Колонковое бурение скважин: технология, способы и нюансы проведения работ

Что это такое?

Характерной особенностью данного способа является извлекаемый на поверхность керн. Он представляет собой столб материала цилиндрической формы, который отбирается на пробу и транспортируется на поверхность при помощи подъемника шнекового типа.

Пласты видны в разрезе, чего не может дать ни один известный способ бурения на сегодняшний день. Например, именно таким методом была пробурена Кольская сверхглубокая скважина. Кроме того, в процессе применения при пробуривании скважин на воду его надежность составляет 100%.

Применять методику можно со всеми видами пород до глубины 1000 метров, когда срезы пластов уходят наверх с определенным временным промежутком.

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

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

Кроме того, небольшие диаметры буров, которые тут используются, дают возможность быстро преодолевать немалые расстояния под землей всего за несколько часов. Это будет крайне актуально при залегании воды довольно глубоко.

К недостаткам данного способа относятся:

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

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

Опробование глубоко залегающих пластов или колонковое глубокое бурение

Получение геологической информации с больших глубин требует от нас значительно больших усилий и затрат, чем при изучении верхних слоев земной коры. Так, например, если мы бурим инженерно-геологические выработки и ведем колонковое бурение на глубине около десяти метров, то сравнительно невысокая прочность грунтов, залегающих в этом интервале, не вызывает осложнений при их разбуривании. К разведке же глубинных горизонтов наша компания подходит с особой тщательностью:

Колонковое глубокое бурение мы осуществляем только по утвержденным геолого-техническим нарядам (ГТН). В ГТН указывается:

• прогнозный литолого-стратиграфический разрез;
• технологические параметры, которые должна соблюдать наша буровая бригада;
• глубинные интервалы возможных осложнений при бурении, обусловленных ожидаемыми характеристиками горных пород, гидрогеологическими условиями;
• конструкция обсадной колонны.

Глубокое бурение редко сопровождается сплошным отбором керна. Учитывая высокую, по сравнению с другими способами, стоимость колонкового бурения, керн мы отбираем только в определенных интервалах. Они ориентировочно указываются в ГТН и уточняются по результатам геофизических и геолого-технологических исследований, которыми сопровождается колонковое глубокое бурение. В промежутках между этими интервалами бурение мы ведем сплошным забоем.

Описание технологии

Чаще всего данная технология используется для операций исследовательской направленности. Обычно для подобных целей применяется бурильная установка на обычном автошасси. Хотя при работах на непростых рельефах может применяться и спецтехника.

Речь идет об устройствах гусеничного типа, а также специальных системах, предназначенных только для бурения. Станок колонкового бурения используется на высоких оборотах со старта и до окончания техпроцесса. Это обуславливает факт быстрого изнашивания буровых колонок. Правда, вращательную скорость можно настраивать в зависимости от степени твердости пород.

Такое бурение предполагает обязательное промывание. Для этого буровой станок применяет обычную воду либо спецрастворы, что защищают скважину от разрушения и обвалов породы. Алмазное устройство производит сплошное бурение исключительно по краю, по причине чего внутренняя порода уходит в ствол шнека и выходит наверх. Такая методика предполагает, что весь применяющийся инструмент соответствует соосности скважины, что формируется.

Буровой станок для рассматриваемого типа бурения может производить работу с породами высокой прочности. В подобных условиях он будет даже более производительным, чем обычные долота матричного либо шарошечного типа, ведь прилагается меньшее количество усилий для создания аккуратных отверстий в земле.

Для таких целей применяют специально созданные твердосплавные инструменты. Алмазные породоразрущающие приспособления должны меняться либо восстанавливаться, если они теряют свои свойства и не могут эффективно выполнять поставленную задачу.

Новую коронку перед применением обрабатывают при помощи бурильного долота. А иногда для восстановления работоспособности коронки необходимо просто произвести замену кольца, оснащенного резцами. Когда механизмы станка бура для колонкового бурения свою функцию осуществили, начинается применение машин шнекового типа, что завершают процесс пробуривания скважины.

Оборудование

Если говорить об оборудовании, то для колонкового бурения понадобятся несколько элементов.

• Колонковый снаряд. Он может быть двух типов: с тонкими стенками и стандартный. Обычные используются для работ вверх-вниз по горизонту и для бурения горизонтального типа под углом до 45 градусов. А модели с тонкими стенками применяются только для горизонтального бурения.
• Алмазные коронки. Это приспособление для разрушения породы, которым комплектуется установка для бурения колонкового типа.
• Обсадные трубы, что выполнены из стали, а также штанги. Эти элементы нужны для создания прочной поверхности внутри скважины.
• Переходники. Их предназначение – стыковка резьбовых соединений на комплектующих, сальниках промывки, вращателях и буровых штангах.
• Сальники промывки. Они нужны для подъема керна из скважины.
• Колонковые долота используются, чтобы углубить отверстие скважины.

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.

Обзоры и рейтинги статьи

Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения. Рыхлые и насыщенные водой грунты извлекают с помощью желонки. Для проходки по глинистым и скальным породам используют способы бурения скважин, основанные на вращательном принципе.

Инструкция по установке скважины

Бурение скважин самостоятельно требует усилий и труда. Инструкция по бурению скважин:

• Вы должны выбрать подходящее место. Желательно по ближе к дому. Также, место должно иметь хотя бы 4 метра в длину и ширину, дабы вам было удобно провести работу.
• Выбираем необходимый инструмент для бурения, к таким относятся: бур-долото, бур-ложка, шнек, ударно-канатная конструкция. Приступаем к работе, пробуриваем скважину, используя вышеописанные методы.
• Установка труб и насосов. Засыпаем дно скважины песком или мелкой щебёнкой. Оно должно быть очищено желонкой. Готовим первую трубу заранее, ибо опускать её придётся сразу после завершения бурения, иначе стенки шурфа рассыпятся. Высверливаем отверстия в нижней части трубы, примерно на высоту 15-ти сантиметров о края. Это помогает ей «впитать» больше воды. На торец прикрепляется сетка фильтрации.
• Одного колена сто процентов не хватит, его длина достигает 2 – 2,5 метров. Монтаж и обслуживание, станет трудным с трубами больших размеров. Поэтому, они свинчиваются и соединяются по резьбе. Нижняя должна упираться в самый низ шурфа. После монтажа труб во внутрь их опустите насос.
• Монтаж кессона и оборудования. Оголовок скважины должен быть обязательно укрытым, утеплённым. В кессоне вы ставите оборудование уже на своё усмотрение. На практике всё монтируем в камере, что более компактно, упрощённо в обслуживание и ремонте.

Этапы бурения

Проходка скважин колонковым методом производится с промыванием, чтобы удалить буровой шлам, либо без него. При первом типе к применяемому оборудованию добавляется еще и насос высокого давления, что делает техпроцесс несколько более сложным, но существенно повышает его эффективность.

Рассмотрим общую схему бурения.

• Подготовительные работы на месте, где будет размещаться станок. Выбранную территорию следует очистить от всего лишнего, что может мешать проведению работ – мусора и посторонних предметов. А также участок следует максимально разровнять.
• Прохождение шурфа для раствора и отведения жидкостного потока. Яму следует расположить рядом с будущей скважиной. Ее глубина должна быть более 2-х метров. Для этих целей можно использовать сварные баки, а также иные емкости.
• Монтаж буровой установки, ее оснастка и сборка. На этом этапе верхнюю трубу закрепляют в станочном вращателе.
• Бурение. Снаряд проходит в землю, совершая вращательное движение, а также благодаря осевому давлению, которое переходит на торец коронки армированного типа. В то же время в забой скважины попадает вода или раствор для промывки.
• Разгрузка приемника для керна. В зависимости от того, какая технология используется, производятся действия либо с вытаскиванием буровой колонны, либо без него. Во втором случае это будет возможно, если оснастка всей установки предполагает применение керноприемника, который можно демонтировать. Извлечение материала из трубы для получения образца производится при помощи легкого постукивания молотком по корпусу цилиндра.
• Возвращение колонны или керноносителя в скважину и возобновление бурения с чередованием действий до достижения глубины выработки, указанной в плане.

Следует добавить, что состав жидкости для промывки может варьироваться. Он будет зависеть от состояния слоев породы, а также категории коронки, что используется. Если осуществляется алмазное бурение, то применяют специальную эмульсию, а в остальных случаях – раствор на основе глины.

При пересечении песчаного грунта, чтобы укрепить стенки выработки, допускается добавление стекла жидкого типа в применяемый раствор.

Рабочая деятельность

Машина для колонкового бурения скважин отличается высокой скоростью вращения бура.

Внешне машина для бурения скважин таким способом ничем не отличается от привычного шнекового, но на практике скорость вращения бура гораздо выше.

Перед началом работ нужно выкопать яму под промывочную жидкость. Глубина ямы делается обычно 1,5-2 м минимум, т.к. работа предстоит долгая. После этого вся остальная рабочая площадка очищается и разравнивается. Лишь на данном этапе можно начинать сборку машины для бурения скважин.

После того как все собрано, нужно смонтировать систему очистки промывочной жидкости от шлама (лишней извлеченной породы). Для воды используются более тонкая очистка, тогда как глиняный раствор очищается путем грубой очистки.

Схема бурения скважин организуется следующим образом:

1. Пробивается ход в земле на нужную глубину.
2. Во время буровой деятельности попутно идет ведро желонка. Именно в данной желонке скапливается порода, а при достижении максимального уровня ее извлекают.
3. После того как желонка извлечена, на ее место фиксируется сменная.
4. При помощи молотка ведро опорожняется. Удары наносятся по нижней части методично, но не очень сильно, дабы не повредить металл. При этом из трубы извлекаются продолговатые элементы породы, которые нужно осторожно руками собирать и откладывать для дальнейшего изучения.
5. За время опорожнения желонки ей на смену приходит новая, после чего рабочая деятельность начинается с самого начала.

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.

Большинство артезианских скважин буриться с использованием метода роторного бурения: при помощи бурильного долота, вращаемого ротором, с последующей промывкой скважины и креплением обсадных труб.

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.

Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:

1. Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
2. Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
3. 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.

В качестве источника энергии для роторной буровой установки может выступать стационарный или мобильный электродвигатель, ДВС автомобиля, генераторы.

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.

Шнек — наиболее подходящий бур для ручного бурения. Ручным станком со шнековым снарядом можно пройти скважину до 10 -12 м.

Шнек поступательными движениями завинчивается в грунт, отвал выносится на лопастях снаряда. Одновременно с проходкой устанавливается обсада.

Для наращивания высоты буровой колонны применяются штанги, соединяемые друг с другом резьбовыми муфтами.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

1. Разрушение породы при помощи долота.
2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
3. 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.

В некоторых случаях при осуществлении роторного бурения применяют не прямую или обратную промывку, а продувку воздухом под давлением, созданным при помощи компрессора

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.

Основные понятия и особенности

Для разведки самым эффективным способом в 21 веке остается именно такое бурение скважин, технология которого предусматривает не дробление и извлечение породы, а сохранение ее в первозданном виде. Достигается это при помощи специальных насадок, которые производят резку лишь по периметру, тогда как в центре все остается нетронутым.

Максимальный диаметр – 160 мм, но чаще всего используются меньшие варианты, т.к. это позволяет проходить сквозь породу гораздо быстрее. Массивные более удобны в случаях, когда предстоит работать с пластами твердых пород, которые могут изогнуть или вовсе сломать небольшие коронки. При работе используются алмазные или твердосплавные коронки, т.к. все остальные варианты неспособны выдержать подобной нагрузки.

Традиционно используются различные методы буровых работ.

Технология колонкового бурения с промывкой: 1- насос для бурения; 2- шланг для нагнетания воды; 3- сальник; 4- колонна бурового инструмента; 5- переходник; 6- колонковая труба; 7- коронка; 8- желоба; 9- отстойник; 10- бак для промывочной жидкости.

На сухую бурится достаточно часто, т.к. далеко не всегда есть возможность запасти необходимый объем воды и поддерживать его в надлежащем состоянии. Данный вариант медленный, причем достаточно дорогой, т.к. шанс на слом у коронки значительно повышается.

Бурение скважин с промывкой более надежно и позволяет продвигаться гораздо быстрее. Такой вариант весьма удобен в тех случаях, когда нужно сделать очень глубокие колодцы, причем начальный этап деятельности не интересует.

Извлеченный керн находится ровно в таком состоянии, как до этого находился под землей, благодаря чему можно осуществлять изучение материала на любой глубине. Поднимается вверх он 2-мя способами:

1. Труба извлекается наружу, и из нее выбивается порода. Удобно на небольшой глубине, т.к. не потребуется присутствия дополнительной сложной техники.
2. По специальной трубе-подъемнику керн выходит на поверхность. Другого варианта быстро извлечь породу с глубины в 1000 м не существует.

Сферы использования подобной технологии

Этот способ проходки применяется в горнодобывающей промышленности для разработки месторождений полезных ископаемых. В результате работы добытый керн извлекают с цельной структурой, что позволяет установить порядок залегания пород на исследуемом участке.

Технология используется в гидрогеологическом бурении, которое необходимо для выбора места нахождения водной скважины. Этот метод применяется в отрасли строительства при обустройстве свайных фундаментов, для прохождения скважин под нужным углом.

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.

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.

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.

Ручные методы бурения водоносных скважин

Особенности абиссинского метода

Устройство абиссинского колодца.

Данный метод формирования источника воды является самым простым из всех существующих. Его технология заключается в забое в грунт стержня из стали с остро заточенным наконечником. Диаметр этого приспособления, как правило, не превышает 3-4 см, поэтому такой способ в народе еще называют «бурение иглой».

Наряду с такими плюсами, как возможность бурения данного типа скважины своими руками, а также использование отверстий в стержне в качестве обсадной трубы, у абиссинского метода есть немало следующих минусов:

1. Ограниченная глубина скважины. Этот показатель не должен превышать 7-8 м.
2. В случае, когда точно не известно в каком месте на участке залегает вода, можно всю его площадь «изрешетить» отверстиями, при этом, так и не достигнув желаемого результата.
3. Небольшой диаметр такой скважины не позволяет использовать погружной насос, из-за чего единственным вариантом остается применение поверхностного прибора, который не способен обеспечить хороший напор в системе водоснабжения дома.

Особенности ударно-канатного метода

Установка для ударно-канатного метода.

Ударно-канатный способ довольно популярен как среди небольших компаний, занимающихся забоем скважин, так и среди частных землевладельцев, поскольку осуществить таким путем данное мероприятие можно при помощи простейшей техники. Для этого понадобится наличие лебедки, треноги и забивного «стакана» c острой кромкой, который должен иметь вид полой трубы.

Технология создания скважины таким методом заключается в подвешивании трубы (стакана) посредством троса к треноге и в резком ее опускании и поднятии при помощи лебедки. При этом труба будет забиваться землей из канала, поэтому «стакан» периодически понадобится очищать.

Такое бурение эффективно в том случае, когда на участке располагается мягкий и вязкий грунт. Если же он сухой и сыпучий, то почва не сможет задержаться в «стакане», поэтому вместо него целесообразней использовать желонку, которая сможет захватить землю из устья скважины, а затем доставить ее на поверхность.

Как стало понятно, такой тип бурения является трудоемким и затяжным. Однако при помощи него есть возможность создания довольно-таки качественного канала для скважины, конечно, при условии, что будет соблюдена технологическая инструкция.

Особенности ручного роторного метода

Ручное роторное бурение скважин также относится к простым способам, так как при этом для формирования канала применяется обычный бур в виде огромного сверла. В отличие от механического роторного метода, бур в данном случае приводится в действие не специальным механизмом, а с помощью человеческих усилий. Такой вариант бурения эффективен при создании скважин на участках с суглинистыми и гравийными почвами.

Когда же на нем присутствует сыпучий грунт, то скважина данным методом забивается с применением бура-ложки. Это приспособление состоит из цилиндра со спиралеобразными отверстиями. Следует учесть, что данный метод является трудоемким и долгим мероприятием.

Технологические особенности процесса

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

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

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

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

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

Технология проведения работ и оборудование

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

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

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

Технология колонкового бурения скважины с промывкой позволяет не только продлить службу рабочего оборудования, но и наиболее скоростным и наименее трудоемким способом освободить забой от разрушенной породы

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

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

Принцип колонковой методики

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

Коронки – режущие сменные элементы, которые прикручиваются к нижней кромке колонковой трубы. В процессе бурения их приходится менять несколько раз

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

Буровые коронки меняют простейшим способом – удаляют истершуюся деталь и навинчивают на колонковую трубу новую коронку

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

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

В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы

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

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

Станки и буровые установки

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

Использование тяжелых гусеничных тягачей позволяет производить работы по колонковому бурению скважин в районах с бездорожьем, поверхностным заболачиванием, нестабильным рельефом

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

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

Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования лунок для установки оград и опор ЛЭП применяются бензиновые и электродвигатели. Они сообщают вращающие движения шнеку или колонковой трубе

Достоинства и недостатки колонкового бурения

Эта технология может применяться для пород 12-й категории. Используется она как под углом, так и перпендикулярно грунту.

К достоинствам способа можно отнести тот факт, что технология осуществляет вынос на поверхность кернового материала. Это позволяет определить состояние геологии в данной местности, что поможет обосновать наличие или отсутствие здесь месторождений полезных ископаемых.

Важным преимуществом технологии считается и то, что скорость работы очень высока.

Кроме того, выделяют следующие преимущества:

1. Объем бурения с использованием промывки технической воды достигает 85%.
2. Использование в составе раствора активных эмульсий позволяет удерживать стенки скважины в первоначальном состоянии, что немаловажно для работы.
3. Технология довольно экономичная. При работе энергетические затраты меньше, чем в других случаях, так как осевые нагрузки меньше и процесс осуществляется периодами.
4. Метод применим при работе с любыми породами.

Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

1. При использовании его под углом в трещинах породы может возникнуть заклинивание керна. Это приведет к необходимости его выбивания, для чего используется колонковая труба.
2. Кроме того, в ходе процесса колонка затупляется очень быстро, так как она сильно перегревается при работе с твердыми породами.
3. Малое сечение бурения. В связи с этим использование мощных погружных насосов исключается.

Плюсы и минусы колонкового бурения

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

Преимущества колонкового типа бурения включают в себя:

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

Колонковый метод имеет недостатки, которые заключаются в риске заиливания водоносного горизонта промывочной смесью и в быстром износе инструмента. При выборе технологии закладки скважины требуется учесть стоимость производства.

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