Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Колонковое бурение скважин

Содержание

Способ колонкового бурения

Более того, этот способ на стройке считается самым приоритетным.

Станок колонкового бурения устанавливается там, где необходимо проведение разведывательных работ. Он предназначен для получения цельных пород.

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

Рассматриваемый способ обладает следующими особенностями:

  • Колонки для скважины способны извлекать из отверстия керны – целую часть грунта.
  • Буровые установки колонкового бурения рассчитаны на работу под различными углами к поверхности.
  • Коронки колонкового бурения способны обрабатывать грунты различной степени твердости.
  • Буровые станки колонкового бурения проделывают глубокие скважины, которые отличаются относительно небольшим диаметром.
  • Станки колонкового бурения имеют относительно небольшой вес, что обусловливает их маневренность.

    Схематические изображение стандартной коронки для бурения скважин

к меню

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.

Установки для колонкового бурения на автомобильном шасси

Для этих целей необходим специальный твердосплавный инструмент. Алмазное породоразрушающее устройство подлежит замене или восстановлению в случае потери своих физических кондиций. Новую коронку перед использованием следует обработать бурильным долотом. В некоторых случаях достаточно просто заменить кольцо с резцами на коронке.

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

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.

к меню

Какие этапы и нюансы колонкового бурения?

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

Применение технологии колонкового бурения

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

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

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

При работе необходимо обращать внимание на следующие нюансы:

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

к меню

Самый первый шаг, который предстоит сделать при возведении забора из профнастила — это пробурить ямы под столбы. И нюансов тут немало, нельзя вот так вот просто взять и пробурить лунки без предварительной оценки. А оценка состоит в том, что вопросов у вас масса — чем бурить (вручную или бензобуром), какой диаметр лунок лучше всего делать, на какую глубину бурить и вообще, сколько всё это дело стоит.

Мы тщательно проанализировали нашу ситуацию и решили, что бензиновый бур нам не подходит, поскольку столбы предполагается пускать вдоль дороги, а это значит, что в почве будут попадаться камни и верхний слой (10-15 см) будет сплошняком из насыпки под асфальт (мелкий гравий). Плюс почва у нас — после 50 см идет глина с вкраплениями камней, а значит бензиновый бур можно влегую сломать. Однако в этом обзоре мы расскажем и о нем, ибо мы планировали брать его в аренду (покупать вообще смысла нет на 20 ямок), аренда стоит 1000-1500 рублей сутки.

Итак, обо всем по порядку.

Диаметр и глубина ям под столбы

Эти показатели напрямую зависят от выбранных вами материалов. Так как сами столбы мы решили делать из профильной трубы размером 60*60*3 мм, то диаметр самих ямок оптимальным стал 160 мм, больше делать — лишние затраты на цемент. Диаметра 160 мм вполне хватило, такой размер — оптимальное соотношение крепости столбов и расхода цемента.

Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

Ну и конечно 160 мы решили выбрать потому, что отверстия бурили ручным буром, а там диаметры были следующие — 135 мм, 160, 200 и выше.

Глубина ямок — здесь все зависит от длины трубы и высоты профнастила, который вы выбрали. Так как столб у нас — это профильная труба 60*60, а стандартный размер трубы идет длиной 6 метров. Чтобы нам не терять на обрезках, мы при заказе железа оплатили разрез пополам (20 рублей — рез), так что один столб у нас получился длиной 3 метра. Вглубь — на 1 метр, сверху торчит 2 метра — как раз для профнастила, который высотой тоже 2 метра.

Более подробно о выборе труб для столбов и о ценах читайте в следующей статье.

Бурение ручным земляным буром — нюансы

Так как мы выбрали для работы обычный садовый бур (только усиленный, с крепкими шнеками из толстого листового металла и с твердосплавными напайками), то и сами работы выполнялись нами вручную. Вот такой, на фото:

Сложно ли бурить землю? Отвечаю — совсем не сложно, все зависит от типа грунта, где вы работаете. У нас сверху на глубину 30-40 см шла каменистая почва, камни попадались порой очень крупные и ломик в таких случаях очень помогал. Особенно когда камень попадал в стенку ямы и уходил в сторону. Буром мы камень цепляли и сразу брали ломик. Несколько ударов по краю камня и он проваливается в яму, откуда его руками и достаешь. Такие проблемы сильно отнимают время. Зато когда почва мягкая, лунку можно пробурить минут за 7-10 максимум.

Бур наш имеет рабочую длину ровно 1 метр, так что забуривались мы до самой рукоятки. На самой глубине (80-90 см) шла очень жесткая глина, поэтому эти 10 сантиметров были самые сложные. Сверлили по 2-3 см, глубже бур углубить не получалось. Такими мелкими шажками и бурили.

Наш бур реально усиленный, с твердосплавными пластинами, влегкую срезал тонкие корни и прорубался в слежавшемся грунте. Даже известняк ему не помеха. Подробный обзор смотрите в этой статье.

Вот так выглядят напайки из твердого сплава на шнеке, чтобы с легкостью врезаться в плотную и каменистую почву

Основные правила при ручном бурении:

Самое главное — не засаживать бур глубоко. Ибо потом все равно придется выкручивать его обратно. Если сильно засадить и пытаться вдвоем его вырвать с землей, то можно сорвать «резьбу» — приваренные винтовые фрезы. Лучше почаще доставать и вытряхивать землю, и инструменту легче и вам тоже. Сейчас на фото-сете я вам все покажу:

Начинаем бурить:

Почаще достаем землю из ямки (если земля рыхлая, то можно и на 15 см загнать):

Вытряхиваем землю и бурим дальше:

Ну и, собственно, результат за 8 минут:

А если попробовать мотобуром?

Если у вас мягкая почва без камней и ямок нужно много, то идеальный выбор — взять в аренду бензобур. Лунки получается сверлить очень быстро. Стоит аренда 1500 рублей в среднем. Пробовали мы и поискать услуги бензобура, чтобы самим не париться. Такие услуги также бывают и средняя цена — 200 рублей за 1 ямку. Если ямок не много, то проще заказать такую услугу — приедет человек и быстренько наклепает вам ямок. Но самим будет заметно дешевле ))

Работать таким инструментом можно в одиночку, но вдвоем гораздо легче и проще. Ну и конечно, если берете в аренду инструмент, особо на него не налегайте, почаще доставайте и вытряхивайте землю. Стоит такой бур от 15 до 30 тысяч рублей (а профи того дороже), так что очень нежелательно его сломать. Этот фактор для нас тоже стал немаловажным, почему мы и выбрали ручной инструмент.

Тяжело ли работать ручным?

Тут все зависит от типа почвы, её слежалости и наличия посторонних примесей/предметов в грунте. Чистую почву бурить легко даже одному, если глубоко не засаживать — на 1 ямку в неспешном темпе (даже не вспотев) потратите минут 10 максимум.

Если работать вдвоем, то работа идет гораздо быстрее, а то одному крутить ручку руки устают, сильнее, чем когда бур с землей вытаскиваешь. А потому крутить вдвоем и проще и легче и быстрее.

Стоит такой бур 1500 рублей, качество и долговечность проверены нами (пробурен не один десяток ямок, соседи по даче увидали и попросили поработать, также остались довольны). Поэтому, если почва у вас плотная, с камнями и известняком и вы никуда не спешите, можно смело брать такой инструмент и все делать самому.

♦ Рубрика: Этапы строительства.

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

Колонковый способ бурения.

Характеристика колонкового способа бурения

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

Выемка керна осуществляется инструментом для работы в скважине:

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

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

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

Существует несколько разновидностей кернового бурения:

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

Сферы использования подобной технологии

Подъем керна.

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

С его помощью решаются следующие задачи:

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

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

Суть технологии

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

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

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

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

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

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

Этапы процесса

Проходка скважин.

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

Бурение состоит из следующих этапов:

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

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

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

Технологические особенности колонкового бурения

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

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

Особенности применения алмазного бурения комплексами ССК:

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

Подъем ССК и колонны производится на небольшой скорости с добавлением промывки в скважину, чтобы не нарушить устойчивость стенок выработки.

Плюсы и минусы колонкового бурения

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

К преимуществам колонкового бурения относятся:

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

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

Одним из наиболее продуктивных и экономичных методов формирования горных выработок является колонковое бурение скважин. Его используют в разведке месторождений и в инженерной геологии. К тому же это самый простой и скоростной способ получения доступа к подземным водам для организации водоснабжения.

Все о специфике колонкового бурения, необходимом для его реализации инструменте и особенностях применения вы узнаете из предложенной нами статьи.

Сфера применения колонкового бурения

Колонковое бурение – метод, позволяющий с наибольшей точностью определять глубину расположения кровли и подошвы грунтовых слоев, а также глубинную отметку зеркала грунтовых вод.

Колонковая буровая технология широко применяется в таких отраслях:

  • Водоснабжение в промышленной и частной сфере. Бурение скважин для частного водоснабжения, организация водозабора целых поселков или городских кварталов эффективно выполняется колонковым бурением благодаря тому, что бур легко проникает на большие глубины. Колонковый снаряд способен поднять практически любую разрушенную породу кроме водонасыщенных и рыхлых несвязных грунтов (песков, гравия, гальки);
  • Геологоразведка в горнодобывающей промышленности. При проходе горной породы происходит точечное воздействие на грунт по радиусу вращения. Другими словами, снарядом, конструктивно напоминающим трубу, выбуривается цельный массив горных пород без нарушения их структуры и состояния.
  • Строительство. Проведение инженерно-геологических исследований для изучения физико-механических свойств грунтов, состояния пород. Колонковая технология предоставляет возможность с высокой точностью выявить УГВ и отобрать пробы воды для изучения их агрессивности по отношению к бетону.

В ходе колонкового бурения извлекается керн – столбик грунта или смежных грунтовых слоев. Керн характеризуется цельной естественной структурой, что обеспечивает проведение всестороннего анализа изучаемой породы. Бурение колонковой трубой позволяет с наивысшей точностью определить глубину залегания породы с целью изучения.

Колонковое бурение скважин обеспечивает целостность извлекаемого керна, что способствует качественному изучению породы. Одновременно с тем производится наиболее качественная чистка забоя от разрушенной породы

Использование колонкового бура в строительстве существенно облегчает и ускоряет процессы. В подготовленное колонковым буром отверстие легко забивается свая либо монтируется готовая железобетонная конструкция. Колонковое бурение позволяет создавать цилиндрические отверстия в кирпичных и бетонных конструкциях.

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

Оборудование для проходки и обустройства скважин

При реализации колонкового бурения необходимо оборудование, позволяющее производить работы на глубине, разрабатывать и извлекать самые различные типы горных пород. При производстве работ должен обеспечиваться периодический подъем на поверхность разрушенного снарядом материала.

Стандартный набор бурового инструмента

Для качественного выполнения работ требуется:

  • Колонковые снаряды. Применяются как для горизонтального бурения, так и для проходки вертикальных выработок. С помощью стандартных колонковых труб возможно проведение бурения под углом до 45 градусов. Тонкостенные колонковые снаряды могут быть использованы исключительно лишь для горизонтального бестраншейного бурения при прокладке коммуникаций.
  • Коронки. Это разрушающий породу инструмент, которым оснащается колонковая труба для облегчения вырезки керна в горной породе. Для бурения осадочных связных и несвязных грунтов применяются латунные коронки. Для проходки скальных пород, формирования отверстий в бетоне, асфальте, кирпичной стене выпускают твердосплавные коронки с алмазными резцами.
  • Стальные обсадные трубы. Необходимы для обсаживания выработки – формирования ствола скважины, производимого одновременно с ее заглублением. Их диаметр равен диаметру скважины. Обсадку для водозабора подбирают заранее, ориентируясь на диаметр колонковой трубы и насоса, который планируется эксплуатировать в скважине.
  • Штанги. Это скручиваемые между собой узкие трубы. Используются для наращивания буровой колонны. Проще говоря, они поочередно привинчиваются к вершине колонковой трубы, чтобы ей можно было передать вращательное движение на глубине, превышающей высоту снаряда. Высота колонковой трубы + высота колонны буровых штанг = глубина выработки.
  • Переводники. Необходимы для обеспечения стыковки резьбовых соединений различающегося диаметра, которые присутствуют на буровых штангах, вращателях, промывочных сальниках и других комплектующих.
  • Промывочные пробки и сальники. С их помощью обеспечивается подъем на поверхность разрушенного грунта, если нет необходимости в отборе цельного керна. В этом случае на забой подается вода, вымывающая под напором разрушенный грунт на дневную поверхность.
  • Долота. Их используют с целью углубления отверстия скважины в наиболее трудных для прохождения колонкового бура местах. При применении долота иногда с вращательного бурения переходят на ударно-канатное.

Представленный инструмент является стандартным набором для проведения бурения по колонковой технологии. В отдельных случаях, в зависимости от сложности разработки, могут потребоваться дополнительные инструменты и оборудование.

При углублении выработки к верхушке колонковой трубы прикручивают последовательно колонну из буровых штанг. Для извлечения колонкового снаряда на поверхность колонну штанга за штангой раскручивают

Особенности конструкции колонковой трубы

Конструкционная особенность снаряда при колонковом бурении обусловлена максимальным сохранением целостности керна и заключается в кольцеобразном расположении вокруг свободного прохода. Одной из важнейших характеристик считается коэффициент керноотбора. Его определяют как отношение диаметра керна к наружному диаметру инструмента.

Инструмент для колонкового бурения стандартизирован, различается в основном только диаметром. По конструкционным признакам колонковые трубы классифицируют на одинарные и двойные. Одинарные снаряды, предназначеные для работы в обычных геологических условиях, отлично подходят для разработки водозаборных скважин.

Двойной инструмент с не вращающейся внутренней трубой применяют только в геологоразведке. Нужен он для извлечения образцов пород, которые легко разрушаются под воздействием самых разных факторов. Он позволяет отобрать пробу в естественном сложении, с природным процентным содержанием полезных ископаемых и пустой породы.

В отборе проб для инженерно-геологических исследований, в геологоразведке и бурении отверстий для установки опор ЛЭП применяется одинарная колонковая труба

Все колонковые трубы рассчитаны на применение продувки, подачи бурового раствора на забой и промывки скважины. Их верхушка оснащена технологическим отверстием, через которого производится нагнетание воды или струи воздуха.

Специфика режущей части снаряда

Любая коронка представлена в виде кольца с находящейся сверху резьбой, необходимой для прикручивания к колонковой трубе, и резцами, расположенными на нижнем торце. Резцы бывают цельнолитыми или приваренными к этой режущей металлической детали.

При колонковом бурении используют следующие коронки:

  • Твердосплавные – мелкорезцовые, ребристые.
  • Алмазные – импрегнированные и мелкоалмазные.

Твердосплавные режущие элементы предназначены для бурения “мягких” грунтов. С их помощью производится бурение всех видов глинистых пород любой консистенции, полускальных пород, маловлажных и влажных песков плотного сложения и средней плотности. Для проходки по песчаникам и мергелям берут коронки с вольфрам-кобальтовыми резцами.

Мелкорезцовые коронки предназначены для бурения средней твердости пород малой абразивности. Они оборудуются резцами восьмигранного либо квадратного сечения. При расположении резцов на различной высоте также достигается ступенчатость забоя, преимущества которой были изложены выше.

С помощью ребристых коронок обеспечивается улучшение циркуляции промывочной жидкости за счет расширения диаметра скважины

Ребристые коронки предназначены для бурения твердых пород средней абразивности. Резцы таких коронок состоят из стального цилиндрического либо призматического штабика с твердосплавной вставкой. При этом даже в случае износа коронки не снижается эффективность ее работы.

Коронки с алмазными резцами предназначены для разбуривания скальных и полускальных пород высокой абразивности.

Для увеличения прочности и повышения абразивных свойств в ее литой массив в процессе производства впрессовываются технические алмазы. В последнее время природные кристаллы нередко меняют на искусственно выращенные

Число ребер определяется конструкцией коронки и ее диаметром – их может быть от трех до шести. Ускорения процесса разрушения породы можно добиться смещением вверх ребер относительно торца коронки. Таким образом, обеспечивается ступенчатый забой и облегчается прохождение промывочной жидкости.

Трубы для обсаживания ствола скважины

Как колонковые, так и обсадные стальные трубы производятся по ГОСТу 51682-2000. В геологоразведке и в инженерной геологии они используются для предотвращения обрушения грунта на забой, что не позволило бы понять, на какой глубине один геологический слой сменяется другим.

В обустройстве водозаборных выработок обсадные трубы формируют стенки скважины. В собранную из них обсадную колонну погружают еще одну, эксплуатационную, колонну труб. Сейчас ее чаще всего собирают из пластика. Эксплуатационную колонну снабжают фильтром для удерживания песчинок и мелкого гравия при откачке.

Наибольшее распространение получили обсадные трубы с ниппельным соединением.

Этапы колонкового бурения

До начала проведения работ нужно изучить кадастровый план и произвести подготовку рабочей поверхности. Необходимо обеспечить беспрепятственный подъезд к месту проведения бурения как самой бурильной установки, так и машины с промывочной жидкостью.

Следующим шагом будет рытье ямы объемом не меньше 2 куб.м – это позволит избежать необходимости использования дополнительного резервуар. Яма предназначена для слива грунтовых вод и отработанной промывочной жидкости. Для установки основной части ствола необходимо произвести пробивку грунта.

Далее выполняется соединение выбранной коронки с буровой колонковой трубой и подбора обсадных труб, которые по мере углубления будет наращиваться. Установку следует надежно закрепить, после чего производится запуск бурового станка.

Колонковая технология с промывкой забоя водой позволяет наиболее простым и оперативным способом освободить ствол выработки от разрушенной породы

По мере углубления и заполнения колонкового бура выполняется периодический его подъем на дневную поверхность и прочистка от грунта, захваченного инструментом в ходе бурения. После чего освобожденный от керна бур снова можно погружать в отверстие скважины для продолжения бурения.

Для подъема наверх колонну бурильных труб, состоящую из колонкового снаряда и штанг, разбирают. То есть последовательно отделяют штангу за штангой, пока не достанут из ствола колонковую трубу.

Оптимальным вариантом для разработки скважины частникам считается колонковое бурение, сопровождающееся промывкой. Никаких образцов отбирать в этом случае не нужно. Главное, быстро сформировать ствол и очистить его от шлама.Одновременно с тем выполняется подготовка выработки к предстоящей эксплуатации.

Для промывки можно использовать любую воду, вполне подойдет из соседнего пруда или речки. Бурение может производиться и всухую, если разрабатывается скважина на песок. Обычно в этом случае достаточно пары ведер воды в качестве бурового раствора лишь для охлаждения снаряда на забое.

По колонковой технологии производится бурение отверстий в бетонных и железобетонных конструкциях, фундаментах и кирпичных стенах

При работе в рыхлых маловлажных песках для укрепления стенок отверстия в рабочий раствор рекомендовано добавлять жидкое стекло либо глинистую массу. В любом случае при прохождении бура сквозь горизонт с неустойчивой структурой оправданным будет укрепление стенок скважины обсадными трубами.

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.

Достоинства и недостатки колонкового метода

Благодаря точечному действию коронки по своему радиусу обеспечивается аккуратное вырезание и вынесение на поверхность цельного керна. Технология применима для бурения пород до XII категории, можно работать как перпендикулярно, так и под углом.

Одним из важнейших показателей колонкового метода считается высокая производительность и скорость бурения.

Помимо этого можно выделить следующие достоинства:

  • Объем бурения в случае применения промывочной жидкости или технической воды составляет 85%;
  • Введение в рабочий раствор активных эмульсий дает возможность удержания стенок скважины в своем первоначальном состоянии;
  • Благодаря снижению осевых нагрузок вследствие того, что порода разрушается не в сплошную, достигается снижение энергетических затрат.
  • Метод позволяет работать с любыми породами, в том числе базальтовыми и гранитными.
  • При использовании сборного мобильного станка возможно проведение работ в труднодоступных местах.

Наряду с достоинствами, колонковое бурение скважин также имеет и свои недостатки:

  • При работе в трещиноватых породах зачастую возникает заклинивание керна, что ведет к необходимости извлечения трубы для его выбивания.
  • При прохождении твердых пород из-за перегрева и прихватывания коронка быстро затупляется. Чтобы этого избежать, необходимо применять охлаждающую жидкость и снижать скорость подачи. Вследствие этого снижается скорость бурения.
  • Маленькое сечение (до 200 мм) бурения не позволяет использовать мощные погружные насосы.

При разработке скважин на воду в случае применения глинистого раствора при вскрытии пласта велика вероятность заиливания водоносного слоя.

Выводы и полезное видео по теме

Видео 1. Начальный этап бурения скважины колонковым способом:

Видео 2. Колонковое бурение скважины в гранитной породе:

Началу проведения работ по колонковому бурению скважины должен предшествовать экономический расчет. Соблюдение норм безопасности и правил эксплуатации оборудования сводят к минимуму риск его выхода из строя, тем самым обеспечивая высокую эффективность работы, скорость бурения и снижение экономических затрат.

Колонковое бурение производится при помощи станков с наличием гидравлической подачи. Сегодня эти установки могут изготавливаться для бурения скважин, глубина которых составляет от 2 000 до 3 000 м. Глубочайшими жилами являются те, диаметр которых превышает 4 км.

Гидравлическая подача включает в себя такие преимущества:

  • Обеспечивает необходимую регулировку и непрерывный контроль, нагрузку на коронку;
  • Предоставляет специалисту возможность избавиться от лишних потерь физического труда в момент регулировки передачи инструмента;
  • Допускает возможность произвести осуществление фиксирования контактов пород разных прочности;
  • Может предотвратить падение буровых комплектующих инструмента в момент соприкасания каверн;
  • Используется как гидравлический домкрат в момент прихвата инструмента.

Для проходки скважин роторные станки для колонкового бурения оснащены длинными штангами для уменьшения времени на прикрепления зажимных патронов. В этот момент подача инструментов производится с барабанов лебедки.

Роторное бурение и оборудование к нему

Разновидность вращательного бурения – это роторное бурение, при помощи которого производят углубление забоя в скважине цилиндрической формы.

Если детально разбирать буровой станок колонкового бурения, то он являет собою особый вид бурового станка с наличием вертикальной стрелки, у него имеется огромная мощность бурения за счет гидравлической системы. Такие системы прекрасно могут подойти для разработки месторождений полезных ископаемых, металлического и неметаллического типа. Такое оборудование, как буровой станок для разведочного бурения может использоваться в геологии, металлургии, в момент добычи угля, строительных работах.

Роторные станки используются для добычи нефти, которая находится близко к поверхности, а также природного газа, для формирования вентиляционных и дренажных туннельных конструкций.

Дополнительные элементы станков

В состав роторных станков колонкового бурения входит: дизельный двигатель, ротор, буровая лебедка, зажимный механизм, коробка передач, гидравлическая тормозная система.

Сегодня купитьбуровые установки можно у специалистов нашей фирмы, при этом продукцию клиенты смогут получить весьма качественный и относительно недорогой товар.

Главные особенности роторных станков

  1. За счет огромного диаметра прокладываемых жерловин, буровые станки колонкового бурения являются устройствами с высокой степенью адаптации. Такие установки могут подойти для любых бурильных технологий.
  2. Относительно небольшой вес и простой демонтаж буровых установок колонкового бурения обеспечивает мгновенную его транспортировку в любую местность;
  3. По своей конструкции станки колонкового бурения отличаются своими компактными размерами, простотой деталей, которые располагаются так, что не прикрывают друг друга. За установками такого типа просто ухаживать и ремонтировать их.

У специалистов нашей компании можно купить буровой станок от такого производителя, как HUANGHAI, дополнительные запчасти к нему, комплектующие к станкам высочайшего качества.

Технические характеристики бурильных установок

Рассматривая технические характеристики буровых станков можно отметить следующее:

  • Мощность оборудования составляет 4-80 кВт;
  • Мощность вращателя – 4-35 кВт;
  • Частота вращения става 0,37-0,77 с-1;
  • Сила подачи на забой – 1-7 кН;

Если вас интересует буровая установка цена, то в нашей компании вы можете просмотреть весь каталог цен на буровое оборудование.

Мы предлагаем только качественные установки по приемлемым ценам. Такие станки имеют достаточно длительный срок эксплуатации, так что пользователи смогут, смело применять их в любых целях, не опасаясь за то, что через некоторое время они выйдут из строя. У нас всегда можно найти огромный ассортимент товара, а также комплектующие к нему. Высококачественные детали, различные запчасти по доступным ценам от известных производителей всегда ждут своих покупателей.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *