Сегодня практически все скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда когда разращенная порода транспортируется на поверхность из скважины, при помощи механизмов или воздуха и гидравлическим, когда он вымывается водой.
Существует два основных метода бурения: с отбором керна — колонуовый, сплошным забоем — шнековый, пневмоударный и шарошечный.
Мы выделяем 4 основных вида бурения, широко применяемых для сооружения скважин в различных сферах:
- колонковое;
- шнековое;
- пневмоударное;
- шарошечное.
Каждый вид 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.
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.
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.
По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Иногда их используют в паре или комбинируют. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.
Веские достоинства и недостатки
В сравнении с шарошечным 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.
К достоинствам колонкового бурения относят:
- 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.
- высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
- сокращение нагрузок на соединения бурового инструмента и привод буровой колонны за счет небольшой площади разрушения породы путем обуривания (вырезания) керна;
Главный недостаток колонковое бурение – быстрым методом колонковое бурение не назвать, т.к. способ с отборкой керна требует через каждый интервал керноприемной трубы разбирать буровой став. Кроме того, в ходе процесса колонка затупляется очень быстро, так как она сильно перегревается при работе с твердыми породами.
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.
Инструмент -транспортируемый разрушенную породу на поверхность скважины называю шнеком. Переставляет собой несущую трубу с присоединительными замками, обваренную ребордой. Породоразрушающим инструментом выступает долото с впаяными или сменными элементами твердого сплава. Под давлением долото разрушает и скалывает породу, которая далее по реборде транспортируется к устью скважины. Часто применяют в комбинации с колонковым бурением, когда керн необходимо отобрать с заданой отметки.
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.
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: шарошечным , ударно-канатным, колонковым.
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:
- высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
- нет необходимости делать промывку ствола скважины;
- 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 осыпавшейся породы.
Особенности пневмоударного бурения
Бурение с пневмоударником относится к технологиям ударно-вращательного бурения и наиболее широко применяется в сфере инженерно-геологических изысканий, а также для бурения водозаборных скважин. С помощью бурения с пневматическим инструментом можно выполнять горные выработки вертикальных и направленных скважин в грунте до 10 категории буримости.
Главная отличительная особенность методики – для разрушения породы используется одновременно ударное и вращательное действие, выполняемые соответственно пневмоударником и вращателем буровой установки.
Рабочим органом станка является погружной пневмоударник. С помощью клапанного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит в поступательно-возвратное движение ударник, наносящий удары по хвостовику буровой коронки. Одновременно вместе со штангой вращается пневмоударник; вращатель расположен вне скважины. Буровые сколы удаляются из скважины сжатым воздухом.
Преимущества и недостатки бурения с пневмоударником
Основные преимущества бурения с пневматическим молотком – высокая скорость создания скважин, эффективная очистка от шлама, возможность работать на скальных трещиноватых породах и отказаться от расходов на бентонит и доставку воды для промывки.
Так же преимуществам мы отнесем:
- Цикл бурения в разы меньше по времени ранее рассмотренных. Технология бурения с пневмоударником дает возможность выполнять создание скважин значительно быстрее, чем при бурении с промывочной жидкостью. Основная причина – скорость движения воздушного потока значительно больше скорости перемещения промывочного раствора;
- Попутная очистка скважины в процессе бурения. Вынос шлама достигается движением мощного восходящего потока воздуха в зазоре между бурильной колонной и стеной скважины;
- Нет необходимости в использовании промывочного раствора, для изготовления которого необходимо приобретать бентонит и организовывать транспортировку воды к месту работ;
- Быстрая и удобная смена бурового инструмента.
К недостаткам бурения пневмоударным способом можно отнести, потребность в большом объеме сжатого воздуха, возможен прихват буровой колонны при бурении водоносных горизонтов и пород повышенной трещиноватости. Следует обеспечить устойчивость стенок скважины.
Характеристика шарошечного бурения
Шарошечное бурени — вращательный способ бурения скважин с использованием в качестве породоразрушающего инструмента шарошечного долота. Вращатель приводится в движение от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала.
Разработанный грунт вымывается из забоя скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.
Шарошечное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. 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:
- 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.
Достоинства и недостатки шарошечного бурения
Данный метод бурения имеет следующие преимущества:
- высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
- возможность устройства скважины большого диаметра;
- высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.
Существенным недостатком шарошечного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.
Какой способ бурения выбрать?
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.
- Шарошечное бурение – оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.
- Пневмоударное бурение является наиболее эффективным при работе с трещиноватыми, твердыми и сухими породами.
Стоимость разработки скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.