Что такое колонковое бурение

3. Колонковое бурение

Колонковое бурение является основным техническим способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Оно также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и при структурно-картировочных изысканиях нефтяных и газовых месторож­дений. Кроме того, это бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым способом могут буриться шурфы и разведочные шахты. Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам.

1. Оно позволяет извлекать из скважины столбики породы — керна, по которым можно составить геологический разрез месторождения и опробовать полезное ископаемое.

2. Колонковым способом можно бурить скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости. Из подземных выработок можно бурить восстающие скважины.

3. Бурить скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

. Общая схема колонкового бурения

Бурение скважины начинается с подготовки подъездных путей и площадки для буровой установки Перед началом бурения на месте заложения запроектированной скважины разравнивается площадка, выкапываются ямы под емкости для промывочной жидкости и под фундаменты и собирается буровая вышка 14 с буровым зданием 15. В вышке монтируются в требуемом направлении буровой станок 7, буровой насос 18, электродвигатели 19 для привода станка и насоса (рис.3.1). При отсутствии электроэнергии станок и насос приводятся в действие через соответствующую трансмиссию от двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Рис.3.1 Схема бурового агрегата

После монтажа буровой установки и проверки ее работы производится забуривание скважины в заданном направлении, после чего устье скважины закрепляется направляющей трубой. Все части бурового снаряда соединяются друг с другом при помощи резьбовых (герметичных) соединений. Верхняя ведущая бурильная труба пропускается сквозь шпиндель вращателя бурового станка, закрепляется в зажимном патроне, затем.. на нее навинчивается буровой сальник.

Одновременно оборудуется система для очистки бурового раствора от частиц разбуренной породы. Для охлаждения коронки, очистки забоя от разрушенной породы и выноса на поверхность шлама скважину промывают. Бурение скважины производится в следующей последовательности. При помощи лебедки в скважину спускается буровой снаряд, собираемый из следующих частей: коронки 7, колонковой трубы 6, переходника 5, колонны бурильных труб 4, длина которой увеличивается по мере углубления скважины, вертлюг-сальника 3, нагнетательного шланга 2, соединяющего буровой снаряд с буровым насосом 1. Вращение бурового снаряда сопровождается нагнетанием под давлением промывочной жидкости буровым насосом. Раствор, насыщенный шламом разбуренной породы, поднимается вверх по стволу скважины, где поступает по системе желобов 8 в отстойник 9, где шлам опускается на дно, а осветленная вода в приемный бак 10.

Рис. 3.2 Схема прямой промывки скважин:

1 – буровой насос; 2 – нагнетательный шланг; 3 – вертлюг – сальник; 4 – колонна бурильных труб; 5 – трубный фрезерный переходник; 6 – колонковая труба; 7 – коронка; 8 – система желобов; 9 – отстойник; 10 – приемный бак

С промывкой и вращением снаряд осторожно доводят до забоя и начинают бурение. Скважину забуривают до коренных пород и врезаются в них на 0,5—1,5 м, после чего опускают направляющую трубу, предназначенную для предохранения устья скважины от размыва и направления изливающейся из скважины жидкости в желобную систему При глубоком бурении всю толщу верхних неустойчивых и водоносных пород перекрывают следующей колонной обсадных труб называемой кондуктором. Затрубное пространство за кондуктором на всю глубину или в нижней части должно быть зацементировано, а кольцевой зазор между направляющей трубой и кондуктором загерметизирован.

В зависимости от физико-механических свойств пород, диаметра и типа буровой коронки шпинделю и буровому снаряду сообщают ту или иную частоту вращения и при помощи регулятора подачи создают необходимую осевую нагрузку на коронку. Частота вращения инструмента подбирается в зависимости от типа коронки, ее диаметра и глубины скважины. Регулятор подачи позволяет создавать необходимое давление резцов коронки на породу забоя, независимо от веса колонны бурильных труб. Вращаясь и внедряясь в породу, коронка выбуривает кольцевой забой, формируя керн. По мере углубления скважины керн заполняет колонковую трубу

Если бурение ведется по устойчивым породам, то для промывки скважины применяется техническая вода. При проходке скважины в недостаточно устойчивых породах промывку ведут глинистым раствором. При бурении в относительно безводных скважинах может применяться продувка забоя сжатым воздухом.

После того как колонковая труба наполнится керном, приступают к подъему инструмента на поверхность. При бурении в крепких и абразивных породах иногда приходится прекращать бурение и приступать к подъему инструмента из-за значительного снижения скорости бурения вследствие затупления резцов коронки или из-за самозаклинивания керна в колонковом снаряде. Перед началом подъема керн должен быть надежно заклинен в нижней части колонкового снаряда и сорван. После заклинивания керна насос выключают и буровой снаряд при помощи лебедки поднимают на поверхность, развинчивая колонну бурильных труб на отдельные свечи. Длина свечей определяется высотой буровой вышки. Свеча свинчивается из двух или трех, а иногда и четырех бурильных труб. Длина свечи на 3—5 м меньше высоты вышки. Свечи устанавливаются на подсвечник. Вес поднимаемой колонны можно определять с помощью индикатора веса.

После извлечения колонкового снаряда на поверхность коронку отвинчивают, керн извлекают из колонковой трубы, инструмент вновь собирают, опускают в скважину и бурение продолжают. При каждом подъеме коронку осматривают и в случае износа заменяют новой. Керн промывают, очищают от глинистой корки, замеряют и укладывают в последовательном порядке в керновые ящики, отмечая интервал скважины, с которого поднят керн, и процент выхода керна.

Если скважина пересекает неустойчивые породы, которые обваливаются или выпучиваются даже при применении специальных промывочных растворов, в нее опускают колонну обсадных труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение скважины коронкой меньшего диаметра. Через 50—100 м проходки измеряют угол наклона (зенитный) и направление (азимут) скважины. После того как скважина пересечет полезное ископаемое и войдет в пустые породы лежачего бока, бурение прекращают, инструмент поднимают и разбирают.

В скважине производят геофизические исследования, (каротаж), измеряют кривизну ствола, температуру, проверяют глубину скважины, после чего приступают к ликвидации скважины. Для этого, прежде, извлекают обсадные трубы (если они не зацементированы), затем заполняют под давлением тампонажным раствором, чтобы по стволу не было перетока подземных вод. После этого буровая установка разбирается и перевозится на новую точку. На месте ликвидированной скважины устанавливают репер.

В крепких породах бурение производят алмазными коронками. В крепких хрупких породах может быть с успехом применено ударно-вращательное бурение с гидро- или пневмоударным механизмом. В породах средней твердости и мягких вращательное бурение ведется коронками, армированными твердосплавными резцами. Если скважины пересекают уже изученные породы, то на участках, где полезное ископаемое отсутствует, целесообразно перейти на бескерновое бурение, которое позволяет повысить производительность бурения за счет значительного увеличения проходки за рейс и сокращения времени на спуско-подъемные операции, а также за счет повышения режимов бурения.

Глубины колонковых скважин бывают различные — от нескольких метров до нескольких тысяч метров. Диаметры колонковых скважин зависят от целей их проходки и от типа породоразрушающего инструмента. При алмазном способе скважины бурятся в основном коронками диаметром 76, 59 и 46 мм. При твердосплавном бурении чаще применяют коронки диаметром 92, 76, 59 мм, При инженерно-геологических и гидрогеологических работах иногда проходят колонковым способом шурфо-скважины диаметром 500—1500 мм. Выпускаются установки для бурения колонковым способом круглых стволов шахт диаметром более 5 м.

Колонковое бурение

Что такое колонковое бурение. Для каких целей и задач применяется .

Колонковое бурение — это метод строительства скважины с помощью алмазной или твердосплавной коронки, представляющей собой кольцо с установленными по краям острыми зубьями. Вращаясь с большой скоростью, коронка разрушает грунт лишь по краям скважины. При этом внутренняя часть, называемая керном, сохраняется и может быть использована для изучения состава грунта на месте бурения. Таким образом, при колонковом бурении можно осуществлять быстрое строительство скважин со скоростью, значительно превосходящей классический метод бурения. Благодаря простоте, скорости, экономичности и возможности получения кернов, содержащих неповрежденный фрагмент грунта, колонковое бурение широко применяется при разведке месторождений полезных ископаемых, изучении строения ледников, геологическом бурении, строительстве, водоснабжении из подземных вод и т.д.

Этапы бурения

Перед началом работ подготавливается площадка. Для этого устанавливается насосное оборудование и создается приямок для закачки и слива промывочной жидкости (воды или глиняного раствора). Кроме того, на данном этапе обустраивается подъезд к месту работы буровой установки, а также машин для подвоза промывочной жидкости. На следующем этапе происходит соединение коронки, подобранной в зависимости от типа грунта, с колонковым буром. Также, осуществляется подбор и подготовка обсадных труб, длина которых будет увеличиваться по мере их углубления. После фиксации установки осуществляется запуск бурового станка. По мере бурения и заполнения бура грунтом его периодически поднимают и очищают. Для углубления выработки освобожденный от керна бур снова погружают в скважину и продолжают бурение. В зависимости от типа скважины и физического состава грунта бурение может сопровождаться промывкой скважины водой или глиняным раствором, а может проводиться насухо.

Оборудование и инструмент

В качестве инструмента для колонкового бурения применяют коронки (латунные, твердосплавные или алмазные в зависимости от типа грунта), колонковую трубу, стальные обсадные трубы, штанги, переводники, промывочные пробки и сальники, долота, а также элеваторы для спускоподъемных работ. Кроме того, в зависимости от вида и сложности бурения могут использоваться различные дополнительные приспособления, оборудование и инструменты.

Возможности метода

Благодаря конструктивным особенностям коронки колонковое бурение можно применять при бурении практически любых горных пород, в том числе гранита и базальта. При этом строительство скважин может осуществляться на глубину до 1000 м под различными углами. Обычно, диаметр колонкового бурения не превышает 200 мм.

Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 .

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. При этом трубы имеют с одной стороны внутреннюю резьбу, а с противоположной — наружную. Ствол выработки из труб с резьбой собирается предельно просто и быстро.

Есть обсадные трубы, предназначенные для сварных соединений. В частном секторе их не используют из-за трудоемкого процесса сборки колонны.

Как обсадные, так и колонковые трубы изготавливаются из стали марки 45 с группой прочности «К». Для повышения устойчивости к поверхностному износу концы труб закаливаются. В зависимости от используемого бурового оборудования и диаметра погружного насоса в устройстве частных водозаборных выработок используют трубы диаметром от 100 до 200 мм.

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.

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.

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.

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.

Хотите поделиться только вам известными тонкостями колонковой технологии? Располагаете полезной информацией по теме статьи? Пишите, пожалуйста, комментарии в находящейся ниже блок-форме, задавайте вопросы и публикуйте фото по теме статьи.

Колонковое бурение скважин: краткое описание технологии, методов, способов и особенностей

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.

Колонковое бурение скважин: что это такое

Это процедура, при которой буровая установка осуществляет вращательные движения с целью разрушить горные породы. При этом разрушение происходит не по всей площади, а по кругу, оставляя в центре керн, то есть нетронутый участок цилиндрической формы. Буровой насос нагнетает мощный поток воды, которым производится вымывание разрушаемой породы. Установки включают множество механизмов, в том числе для спуска и подъема инструмента, его вращения. В зависимости от типа горных пород (прочности и других механических характеристик) выбирается оснастка. В роли режущих кромок выступают долота (коронки). Они бывают разных форм.

Технология настолько успешна, что она нашла множество сфер применения. От гидродобычи до разведки полезных ископаемых.

Характеристика и краткое описание колонкового бурения скважин

Керном называется столбик из искомого материала (горная порода, например) цилиндрической формы. Он с использованием шнекового подъемника поднимается из глубин на поверхность, когда цель всего процесса – разведывание грунтовых слоев. Такая процедура делает возможным подробное составление геологического разреза.

Используемое оборудование позволяет углубляться внутрь на расстояние до 1000 м. Оно оснащено инструментами, способными пробить любую породу. Вторая задача техники – регулярная поставка керновых проб наверх.

Метод настолько эффективен, что его использовали в Заполярье при освоении Кольской сверхглубокого колодца (12 262 м в глубину) для решения научных задач. Она была занесена в книгу рекордов Гиннеса как самая глубокая.

Не менее распространена технология при открытии водных горизонтов на глубине. Добыча воды кристальной чистоты – одна из приоритетных задач.

Сферы использования колонкового способа бурения скважин

В первую очередь метод был создан для исследовательско-научных целей. В рамках геологической разведки можно с высокой точностью определить, на каком расстоянии от поверхности располагаются те или иные грунтовые слои (их кровля и подошва, т.е.верхняя и нижняя границы). Не только твердые породы, но и зеркало подземных вод определяется по такой технологии.

Отрасли, где находит применение методика:

• Гидродобыча. Это как частное водоснабжение, так и крупная водоподготовка, в промышленных масштабах. Такой водозабор очень эффективен, поскольку бурение происходит на большую глубину. Это позволяет снабдить чистым, питьевым водным ресурсом целый квартал, небольшой дачный поселок. При этом снаряд очень хорошо поднимает вверх любой тип почвы, кроме водонасыщенных рыхлых материалов. Но справиться с ними (это песок, глина, некоторые другие примеси) легко можно с помощью установки фильтра грубой очистки. Фильтрующее оборудование промышленного или частного масштаба выгодно заказать в нашей компании «Вода Отечества».
• Геологическая разведка. Она в основном применяется в горнодобывающей промышленности. В чем особенность метода? Дело в особом вращательном инструменте, который фактически напоминает трубку. С его помощью прорезывается цилиндр, а внутри керн остается целостным. Так можно исследовать не только химические характеристики почвы, но и механические, физические качества грунтовых слоев. То есть структура в ходе добычи материала не нарушается.
• Подготовка к строительству. В ходе инженерных изысканий производится георазведка на строительном участке. Колонковый метод бурения позволяет определить сразу несколько показателей – уровень грунтовых вод, пробы почвы и некоторые другие факторы. Конечно, в таком случае глубина погружения инструментов не очень большая.
• Исследовательская деятельность. Отличным примером здесь является Кольская сверхглубокая скважина, целью которой было определение структуры земной коры, а также оболочки ядра Земли. То есть предприятие имело исключительно научные задачи.
• Строительство. Поскольку отверстия получаются ровные, цилиндрические, то в подготовленные ямки очень удобно устанавливать сваи для фундамента, можно произвести монтаж железобетонного основания. Кроме того, достаточно острые и крепкие инструменты позволяют пробурить насквозь даже бетонные блоки или кирпичную кладку.

Бурение с помощью колонковой трубы позволяет достать образец грунта в целостной форме, а также определить точную глубину пролегания пород. Таким образом, технология применяется в большом количестве сфер. В частном использовании основная задача процесса – гидродобыча, создание индивидуальной точки забора и водоподготовки на участке.

1,5 м3/ч Для технической воды

1,5 м3/ч Для технической воды

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

Суть технологии

Колонковое бурение предназначено для горной выработки. В зависимости от того, с каким природным материалом приходится работать, есть две применяемые методики:

• С подачей жидкости. Буровой раствор обязательно подают в зону резания при работе со скальными, твердыми пластами. Если воды не будет, то процесс сильно замедлится, а само режущее оборудование в скором времени выйдет из строя, затупится. Промывка не только ускоряет процедуру, но и позволяет очень эффективно освободить рабочую зону от остатков горной породы. Особенно это важно, когда планируется сделать очень глубокую скважину. Также технология применяется, когда на участке очень рыхлые почвы, а взятие керна (целостного пласта) не является приоритетным. В таком случае забой омывается водой, а ствол выработки очищается от частичек грунта.
• На сухую. Способ можно назвать более дорогостоящим, однако, он предпочтительнее, когда выработка производится на несвязных (рассыпчатых) грунтах, а также в том случае, если они пропитаны достаточно большим количеством влаги. В том числе, это супесь, глина, суглинок различной пластичности.

Принцип алмазного колонкового бурения

Один из основополагающих элементов установки – труба. Она будет того диаметра, в зависимости от необходимого размера кернового стержня. На ее окончании располагается коронка – это режущий инструмент. Деталь на подошве необходима для разрешения грунта. Резец является сменным, он прикручивается на время, за одну крупную выработку придется поменять ее несколько раз. Замена осуществляется очень простым способом – на винтовую резьбу.

Если предстоит разрезать скалистые или иные твердые породы, то предпочтительно использование алмазной коронки.

Именно оснастка с напылением из алмазов используется при водозаборе на больших глубинах. Поскольку для того, чтобы добраться до кристально чистого водного ресурса, понадобится прорубить достаточно глубокий тоннель через известняк и другие слои. Ведь влага конденсируется очень глубоко, в разломах коренных пород.

В ходе работы коронка вращается очень быстро – количество оборотов регулируется пультом, режим выбирают в зависимости от того, насколько прочный предстоит прорезать грунт. Если вращения будут чрезмерно стремительными, при соприкосновении с очень твердыми материалами резец может затупиться или вовсе сломаться. Центральная часть цилиндра попадает внутрь трубы. Чтобы извлечь собранный там керн, производится разборка колонны с извлечением штанги. Затем используется мощная струя воздуха (вывод можно ускорить, если параллельно простукивать участок кувалдой). После этого очищенный инструмент снова погружают в выполненное отверстие.

Такие буры признаны наиболее эффективными, их производительность значительно выше, чем у матричных и шарошечных долот. Это объясняется высокой скоростью вращения инструмента – сил затрачивается намного меньше, как и времени. И еще одно немаловажное преимущество – нет необходимости промывать и прочищать затем забой от разрушенных пород, поскольку они очень удобно вынимаются в виде керна.

Станки и установки колонкового бурения

Видов аппаратов несколько, все они зависят от диаметра и глубины желаемого отверстия, а также от назначения скважины и типа грунта, где проводятся геологические работы. Технологически устройства не отличаются друг от друга, однако, сильно могут варьироваться размеры.

Например, для разведывательных целей обычно применяются достаточно компактные установки, которые монтируются на разном транспорте – тракторах, грузовиках. Некоторые гусеничные виды тягачей предполагают возможность выработки на участках без автомобильной дороги – подъехать к ним можно только на таких машинах. В России наиболее часто аппаратуру ставят на КАМАЗ, МАЗ, Урал. Иногда и на более легкий автотранспорт, в тех случаях, когда предстоит несложная работа, например, на строительной площадке.

Когда нужны небольшие лунки, а это иногда требуется при ландшафтном дизайне (установить лавочку), частном строительстве, при монтаже ЛЭП-опор, тогда применяются ручные буры, которые работают по тому же принципу, но менее автоматизированы. Например, остатки грунта нужно доставать вручную. Длина и диаметр получаемых отверстий, конечно, ограничены.