Бурение скважин

Применение шнекового бурения скважин

Оказываемые компанией “Геотоп” услуги по бурению скважин шнековыми буровыми агрегатами являются незаменимыми в ходе

• обустройства индивидуальных скважинных водозаборов;
• строительства свайных фундаментов из буронабивных и винтовых свай;
• установки железобетонных опор;
• строительства колодцев и приямков небольшого объема;
• геологоразведочных работ в приповерхностном слое земной коры.

Учитывая геологию обслуживаемых регионов (фирма предлагает свои услуги в Киевской, Харьковской, Полтавской, Одесской, Херсонской, Черкасской, Винницкой области), шнековое бурение здесь является наиболее быстрым и дешевым методом устройства скважин.

Отличительные черты и преимущества шнекового бурения скважин над другими методами бурения

Шнековое бурение скважин является одной из разновидностей вращательного способа бурения – способа, при котором углубление забоя скважины обеспечивается за счет разрушения горных пород вращающимся буровым наконечником, оказывающим дробящее, истирающее или срезающее воздействие. Буровой инструмент шнекового типа был разработан для бурения скважин в грунтах осадочного генезиса, которые не обладают большой прочностью. Несмотря на то, что далеко не каждая порода поддается шнековому бурению, в своей области применения этому виду бурения нет равных по скорости проходки скважин. Отличить шнековый буровой агрегат от других типов бурового оборудования сможет даже не имеющий большого опыта в бурении человек. Дело в том, что шнековым данный вид бурения стал называться из-за заметной характерной особенности бурильных труб. Эти трубы используются в этом виде бурения не только для создания весовых нагрузок на забой и передачи вращения буру, но и для выноса на поверхность земли выбуренных грунтовых частиц. С этой задачей трубы справляются благодаря наличию у них реборды (змеевика, спирали) – металлической винтообразной полосы, обвивающей каждую бурильную трубу по всей ее длине. Подытоживая отличительные черты шнекового бурения скважин, можно отметить, что оно:

• в грунтах невысокой прочности (до пятой категории буримости) отличается наибольшей, по сравнению с прочими видами бурения, скоростью проходки (до 80 м/ч);
• позволяет бурить скважины, как малого диаметра, так и большого (вплоть до шурфов с диаметром около метра);
• не нуждается в циркуляции промывочной жидкости для удаления бурового шлама или газо-воздушной очистке забоя;
• не требует значительных затрат времени при монтаже и демонтаже буровой установки.

Устройство шнековой колонны

Шнековая бурильная колонна, в зависимости от применяемого комплекта бурового инструмента, может собираться из труб-шнеков двумя способами:

1. Путем безрезьбового соединения, когда шнеки соединяются с помощью муфтовых замков и удерживаются за счет стальных пальцев с фиксаторами.
2. Путем свинчивания.

Нижнее положение в колонной сборке занимает шнек, переходящий в бур.

Изготавливаются различные шнеки:

• с центральными отверстиями (полые, как обычные трубы);
• без центрального отверстия (утяжеленные).

Из-за такого недостатка шнекового бурения, как затрудненность выполнения описания геологии разбуриваемого грунта, шнековое бурение скважин применяют, когда геологический разрез скважины не представляет исключительно большого интереса. Но, при необходимости, в комплектацию бурового агрегата имеется возможность включить дополнительные устройства, позволяющие вести бурение, отбирая керн:

• колонковый шнек (особый шнек с большим центральным отверстием);
• керноприемную гильзу;
• коронку;
• грунтоноску.

Технологические параметры бурения

Технико-экономические показатели бурения скважин очень зависят от геологии местности, глубины бурения, параметров бурения. Главными параметрами технологического режима шнекового бурения считаются:

• нагрузка на забой;
• скорость вращения бурильной колонны.

1. Для большинства скважин придачи дополнительных нагрузок шнековому инструменту в ходе бурения не требуется. В грунт он достаточно хорошо внедряется под своим весом, а также за счет дополнительного реактивного усилия, которое возникает при подаче наверх выбуренной горной породы. Иногда даже приходится разгружать колонну, передавая часть веса на спускоподъемный механизм. Дополнительные осевые нагрузки, величиной до пяти тонн, приходится создавать при начальном забуривании скважин, при бурении по замерзшим грунтам, плотным глинам, песчаникам, аргиллитам, алевролитам.
2. Как свидетельствует опыт, оптимальные скорости вращения инструмента при шнековом бурении находятся в интервале от 100 до 200 оборотов в минуту. Чрезмерное уменьшение частоты оборотов ведет к ухудшению транспортировки выбуренного грунта, а излишнее ускорение вызывает вибрацию инструмента.

Особенности бурения для разных категорий грунта

1. Наиболее легко вести бурение шнеками по не очень плотным, песчано-глинистым грунтам. Это супесь, суглинок, песок, алевритистая глины. Бурение ведут трех- и двухлопастными хвостовиками, не придавая бурильной колонне дополнительной осевой нагрузки.
2. Неустойчивый грунт, в виде водонасыщенных песков, плывунов, бурится с максимальной частотой оборотов и параллельным креплением стенок скважины.
3. Грунт, состоящий из гравия, дресвы, щебня или гальки, бурится на повышенных оборотах (до 300 в минуту). Для гашения возникающей при этом вибрации необходимо увеличивать вес инструмента, и в нижней части буровой колонны устанавливают несколько утяжеленных шнеков.
4. Бурение грунтов, содержащих валунные включения, осуществляется при малых скоростях вращения бура, без дополнительной нагрузки.
5. Аргиллиты, песчаники (наиболее прочные грунты, поддающиеся этому виду бурения) бурятся долотами с твердосплавными резцами.
6. Бурение скважин по вязким глинам часто осложняется сальникообразованием. Так называют налипание глинистых частиц на буре и шнеках. В результате, увеличивается трение инструмента о стенки скважины, нарушается нормальная транспортировка выбуренного грунта. Чтобы справиться с таким осложнением в ходе бурения:
   • предельно снижают скорость бурения скважины (подают инструмент со скоростью около 10 см/мин);
   • расхаживают бурильную колонну;
   • добавляют в скважину воду;
   • периодически делают полный подъем инструмента на поверхность для очистки от налипшей глины (через каждые полтора-два метра углубления).

Бескерновое опробование скважин при шнековом бурении

Бывают случаи, когда возникает необходимость вести геологическое описание грунтов в процессе бескернового шнекового бурения скважин. Т. е. образцы пород для описания приходится отбирать со шнековой спирали. Чтобы предотвратить перемешивание грунтов из разных геологических слоев и иметь возможность точно определять глубину, с которой поднялась горная порода, пользуются такими приемами:

1. Углубление скважины ведется небольшими интервалами, возобновляясь каждый раз после полного выноса разрушенного грунта с предыдущего интервала.
2. Уменьшают частоту вращения инструмента и уравнивают скорость его подачи на забой со скоростью подъема грунта по шнековой колонне. Этим добиваются того, что выноса породы на поверхность земли не происходит. Пробы с реборды отбирают при периодическом подъеме колонны.

Несмотря на то, что таким образом можно вести геологическое описание скважины, все же, для ответственных инженерно-геологических испытаний, рекомендуется использовать приспособления, позволяющие обеспечить отбор керна.