Колонковое бурение производится с промывкой скважины. Основным назначением промывки является:

Очистка забоя скважины от разбуренной породы и вынос ее на поверхность.
Охлаждение породоразрушающего инструмента.
Укрепление стенок скважины от обрушения

Существует три способа промывки скважин: с выходом промывочной жидкости на поверхность земли: прямая, обратная и комбинированная.

Прямая промывка (рис. 3.2.), когда промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем (при бурении кольцевым забоем) между керном и колонковой трубой омывает забой, охлаждает породоразрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины и, наконец, выходит на поверхность.

Достоинства прямой промывки: 1) буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий коронки приобретает большую скорость и с силой ударяет о забой, размывая разбуриваемую породу, что способствует увеличению скорости бурения; 2) применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпучих, рыхлых и трещиноватых породах обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы.

Недостатки прямой промывки: 1) возможен размыв стенок скважины при бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока; 2) пониженный процент выхода керна в результате динамического воздействия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву; 3) при бурении скважин большого диаметра повышенный расход промывочной жидкости, необходимый для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность. Прямая промывка имеет преимущественное применение в практике разведочного бурения.

Обратная промывка, когда промывочная жидкость движется к забою по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины, омывает забой, входит в отверстия породоразрушающего инструмента, при наличии керна проходит пo кольцевому зазору между керном и колонковой трубой, проходит по внутреннему каналу бурильной колонны и, обогащенная шламом, выходит на поверхность земли.

Достоинства обратной промывки: интенсивная очистка забоя от частиц разрушенной породы и возможность гидравлического транспорта кернов через бурильные трубы на поверхность. Основной недостаток обратной промывки — невозможность обеспечения нормального процесса бурения при наличии в разрезе поглощающих горизонтов, в которых теряется полностью или частично промывочная жидкость. В связи с более сложной организацией обратной промывки она имеет ограниченное применение.

Комбинированная промывка, когда движение промывочной жидкости над колонковой трубой осуществляется по схеме прямой промывки, а ниже с помощью специальных устройств по схеме обратной промывки. Техническое исполнение комбинированной промывки связано с применением устройств, преобразующих прямую промывку в обратную в призабойной зоне. Комбинированная промывка применяется с целью повышения выхода керна.

4.2.Основные типы промывочной жидкости и условия применения

1. Техническая вода (пресная, морская, рассолы) применяется при бурении в устойчивых породах.

2. Глинистые растворы применяются в трещиноватых, рыхлых сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых породах для предотвращения обвалов, а также в трещиноватых скальных породах для борьбы с потерей циркуляции.

Кроме того, при бурении в особо сложных и специфических условиях применяют более сложные растворы с специальными добавками.:

1. Для приготовления легких химически аэрированных буровых растворов применяют глинопорошки, поверхностно-активные вещества (0,1—0,2%), реагенты-структурообразователи (каустическая сода 0,1—0,2%) или кальцинированная сода (0,5—2,5%).

2. Утяжеленные глинистые растворы применяются при вскрытии пластов с большим пластовым давлением для предупреждения выбросов из устья скважины фонтанной воды, нефти или газа. Для изготовления утяжеленного глинистого раствора к нему добавляют инертный порошкообразный материал — утяжелитель, изготовленный из тяжелых минералов: — барита (BaSO 4); гематита (Fe 2 O 3) и др.. После задавливания фонтана под действием гидростатического давления утяжеленного раствора, над устьем скважины устанавливают противовыбросную арматуру, промывают скважину облегченным аэрированным глинистым раствором или технической водой, удаляют утяжеленный раствор и фонтанирование скважины восстанавливается.

3. Эмульсионные буровые растворы. Эмульсией называется система, состоящая из двух (или нескольких) взаимно нерастворимых жидких фаз, одна из которых диспергирована в другой. Различают два типа эмульсии. Эмульсии первого рода — «масло в воде» (М/В), когда масло в водной среде находится в виде мельчайших шариков.

Эмульсии второго рода, называемые инвертными или обратными, — «вода в масле» (В/М), когда вода в виде мельчайших шариков распределена в масле. Для придания эмульсии устойчивости применяют специальные реагенты — эмульгаторы. Эмульсионные растворы первого рода нашли широкое применение при алмазном высокоскоростном бурении с целью гашения вибрации и снижения мощности на вращение бурильной колонны.

4. Растворы на нефтяной основе (РНО), применяют для вскрытия нефтяных и газовых пластов для сохранения их естественной проницаемости. Эти растворы сложны по своему составу, более дорогие, чем буровые растворы на водной основе.

5. Термостойкие промывочные жидкости

4.3.Назначение глинистых растворов и их свойства

Глинистые растворы имеют следующие назначения: 1) глинизация стенок скважин; 2) удержание выбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции; 3) создание повышенного противодавления на пласт; 4) облегчение транспортирования по стволу; 5) предохранение бурового инструмента от коррозии благодаря тонкой глинистой корке, покрывающей поверхность инструмента.

По размерам диспергированных (раздробленных) частиц различают два вида жидких дисперсных систем: 1) коллоидные растворы и 2) суспензии.

Коллоидные частицы в жидком растворителе (например, воде) под действием силы тяжести практически не оседают. Суспензией называется взвесь, т. е. дисперсная система, состоящая из двух фаз — жидкой и твердой, в которой мелкие твердые частицы размером от 0,1 до 10 мкм и более взвешены в жидкости. С течением времени, под действием силы тяжести, взвешенные частицы осаждаются на дно сосуда.

Глина это дисперсная система, состоящая из воды и взвешенных в них частичек размером от коллоидных до частиц суспензий. Количество коллоидных частиц в глинистом растворе зависит от сорта глины и от способа его приготовления. Чем больше коллоидных частиц в растворе, тем лучше его качество. В нормальном глинистом растворе суммарная поверхность коллоидных частиц вследствие малых размеров и большого их количества превосходит суммарную поверхность частиц суспензий. Поэтому глинистый раствор есть коллоидно-суспензионная система, которая имеет свойства коллоидного раствора.

В глинистом растворе коллоидные частицы заряжены отрицательными электрическими зарядами, а ионы воды, положительными зарядами. Частицы глины как заряженные одноименным электричеством отталкиваются друг от друга. Вследствие весьма малых размеров и массы коллоидных частиц превалирующее значение для них имеет действие сил электрических зарядов, а не сила тяжести. Отталкивание коллоидных частиц, заряженных одноименным электричеством, способствует нахождению частиц во взвешенном состоянии.

Глинистые растворы являются гидрофильными коллоидными растворами, в которых частицы глины смачиваются водой. Явление смачиваемости частиц глины водой объясняется тем, что силы притяжения между молекулами глины и воды значительно больше, чем между молекулами воды, Воду, входящую в состав глинистого раствора, можно разделить на адсорбированную и свободную.

Адсорбированная вода связана с частицами глины силами притяжения, образует вокруг них гидратные оболочки и по своим свойствам значительно отличается от обычной воды (например, имеет большую плотность, большую вязкость и пр.).

Свободная вода в глинистом растворе является дисперсионной средой, в которой находятся глинистые частицы с адсорбированной водной оболочкой. Практическое значение смачиваемости состоит в том, что при столкновении частиц с гидратными оболочками они не слипаются. Между частицами остается прослойка молекул свободной воды. Смачиваемость частиц обеспечивает устойчивость глинистых растворов, состоящих из хорошо смачивающихся коллоидных частиц.

Стабильностью называют свойство коллоидных частиц, находящихся в коллоидном растворе во взвешенном состоянии. Стабильность обеспечивается: 1) высокой степенью дисперсности частиц и, следовательно, их весьма малой массой; 2) наличием у коллоидных частиц одноименных электрических зарядов, вызывающих взаимное отталкивание; 3) гидрофильностью коллоидов, т. е. наличием вокруг коллоидных частиц уплотненных гидратных оболочек, которые предохраняют частицы от слипания и последующего оседания. Поэтому глинистый раствор в течение долгого времени сохраняется в жидком состоянии и способен перекачиваться насосом.

Структурообразованием называется способность глинистых растворов, находящихся в покое, образовывать внутри себя структуру. Причина образования структуры и ее последующего роста в глинистом растворе состоит в том, что глинистые частицы имеют форму тонких пластинок, которые несут электрический заряд по своей широкой боковой поверхности и поэтому поверхность хорошо смачивается водой. По толщине контура эти пластинки имеют слабый электрический заряд или он отсутствует. Поэтому по тонким контурным поверхностям частицы плохо смачиваются водой. Столкновение отдельных коллоидных частиц с плохо смоченными поверхностями приводит к их слипанию. С течением времени число слипшихся частиц увеличивается и в растворе образуется пространственный решетчатый каркас из коллоидных частиц, слипшихся тонкими боковыми поверхностями. Вода остается в ячейках этой сетки и не может свободно перемещаться. Раствор становится густым, похожим на студень или гель.

При встряхивании или перемешивании загустевшего глинистого раствора структура его разрушается и глинистый раствор приобретает свойства жидкого раствора.

Тиксотропией называется свойство глинистого раствора загустевать при стоянии и разжижаться при встряхивании или перемешивании. Тиксотропией обладают не все коллоидные растворы, а только некоторые, в том числе глинистые растворы Тиксотропностью называется быстрота образования структуры, а после перемешивания — быстрота восстановления структуры.

Удерживающей способностью глинистого раствора называется способность глинистого раствора удерживать частицы породы при структурообразовании. Это свойство глинистого раствора предотвращает осаждение частиц породы на забой при прекращении циркуляции.

Коагуляцией , или свертыванием, коллоидов называется процесс слипания коллоидных частиц в агрегатные группы с последующим осаждением этих частиц под влиянием силы тяжести. Коагуляция коллоидов происходит, если коллоидные частицы сделать нейтральными, они при столкновении будут соединяться, а группы, агрегаты оседать под влиянием силы тяжести. Коагуляция глинистого коллоида происходит от прибавления к воде коагулянтов, например некоторого количества поваренной соли NaCl, которая распадается под действием молекул воды с образованием положительных ионов натрия, нейтрализующих глинистые частицы, заряженные отрицательным электричеством. Если скважиной пересечены соленосные породы или водоносный горизонт с соленой водой, глинистый раствор, протекающий по стволу скважины, может подвергаться коагуляции. Обратимыми коллоидами называются такие коллоиды, которые при надлежащем электрическом состоянии среды способны восстанавливаться из скоагулированного состояния.

Пептизацией называется процесс превращения скоагулированного коллоида, свернувшегося в виде комочков, в коллоидный раствор. Для использования свойств обратимости коллоидов к глинистому раствору в качестве пептизаторов добавляют вещества, восстанавливающие отрицательные электрические заряды у глинистых частиц. К числу пептизаторов относятся: щелочи (каустическая сода, едкий натр NaOH, кальцинированная сода Na2CO3 и др.) или коллоиды, имеющие отрицательные электрические заряды, например гуминовая кислота.

Содержание в глине окислов и солей . Глины могут содержать примеси окиси железа (Fe2O3), окиси натрия (Na2O), окиси кальция (СаО), окиси магния (MgO), окиси калия (К2О) и др. Наличием преобладающей примеси часто определяются свойства глины. Чем больше в глине содержится натрия, тем лучше ее качество. Наличие солей (NaCl, СаС12, CaSO4 и др.) ухудшает качество глины. Сильно засоленные глины можно применять для приготовления глинистых растворов, но при этом необходима дополнительная их химическая обработка.

Набухание глин . Набуханием называется свойство глин увеличиваться в объеме при поглощении воды. Натриевые бентонитовые глины могут при замачивании увеличиваться в объеме в 8—10 раз и легко распадаются в воде на отдельные частицы. В кислых щелочных и солевых растворах бентонит не набухает. Гидрослюдистые и палыгорскитовые глины обладают меньшей способностью набухать. Каолиновые глины не набухают, расщепляются в воде плохо, растворы, приготовленные из них, неустойчивы и быстро разделяются на твердую фазу и жидкость. Глинизация стенок скважины используется при бурении с промывкой глинистым раствором в неустойчивых породах для укрепления стенок скважины и для изоляции пластов. После внедрения глинистого раствора в пустоты пород и его загустевания в них кольцевая зона породы вокруг ствола скважины укрепляется. После образования глинистой корки на стенках скважины прекращается поступление свободной воды из бурового раствора в пустоты пород. Кроме того, если пласты пород содержат воду, нефть газ и если величина пластового давления не превышает величину гидростатического давления промывочной жидкости на стенки скважины, то вода, нефть и газ не поступят из пласта в скважину. Происходит изоляция пластов и прекращение движения жидкости или газа в системе скважина-пласт. Для успешной глинизации в глинистом растворе должны преобладать мелкие коллоидные частицы, над крупными частицами суспензий. Наиболее коллоидальными являются бентонитовые глины, которые обеспечивают пониженную водоотдачу, повышенную вязкость и повышенные тиксотропные свойства глинистых растворов.

Глинистый раствор с недостаточным количеством коллоидных частиц не обладает способностью закупоривать все отверстия между частицами породы. Толстая корка пропускает воду, плохо связывается с породами и легко обваливается. Вода, проникшая в пласт, уменьшает силу трения между частицами и поэтому снижает устойчивость стенок скважины. При подъеме и спуске бурильных труб толстая корка набирается на замковые соединения труб, образуя сальники, что способствует прихватам инструмента. Толстая корка затрудняет спуск обсадной колонны и нередко приводит к прихвату последней.

Глинизация стенок скважины является крупным недостатоком при вскрытии водоносного или нефтегазоносного пласта, так как предотвращает или уменьшает приток воды или нефти и газа из пласта в ствол скважины. Поэтому вскрытие водоносного горизонта должно производиться с промывкой водой, безглинистым самораспадающимся (водогипановым или крахмальным) раствором.

4.4.Методы измерения свойств промывочных растворов

Во избежание зашламования скважины разность удельного веса жидкости, выходящей из скважины, и удельного веса промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину, должна быть в пределах 0,01 — 0,03; поэтому необходимо периодически замерять эти параметры

Плотность тела - это отношение массы тела к его объему промывочной жидкости необходимо: 1) для суждения о степени насыщенности глинистого раствора глиной; 2) для суждения о степени насыщенности промывочной жидкости шламом разбуренных пород 3) для определения гидростатического давления..

Плотность нормального глинистого раствора в зависимости от требуемого гидростатического давления должна быть в пределах 1,08—1,45 г/см3; аэрированного (насыщенного воздухом) 0,7— 0,9 г/см3; утяжеленного (с добавкой порошка барита или гематита) до 2,30 г/см3.

Плотность промывочной жидкости измеряют ареометрами постоянного объема

Вязкость глинистых растворов. Под вязкостью понимается внутреннее трение, существующее между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга с различной скоростью. Условная вязкость определяется при помощи стандартного полевого визкозиметра (СПВ-5). Чаще применяются растворы, 500 см3 которых вытекают за 18—24 с (вязкость 18— 24 с). Для борьбы с поглощением применяются растворы повышенной вязкости (40—80 с и более).

Содержание песка в глинистом растворе. При значительном содержании песка в растворе происходит быстрый износ деталей насоса, бурового сальника (вертлюга) и другого оборудования. Во время остановки циркуляции песок оседает на забой скважины и может прихватить колонковый снаряд. Под песком понимается содержание твердых частиц разбуренных пород и комочков глины. Содержание песка определяется разбавлением раствора водой в отношении 1: 9 и отстоем в течение 1 мин. За это время в осадок выпадают фракции песка крупнее 0,1 мм. Для более полного осаждения всех фракций песка, оставляют раствор в покое в течение 3 мин. Для определения содержания песка применяется отстойник ОМ-2. В нормальном глинистом растворе содержание песка должно быть менее 4%.

Суточный отстой характеризует стабильность глинистого раствора, т. е. способность в течение длительного времени не расслаиваться на твердую и жидкую фазы.. Нормальные глинистые растворы должны за сутки давать отстой не более 3—4%. Стабильность глинистого раствора определяется с помощью прибора ЦС-2 . У нормальных растворов эта разница не должна превышать 0,02 г/см3.

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отфильтровывать воду в пористые породы. Показатель водоотдачи характеризуется объемом воды в кубических сантиметрах, отфильтровывающейся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раствора через бумажный фильтр диаметром 75 мм под избыточным давлением 0,1 МПа. Водоотдача имеет большое значение при бурении в пористых породах. Глинистые растворы с большой водоотдачей образуют рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки бурового инструмента при подъеме. Проникновение воды в глинистые породы вызывает их набухание и выпучивание в ствол скважины. Снижение водоотдачи глинистого раствора способствует устранению этих явлений. Величина водоотдачи зависит: 1) от качества глины; 2) от качества воды: (жесткая и засолоненная вода повышает водоотдачу); 3) от способа приготовления раствора (недостаточное размешивание глины приводит к повышению водоотдачи); 4) надлежащая химическая обработка раствора снижает водоотдачу.

Водоотдачу глинистого раствора определяют на приборе ВМ-6

Нормальной для глинистых растворов считается водоотдача не более 25 см3 за 30 мин. Для борьбы с прихватами и обвалами снижают водоотдачу посредством химической обработки до 5— 6 реже до 2—3 см3 за 30 мин. Растворы, имеющие водоотдачу свыше 25 см3 за 30 мин, могут создавать осложнения при бурении в пористых породах.

Статическое напряжение сдвигу θ характеризует способность глинистых растворов удерживать во взвешенном состоянии частицы породы.

Так как связи между частицами глины в тиксотропном растворе устанавливаются постепенно, то величина θ зависит от времени стояния раствора в покое. Вначале θ быстро растет, а затем медленно повышается до определенного предела. Измеряется θ в приборах, называемых пластометрами.

Статическое напряжение сдвига θ характеризует способность глинистого раствора удерживать во взвешенном состоянии частицы шлама.

Выбор глины. Оценку пригодности глины лучше всего производить по качеству приготовленного из этой глины раствора. Из небольшого количества испытуемой глины приготовляют глинистый раствор с условной вязкостью i = 18—24 с. Производят измерение показателей свойств полученного глинистого раствора. Сравнивают результаты измерений с параметрами глинистого раствора для нормальных условий бурения и делают вывод о пригодности полученного раствора для целей бурения без его химической обработки.

Глинопорошки изготовляют на глинозаводах, транспортируют в бумажных мешках и применяют для приготовления глинистого раствора для ускорения распада глины на коллоидальные частицы. На заводе при изготовлении глинопорошков к ним могут быть добавлены химические реагенты, повышающие качество раствора.

4.5.Расчет потребного количества глины

Количество глины для изготовления единицы объема глинистого раствора, имеющего определенную вязкость, зависит от степени коллоидальности глины. Глины принято сравнивать по выходу получаемого из них раствора установленной вязкости.

Выходом глинистого раствора VB называется объем глинистого раствора в м3 установленной вязкости из 1 т глины.

Количественные показатели глинистого раствора для глин различной степени коллоидальности при плотности глины рг = = 2,5 т/м 3 и условной вязкости глинистого раствора 25— 30 с приведены в табл. 6.1.

Количественные показатели глинистых растворов разной коллоидальности

Степень коллоидальности глины	Плотность глинистого раствора Рр г/см	Объем глины Vr на 1м3 раствора, м3	Масса глины m на 1м3 раствора, кг	Выход глинистого раствора из 1 т глины Vв. м3/т
Высококоллоидная
Коллоидная
Среднеколлоидная
Малоколлоидная

Определение объема глины V г для приготовления V р1 м 3 глинистого раствора.

Пусть: Рг — плотность глины (природные глины в воздушно-сухом состоянии имеют плотность от 2,2 до 2,8 т/м3, в среднем» 2,5 т/м3); Рв = 1 т/м 3 — плотность воды; Рр — плотность глинистого раствора, т/м 3 (см. табл. 25); Vг — объем глины для приготовления 1 м 3 глинистого раствора, м 3 . Составим уравнение масс в объеме 1 м 3: (масса глины) + (масса воды) = (масса раствора). Заменив массы на соответствующие им произведения объема на плотность, учитывая, что объем воды можно представить как разность объема раствора и объема глины и приняв за единицу объем раствора, получим

VrPr+VвРв=VpPp;

Так как Vp=1

VrPr + (1 — Vr) Рв = Рр

VrPr + Рв — VгРв = Рр

Vr (Рг — Рв) = Рр — Pв

Vr= Рр — Pв/ Рг — Рв)

Определение массы глины m для приготовления 1 м 3 раствора m = Vr * Pr

Объем глинистого раствора V для бурения заданной скважины V = V1 + V2 + V3, м 3 где V1 = объем скважины = Дср*Н (здесь Д — средний диаметр скважины, Н - глубина скважины)

V2 — объем резервуаров для хранения глинистого раствора (2—5 м 3); V3 — потеря глинистого раствора в скважине — зависит от степени трещино-ватости пород (V3 = 2—5 Vх и более).

Масса глины М для бурения заданной скважины

где м— масса глины для приготовления 1 м 3 раствора, т; V — объем глинистого раствора для бурения заданной скважины, м 3 . Насыпная масса (глина имеет пористость с суммарным объемом пустот = 20%) будет меньше за счет пористости, поэтому M=m*V*0.8

5.ТЕХНОЛОГИЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

В зависимости от категории пород можно задавать разные режимы бурения, параметрами которого является:частота вращения бурового снаряда, осевая нагрузка и объем подачи промывочной жидкости в единицу времени. Режимы бурения разные для победитового и алмазного бурения. Коронки также изготовляются разными по конструкции для разных категорий пород.

Нагрузка на коронку задается, исходя из количества основных (объемных) резцов, их размеров и твердости пород. Общая нагрузка на коронку должна быть равна С= m*q

где m— число объемных (основных) резцов; q — рекомендуемое давление на 1 резец, Η (см. табл. 7.1).

Частота вращения коронки должно быть n=60V / η Dср где V - окружная скорость коронки 0,6-1,6 м/с, Dср - средний диаметр коронки, м

Подача промывочной жидкости определяется, исходя из скорости восходящего потока Vn и диаметра скважины; Vπ = 0,25— 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vπ. При бурении в трещиноватых и абразивных породах необходимо снижать окружную скорость и осевую нагрузку.

Промывка при алмазном бурении должна обеспечивать хорошее охлаждение алмазов, так как они при сильном нагреве они графитизируются. Скорость восходящего потока между бурильной колонной и стенками скважины должна быть в пределах 0,4— 0,8 м/с.

При наполнении колонковой трубы керном буровой инструмент поднимают на поверхность. Для этого над коронкой помещают кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы осторожно и последовательно извлекается, документируется и укладывается в керновые ящики.

Чтобы обеспечить загородный участок постоянным источником питьевой воды, совсем не обязательно подключаться к системе централизованного водоснабжения. Зачастую гораздо экономнее и практичнее оказывается или на воду, которая сможет обеспечить круглосуточное водоснабжение участка. Существует несколько методов глубокой проходки водных стволов, из которых более всего выделяется колонковое бурение, позволяющее в относительно короткие сроки устроить источник постоянного водоснабжения на участке.

Колонковое бурение – это разрушение породы с помощью вращательных движений, которые совершаются колонковой трубой, на конце которой установлена коронка, сделанная из твердосплавных или алмазных материалов. Преимущества такого метода заключаются в следующем:

Если производится глубокое с помощью колонковой трубы, то необходимо воспользоваться промывкой, которая позволит очистить и укрепить стенки скважины.

Производить колонковое бурение скважины своими руками не рекомендуется, так как даже при наличии необходимой установки, следует знать целый ряд тонкостей и специальных правил, связанных с бурильными работами. При отсутствии опыта и профессиональных знаний можно допустить немало ошибок, которые впоследствии обязательно скажутся на правильном функционировании скважины.

Обратившись в нашу компанию, которая занимается оказанием полного спектра услуг, связанных с бурильными работами, вы полностью избавите себя от необходимости переживать за благополучный результат, так как у нас работают только самые опытные специалисты. Помимо этого, наша компания обладает такими достоинствами, как:

Оперативное выполнение работ
Умеренные цены
Предоставление гарантии на все виды работ, которые выполняют наши специалисты

Если грунт, в котором необходимо пробурить скважину, отличается высокой плотностью, то для создания в нем отверстия требуется задействовать специальный буровой инструмент повышенной прочности. Одним из альтернативных методов работы с такого рода грунтом является использование колонковых буров. Именно данный тип бурового инструмента предназначен для создания отверстия необходимого диаметра в бетонной конструкции или в скальной породе. При этом горную породу, образуемую в процессе бурения, можно поднять с помощью того же колонкового бура или разрушить посредством скального бура.

Отправить запрос

× Close

Запрос цены на оборудование

Категория пород по буримости	Горные породы
	Торф и растительный слой без корней. Рыхлые: лёсс, пески (не плывуны), супеси без гальки и щебня. Ил влажный и иловатые грунты. Суглинки лёссовидные. Трепел. Мел слабый.
	Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой (до 3 см) гальки и щебня. Супеси и суглинки с примесью до 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня. Пески плотные. Суглинок плотный. Лёсс. Мергель рыхлый. Плывун без напора. Лед. Глины средней плотности (ленточные и пластичные). Мел. Диатомит. Сажи. Каменная соль (галит). Нацело каолинизированные продукты выветривания изверженных и метаморфизованных пород. Железная руда охристая.
	Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня.Лёсс плотный. Дресва. Плывун напорный.Глины: с частыми прослоями (до 5 см) слабосцементированных песчаников и мергелей, плотные, мергелистые, загипсованные, песчанистые.Алевролиты глинистые слабосцементированные.Песчаники слабосцементированные глинистым и известковистым цементом.Мергель.Известняк-ракушечник. Мел плотный.Магнезит. Гипс: тонкокристаллический, выветрелый.Каменный уголь слабый. Бурый уголь.Сланцы: тальковые, разрушенные всех разновидностей.Марганцевая руда. Железная руда окисленная, рыхлая.Бокситы глинистые.
	Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород.Мерзлые водоносные пески, ил, торф. Алевролиты плотные глинистые. Песчаники глинистые. Мергель плотный. Неплотные: известняки и доломиты. Магнезит плотный.Пористые: известняки, туфы. Опоки глинистые. Гипс кристаллический. Ангидрит. Калийные соли. Каменный уголь средней твердости. Бурый уголь крепкий. Каолин (первичный). Сланцы: глинистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, алевролитовые. Серпентиниты (змеевики) сильно выветрелые и оталькованные. Неплотные: скарны хлоритового и амфибол-слюдистого состава. Апатит кристаллический. Сильно выветрелые: дуниты, перидотиты. Кимберлиты, затронутые выветриванием. Мартитовые и им подобные руды сильно выветрелые. Железная руда мягкая вязкая. Бокситы.
	Галечно-щебенистые грунты. Галечник мерзлый, связанный глинистым или песчано-глинистым материалом с ледяными прослойками. Мерзлые: песок крупнозернистый, древеса, ил плотный, глины песчанистые.Песчаники на известковистом и железистом цементе.Алевролиты. Аргиллиты. Глины аргиллитоподобные, весьма плотные, плотные сильно песчанистые. Конгломерат осадочных пород на песчано-глинистом или другом пористом цементе. Известняки. Мрамор. Доломиты мергелистые.Ангидрит весьма плотный. Опоки пористые выветрелые.Каменный уголь твердый. Антрацит, фосфориты желваковые.Сланцы: глинисто-слюдяные, слюдяные, тальково-хлоритовые, хлоритовые, хлорито-глинистые, серицитовые.Серпентиниты (змеевики).Выветрелые: альбитофиры, кератофиры. Туфы серпентизированные вулканические.Дуниты, затронутые выветриванием. Кимберлиты брекчиевидные.Мартитовые и им подобные руды неплотные.
	Ангидриты плотные, загрязненные туфогенным материалом.Песчаники: полевошпатовые, кварцево-известняковые.Алевролиты с включением кварца. Известняки: плотные, доломитизированные, скарнированные. Доломиты плотные.Опоки. Сланцы: глинистые, кварцево-серицитовые, кварцево-слюдяные, кварцево-хлоритовые, кварцево-хлоритосерицитовые, кровельные. Хлоритизированные и рассланцованные, альбитофиры, кератофиры, порфириты, габбро.Аргиллиты слабо окремненные.Дуниты, не затронутые выветриванием. Перидотиты, затронутые выветриванием.Амфиболиты. Пироксениты крупнокристаллические. Талько-карбонатные породы.Апатиты.
	Скарны эпидотокалщитовые. Колчедан сыпучий.Бурые железняки ноздреватые. Гематито-мартитовые руды.Сидериты.
	Аргиллиты окремненные. Конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе.Песчаники кварцевые.Доломиты весьма плотные. Окварцованные: полевошпатовые песчаники, известняки.Каолин агальматолитовый. Опоки крепкие плотные.Фосфоритовая плита.Сланцы слабо окремненные: амфибол-магнетитовые, куммингтонитовые, роговообманковые, хлорито-роговообманковые.Слаборассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфиры, порфириты, диабазовые туфы, затронутые выветриванием порфиры, порфириты. Крупно- и среднезернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы. Пироксениты, пироксениты рудные.Кимберлиты базальтовые.Скарны кальцитосодержащие авгито-гранатовые.Кварцы пористые (трещиноватые, ноздреватые, охристые).Бурые железняки ноздреватые, пористые. Хромиты.Сульфидные руды. Мартито-сидеритовые и гематитовые руды.Амфибол-магнетитовые руды.Аргиллиты кремнистые.
	Конгломераты изверженных пород на известковистом цементе.Доломиты окварцованные. Окремненные, известняки, доломиты.Фосфориты плотные, пластовые.Сланцы окремненные: кварцево-хлоритовые, кварцево-серицитовые, кварцево-хлорито-эпидотовые, слюдяные.Гнейсы.Среднезернистые альбитофиры и кератофиры. Базальты выветрелые.Диабазы. Порфиры и порфириты. Андезиты.Диориты, не затронутые выветриванием. Лабрадориты, перидотиты.Мелкозернистые, затронутые выветриванием, граниты, сиениты, габбро.Затронутые выветриванием гранито-гнейсы, пегматиты, кварц-турмалиновые породы.Скарны крупно- и среднезернистые кристаллические: авгито-гранатовые, авгито-эпидотовые.Эпидозиты. Кварцево-карбонатные и кварцево-баритовые породы.Бурые железняки пористые. Гидрогематитовые руды плотные.Кварциты: гематитовые, магнетитовые.Колчедан плотный. Бокситы диаспоровые.
	Базальты, не затронутые выветриванием.Конгломераты изверженных пород на кремнистом цементе.Известняки карстовые. Кремнистые: песчаники, известняки.Доломиты кремнистые.Фосфориты пластовые окремненные.Сланцы кремнистые. Кварциты: магнетитовые и гематитовые тонкополосчатые, плотные мартито-магнетитовые. Роговики амфибол-магнетитовые и серицитизированные.Альбитофиры и кератофиры. Трахиты. Порфиры окварцованные.Диабазы тонкокристаллические.Туфы окремненные, ороговикованные. Затронутые выветриванием: липариты, микрограниты. Крупно- и среднезернистые граниты, гранито-гнейсы, гранодиориты.Сиениты. Габбронориты. Пегматиты. Березиты.Скарны мелкокристаллические: авгито-эпидото-гранатовые, датолито-гранато-геденбергитовые. Скарны крупнозернистые гранатовые.Окварцованные: амфиболит, колчедан. Кварцево-турмалиновые породы, не затронутые выветриванием. Бурые железняки плотные.Кварцы со значительным количеством колчедана.Бариты плотные.
	Песчаники кварцевые сливные. Джеспилиты, затронутые выветриванием.Фосфорито-кремнистые породы. Кварциты неравномерно-зернистые. Роговики с вкрапленностью сульфидов. Кварцевые: альбитофиры и кератофиры. Липариты.Мелкозернистые: граниты, гранито-гнейсы, гранодиорит.Микрограниты. Пегматиты плотные, сильно кварцевые.Скарны мелкозернистые: гранатовые, датолито-гранатовые.Магнетитовые и мартитовые руды, плотные, с прослойками роговиков. Бурые железняки окремненные. Кварц жильный.Порфириты сильно окварцованные.
	Альбитофиры тонкозернистые, ороговикованные.Джеспилиты, не затронутые выветриванием. Сланцы яшмовидные кремнистые.Кварциты. Роговики железистые очень твердые.Кварц плотный. Корундовые породы. Джеспилиты гематитомартитовые и гематито-магнетитовые.
	Совершенно не затронутые выветриванием монолитно-сливные: джеспилиты,кремень, яшмы, роговики, кварциты, эгириновые и корундовые породы.

Бур колонковый Б-04201 предназначен для бурения скважин в грунтах V-VII категории буримости, по СНиП IV-2-82. Наиболее эффективно использование этого бура при бурении в каменистых грунтах, мёрзлых песков, щебеня и гравия, известняка.

Применяемость: БМ-205Д, БКМ-317 / БКМ-318, БКМ-515 / БКМ-515А, БКМ-516 / БКМ-516А, БКМ-534, МРСК-311, ПБКМ-511, БКМ-531, МРСК-512

Бур колонковый Б-04402 предназначен для бурения скважин в грунтах III-VII категории буримости, по СНиП IV-2-82. Наиболее эффективно использование этого бура при бурении в каменистых грунтах, мёрзлых песков, щебеня и гравия, известняка.

Применяемость: БКМ-2012, БКМ-2032

Бур колонковый Б-04802 предназначен для бурения скважин в грунтах III-VII категории буримости, по СНиП IV-2-82. Наиболее эффективно использование этого бура при бурении в каменистых грунтах, мёрзлых песков, щебеня и гравия, известняка.

Применяемость: БКМ-2012, БКМ-2032

Преимущества использование колонковых буров

Главным преимуществом колонкового бура, которое делает его максимально эффективным для выполнения такого рода задач, является то, что осевое усилие при использовании бурового инструмента концентрируется на незначительной площади его режущего кольца. Колонковые буры используются в отечественных бурильных и бурильно-крановых машинах энергетической серии, таких как БМ-205Д, БКМ-317, БКМ-515, БКМ-534, МРСК-311, БКМ-531, МРСК-512 и строительной серии БКМ-2012, БКМ-2032.

Кроме того, на такой бурильный инструмент нередко наплавляется специальный износоустойчивый материал, который существенно продлевает срок службы колонкового бура. Срок эксплуатации заметно повышается при применении термически обработанной высокопрочной стали для крепления зубьев бурильного инструмента.

Благодаря своим отменным техническим характеристикам, колонковые буры пользуются огромным спросом в строительной сфере. На сегодняшний день колонковым бурам фактически не существует достойной альтернативы, что и делает их незаменимыми помощниками при реализации проектов, связанных с бурением отверстий в тяжелом грунте, монолите, скальной породе.

Фотографии колонковых буров с нашего производства

В настоящее время у покупателя есть возможность приобрести буры любой длины и диаметра, что облегчает решение даже весьма нестандартных строительных задач. Компания «АУГЕР», является лучшим поставщиком бурильного оборудования на территории России, полностью оправдывает ожидания потенциального клиента, предлагая огромный выбор колонковых буров от известных мировых производителей.

Продукция, представленная нашей компанией, отличается высокой надежностью и долговечностью. Вкладывая деньги в наш буровой инструмент , вы инвестируете в длительный срок эксплуатации высококачественных комплектующих, которые прослужат вам довольно долго. При этом цена на представленное оборудование остается более чем доступной, что также не может не радовать потенциального покупателя.

Мы стремимся к тому, чтобы предлагать нашим клиентам только самое лучшее по максимально привлекательным ценам. Начав сотрудничество с компанией «АУГЕР», вы убедитесь в том, что работать с нами приятно и выгодно. Огромный выбор колонковых и других буров, а также бесплатные консультации наших специалистов - одни из важнейших наших преимуществ. Мы всегда поможем вам подобрать оптимальный бурильный инструмент, ориентируясь на нужды конкретного проекта. Это гарантирует то, что вам не придется переплачивать лишние деньги.

Нагрузка на коронку задается, исходя из количества основных (объемных) резцов, их размеров и твердости пород. Общая нагрузка на коронку должна быть равна

где m-- число объемных (основных) резцов; q -- рекомендуемое давление на 1 резец, З.

Частота вращения коронки должно быть

n=60V / з Dср

где V - окружная скорость коронки 0,6-1,6 м/с, Dср - средний диаметр коронки, м

Подача промывочной жидкости определяется, исходя из скорости восходящего потока Vn и диаметра скважины; Vр = 0,25-- 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vр. При бурении в трещиноватых и абразивных породах необходимо снижать окружную скорость и осевую нагрузку.

Однослойную алмазную коронку следует заменить в случае: а) механического повреждения коронки; б) появления на торце коронки круговых борозд, вследствие отсутствия полного перекрытия рабочего торца алмазами; в) сильного оголения алмазов; г) износа коронки по диаметру. Износившиеся алмазные коронки отправляют на завод, где матрицу растворяют в соответствующих кислотах и отбирают алмазы, которые можно вторично использовать в коронках (рекуперация алмазов).

При бурении алмазными коронками частота вращения часто принимается в пределах 500--1500 об/мин. Осевая нагрузка подбирается из расчета 500--1200Н на 1 см 2 рабочего торца коронки в зависимости от насыщенности торца алмазной коронки алмазами и крепости пород.

Параметры режима алмазного бурения применительно к коронкам различного диаметра и породам разной крепости (по данным ВИТРа). Производительность алмазного бурения при правильно выбранной коронке зависит от параметров режима бурения: осевой нагрузки на коронку, частоты ее вращения, количества и качества промывочной жидкости. Это положение, общее для вращательного бурения, приобретает при алмазном бурении особое значение вследствие чувствительности алмазной коронки на нарушение правильного соотношения между указанными режимными параметрами.

На процесс алмазного бурения сказывается влияние многочисленных переменных факторов, и поэтому вопрос о режимах бурения должен рассматриваться раздельно по группам пород со сходными физико-механическими свойствами. В общем случае при алмазном бурении рекомендуется применять высокую частоту вращения, причем по мере ее увеличения необходимо одновременно повышать осевую нагрузку на коронку. Нормальной частотой считается 750--1500 об/мин, пониженной 400--750 об/мин для алмазных коронок диаметром 46 и 59 мм.

Величина осевой нагрузки определяется с учетом следующих основных факторов: а) с увеличением твердости породы осевые нагрузки должны повышаться; б) в трещиноватых, а также в тонкослоистых породах с чередованием твердых и более мягких прослоев осевые нагрузки должны быть меньше, чем в монолитных однородных породах; в) слоистые породы с тенденцией к искривлению ствола скважины бурят при пониженных осевых нагрузках; г) для коронок с алмазами меньшей величины осевая нагрузка уменьшается; д) при увеличенной подаче промывочной жидкости коронка меньше забивается шламом и поэтому осевые нагрузки можно увеличить. Одно из основных правил алмазного бурения заключается в том, что осевая нагрузка на коронку должна быть всегда равномерной и достаточной для объемного разрушения породы.

Существуют разные механические способы бурения, причем большинство из них может применяться для схожих целей, но все без исключения имеют свои уникальные особенности. Таким образом, колонковое бурение скважин, технология которого достаточно простая, может применяться для обычного проделывания отверстий в породе, но может быть использовано для добычи керна.

Рисунок 1. Схема колонкового бурения.

Основная технология

Такое бурение скважин чаще всего осуществляется для выявления и анализа залегающих пород (геологическое исследование). Шасси для такой техники может быть использовано от любого стандартного грузового авто, но при особых случаях используются более массивные и дорогие модели.

Вся работа осуществляется на высоких оборотах, поэтому рабочий инструмент подвергается сильной нагрузке. Для понижения износа используются специальные поверхностно-активные включения, благодаря которым уменьшается вибрация. Промывка ствола, в свою очередь, осуществляется при помощи воды, но временами приходится использовать глинистые растворы для обеспечения защиты от осыпаний и разрушений.

Колонковое бурение отличается от остальных способом работы – алмазная (либо твердосплавная) коронка движется только по краю, оставляя породу изнутри нетронутой, а после заполнения рабочего ствола грунт попадает в шнек и изымается. Подобный вариант позволяет делать четкий анализ пород в их последовательном расположении.

Рисунок 2. Буровые коронки и резцы.

При работе коронка, переходник и набор нижних штанг должны четко соответствовать соосности, а при работе с особо твердыми породами придется воспользоваться твердосплавным расширителем (калибрование ствола для повышения работоспособности). Перед тем как запустить для работы следующую алмазную коронку, дно нужно обработать при помощи бурильного долота (рис. 1), которое сыграет положительную роль в плане долговечности инструмента (минимизируется разрушение остатком керна).

После того как колонковое бурение проведено, а результаты его изучены, можно начинать шнековое бурение скважин. Использование шнека без предварительной разведки бессмысленно, т.к. можно потратить слишком большие суммы денег и не добиться никакого результата.

Вернуться к оглавлению

Дополнительные аспекты

Подобная технология в частной жизни чаще всего применяется перед тем, как начать шнековое бурение скважин на воду, поскольку этот вариант самый надежный из существующих, он всегда дает результат в 100%. Небольшой диаметр (до 160 мм) позволяет работать достаточно быстро. Таким образом, за смену может быть преодолено от нескольких метров до нескольких сотен метров в зависимости от пород.

Нередко вместо промывки водой используется продувка воздухом, т.к. это значительно дешевле и эффективнее. Такой способ не может быть использован только в одном случае, а именно если присутствует вода в самой толще.

Использование колонковой технологии позволяет работать почти со всеми типами пород на глубине до 1000 м, и во время всего процесса на поверхность подается каждый следующий срез пласта.

Рисунок 3. Схема работы шнекового подъемника.

После завершения подобной деятельности шнековое бурение скважин на воду осуществляется довольно легко и быстро, т.к. направляющий ход уже имеется. К тому же большим плюсом будет точное знание всех сложных моментов, для которых можно использовать специальные коронки, что опять же ускоряет рабочий процесс.

Иногда используется шнеко-пневматическое бурение, причем подобные методы обладают максимально высоким КПД. Их ограничение связано лишь с жидкостями, т.к. в этом методе снова используется сжатый воздух, которым взвешивается порода для скорейшего ее удаления.

Наливной пол