Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

колонковое бурение предназначено для

Технология колонкового бурения скважин – самая популярная в геологической разведке и при добыче водного ресурса. Она имеет массу преимуществ, оптимально подходит для развертывания установки на сложнодоступных участках. Метод признается одним из самых экономичных и продуктивных по объему гидродобычи на единицу времени. Из-за особенного способа проведения работ образуется горная выработка с жесткими краями. Они выдерживают очень высокую нагрузку, а само отверстие может углубляться на расстояние до километра. Поэтому технологию применяют как в производственных целях, крупных масштабах, так и при частном решении задач, например, для создания индивидуальной точки водозабора.

Разновидности бурового инструмента

Основным рабочим инструментом для бурения скважины и подъема грунта является бур. Для различных способов бурения применяются:

  • Шнек, или змеевик, применяется для роторной бурильной установки при прохождении грунтов средней плотности – суглинков, супесей, глины и земли. Оснащается металлической насадкой с заточенными кромками, выполняющими сверление грунта.
  • Стакан, или снаряд Шитца, применяется для вязких и плотных грунтов в канатно-ударных буровых установках.
  • Ложка используется для сыпучих и подвижных грунтов – песчаных, щебеночных. Способ бурения – вращательный и ударно-вращательный.
  • Желонка применяется для очистки скважинного канала от полужидких и сыпучих грунтовых смесей, оставшихся после прохождения долота. Предназначается для канатно-бурильной установки.
  • Долото используется для прохождения твердых и каменистых пород. Представляет собой специальную пластину с округленными гранями калибром, равным внутреннему диаметру обсадной колонны минус 5 мм. Предназначается для канатно-ударного способа бурения.

Режущие элементы буров изготавливаются из закаленных стальных листов толщиной 3–5 мм.

Область применения и особенности

Данный способ характеризуется тем, что грунт разрушается по кругу, очерчивая контуры диаметра будущей скважины. Когда осуществляется бурение колонками, внутренняя часть отверстия остаётся целой. Этот керн в последующем извлекается на поверхность.

Давление на грунт идет с помощью специальных коронок — пустотелых цилиндров со специальными резцами на одной из сторон. Эти резцы и выполняют основную работу по бурению. Они вгрызаются в породу, в то время как пустотелая часть попросту заполняется грунтом, что отсекается от общей матрицы.

Стоит заметить, что с помощью колонкового бурения можно разрабатывать не только горные породы, но и выполнять бурение на строительстве. Например, алмазные способы бурения коронками применяются для создания отверстий в монолитных железобетонных конструкциях. Более того, этот способ на стройке считается самым приоритетным.

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

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

Рассматриваемый способ обладает следующими особенностями:

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

    Схематические изображение стандартной коронки для бурения скважин

    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.

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

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 ↑

Дополнительные аспекты

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

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

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

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

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

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.

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.

kolonkovoe-burenie-skvagin-3.jpg

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.

Бурильный инструмент при колонковом способе

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

burilnaya-koronka-800x600.jpg
Бурильная коронка с твердосплавными сменными резцами для колонкового бурения.

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.

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.

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.

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.

d658a5541cf276afe452b7962befafaa.jpg
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

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.

Фильтрация воды

Первая ступень фильтрации воды происходит внутри скважины на обсадной трубе. Такая очистка избавляет от крупных частиц мусора и увеличивает срок службы скважинного насоса.

В продаже можно встретить:

  • Сварные безнапорные фильтры. При высокой стоимости обладают рядом преимуществ – выдерживают высокие нагрузки, долговечны, надежны.
  • Наборно-кольцевой полимерный фильтр. Среди преимуществ — невысокая цена, пригодность к ремонту. Однако требуют увеличенного диаметра скважины.
  • Трубчато-проволочный фильтр, имеющий обмотку из проволоки (профилированной). Изделие среднего ценового сегмента отличается стабильной долговечной работой, отсутствием риска заиливания, ремонтопригодностью.

Можно ли самому бурить скважину на воду

Бурение водяных скважин – трудоемкий и ответственный процесс, требующий правильного подхода к применению современных методов бурения. Основной комплекс работ можно выполнить самостоятельно с минимальным набором оборудования, не привлекая сторонних подрядчиков.

Это позволит сэкономить на профессиональном бурении и аренде специализированного оборудования

Важной статьей расходов на обустройство скважины станет проведение основных расчетов и сбор аналитических данных по состоянию грунта и расположению водоносного горизонта

Самый популярный тип гидросооружения, которое можно обустроить самостоятельно, – скважина на воду с глубиной обсадки до 35 метров. Конструктивно она представлена трубой, которая устанавливается в шахту и оснащается фильтром для донной очистки воды.

Для самостоятельной разработки водозаборной точки специалисты рекомендуют выбирать метод шнекового бурения с применением электрической или бензиновой буровой установки. Это значительно упрощает сам процесс и сокращает временные затраты на обустройство скважины.

Особенности данной технологии

Бурение колонковым способом проходит с помощью полой трубы, окончание которой имеет острые зубья. Они могут иметь алмазное покрытие для более твердых пород. Придаваемым давлением острые резцы по краям трубы врезаются в участок породы для нефтяного бурения и проводят ее разрезание, углубляясь все больше. Внутренняя часть керна остается внутри полости, после чего изымается.

Создание нефтяных или других скважин может также проводится и другими типами коронок:

  • Вольфрамитовые коронки;
  • Алмазные коронки;
  • Стальные коронки.

Выделяют следующие преимущества бурения нефтяных и других скважин колонковым методом:

  • В процессе создания нефтяных и других типов скважин сохраняется целостность керна и боковых зон породы. В дальнейшем ее можно извлекать для научного исследования;
  • Создание нефтяных и других скважин может проводиться под различным углом, независимо от уровня твердости породы и ее физического состава. Для более плотных участков используется подмывание водой или раствором из глины;
  • Технология подразумевает наличие глубоких, но небольших в диаметре скважин;
  • Относительная доступность данного способа, а также легкий вес основной конструкции для создания нефтяных скважин.

Технические требования

Буровые вышки состоят из копра и откоса и должны отвечать следующим техническим требованиям:

  • быть достаточно прочными для восприятия напряжений от максимальных нагрузок и ветровых усилий;
  • быстро и просто собираться и разбираться с минимальной потерей материала;
  • быть достаточно высокими в зависимости от глубины;
  • быть достаточных размеров для удобного размещения и обслуживания механизмов;
  • 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.

Оборудование

Шнековые установки для бурения скважин разделяются на три типа:

  • ручные;
  • легкие передвижные;
  • тяжелые передвижные.

Они предназначаются для разных задач однако работают по одному принципу.

Ручные установки

Основное достоинство таких моделей это легкий вес и компактность. Многие модели оснащаются мотором, что значительно облегчается процесс сверления отверстий в земле.

Основные характеристики ручных моделей:

  • компактность;
  • небольшой вес – максимальная масса установки достигает 200 кг, средняя же весит до 50-80 кг;
  • используются для бурения питьевых скважин, а также других строительных работ.

Благодаря своей компактности, эти малогабаритные установки могут применяться в любых условиях. Также можно вести работы в помещениях, например в подвале.

Легкие самоходные установки

Это более мощные агрегаты, которые устанавливаются на базу грузовых автомобилей. Благодаря этому облегчается их транспортировка. Кроме того, они могут использовать шасси автомобиля в качестве платформы для бурения.

Особенности:

  • вес установок может достигать 1 тонны;
  • легкость передвижения;
  • высокая производительность.

Естественно, такие агрегаты выигрывают ручных, однако это уже промышленное оборудование.

Тяжелые установки

Они также монтируются на базе шасси тяжелого грузового транспорта. Однако в отличие от легких, они представляют собой уже буровой комплекс, т.к. интегрированы с системами автомобиля.

Особенности:

  • управление установкой с автомобиля;
  • возможность бурения скважин больших диаметров и глубин;
  • автономная работа – не требуется подключение дополнительного оборудования.

Таким образом, установки для этого типа бурения довольно широко представлены на строительном рынке. И позволяют выполнять разные типы работ, а также ориентированы на все группы потребителей – от домовладельцев до крупных промышленных предприятий.

Буровые установки ЛБУ

Одна из самых популярных передвижных установок для шнекового бурения это модель ЛБУ 50. Она ставится на шасси таких грузовых машин:

  • КамАЗ;
  • ЗИЛ;
  • Урал.

Эти бурильные агрегаты отличаются высокой мощностью и надежностью. Они применяются как для изготовления питьевых скважин, так и для общестроительных и разведывательных работ.

Установка ЛБУ

Машина может осуществлять разные типы работ:

  • шнековое бурение;
  • ударно-канатное;
  • с промывкой;
  • с продувкой;
  • колонковое.

Таким образом, она достаточно универсальна и может применяться на различных видах почв. Также, в процессе бурения станками типа лбу, можно устанавливаться обсадные трубы.

Основные характеристики:

  • относится к классу самоходных установок;
  • максимальный диаметр скважины – 850 мм;
  • максимальная глубина проходки – 200 м;
  • глубина бурения шнеками – 50 м.

В базовой комплектации установка оснащена всеми необходимыми элементами для проведения бурильных работ.

Установка СО-2

Это еще одна популярная промышленная модель. Шнековое бурение скважин станками типа со 2 применяется в основном для обустройства свай. Основой для установки служат подъемные краны, либо экскаваторы.

Основные характеристики модели:

  • возможность расширять основание скважины;
  • максимальная глубина бурения – 30 метров;
  • максимальный диаметр – 60 см;
  • тип бурения – шнековый.

Установка СО-2

Стоимость оборудования

Средняя цена бурильного оборудования может варьироваться от нескольких тысяч рублей до миллионов. Это обусловлено тем, что на рынке представлено множество моделей, ориентированных на разных потребителей.

Например:

  • установка ЛБУ-50 – средняя стоимость в зависимости от базы и комплектации варьируется от 3-х до 4-х миллионов рублей;
  • малогабаритные установки значительно дешевле. Например, модель УКБ-12/25 стоит около 200 тысяч, а ПМ-23 в районе 100 тысяч;
  • комплекты для ручного бурения обойдутся еще дешевле – средняя стоимость будет в пределах 20-30 тысяч;
  • простой шнековый бур можно приобрести за 2-3 тысячи.

Среди оборудования, наиболее популярен и разнообразен модельный ряд малогабаритных установок. Поскольку за сравнительно небольшие деньги покупатель получает полноценный бурильный агрегат.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий