Когда применяется колонковое бурение скважин?

Технологи колонкового бурения скважин

Здесь вы узнаете:

Колонковое бурение скважин – один из самых производительных способов прохождения породы с сохранением целостности керна. Рассмотрим инструмент и буровые установки для колонкового бурения, преимущества и недостатки.

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.

Достоинства и недостатки колонкового бурения

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

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

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

Кроме того, выделяют следующие преимущества:

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

Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

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

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.

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.

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.

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

Этапы процесса

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 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.

Способ колонкового бурения

Способ выполнения скважин с применением такого способа является наиболее производительным. Его особенность состоит в том, что разрушение грунта производится не по полному объему сечения отверстия, а по кольцевому контуру. Неразрушенная часть из середины ствола, называемая керном, выводится по внутреннему объему бурильной (колонковой трубы). Таким образом, колонковое бурение скважин позволяет получить точное подземное строение грунтов в зоне выполнения работ. А поскольку способ позволяет бурить отверстия на глубину, исчисляемую тысячами метров, он является практически идеальным для геологической разведки в малоисследованных областях или участках. Этому способствует также высокая производительность процесса, достигаемая за счет уменьшенной площади контакта бурильного инструмента с грунтами.

Бурильный инструмент при колонковом способе

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

Рис.1. 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.

Трубы колонковые (обсадные)

Эти изделия производятся по специально разработанному ГОСТу 51682-2000. Их назначение – колонковое бурение при разведке на твердые полезные ископаемые, для добычи воды, разведочно – геологических изыскательских работах и в строительстве для получения лидерных скважин.

Одной из распространенных исполнений изделия колонковые трубы являются изделия с соединениями в виде ниппелей. Оба конца таких деталей имеют наружную резьбу, а сами трубы – внутреннюю.

Рис.2. Труба колонковая и ниппель к ней

Материалом для изготовления обоих изделий является сталь по группе прочности «К», по согласованию с потребителем применяется сталь марки 45.

Чтобы повысить устойчивость поверхности к износу, колонковые трубы по их концам на расстоянии порядка 500 мм подвергаются закалке с применением ТВЧ. Для таких изделий твердость поверхности должна быть не менее 40 единиц по Роквеллу. А чтобы исключить «заедание» резьбы, ниппеля обрабатываются способом карбонитрации. Твердость поверхности по резьбе не менее 50 Роквелла. Длина ниппелей стандартная и составляет 170 мм.

Колонковые трубы допускается использовать по прямому назначению повторно.

Длины изделий варьируются в пределах 0.4 – 6 метров в зависимости от применяемых технологий бурения и особенностей применяемого для этого оборудования. Длина труб оговаривается в договоре на их поставку

Технологические особенности колонкового способа

Колонковое бурение скважин производится следующим образом:

Рис.3. Схема колонкового бурения

1. В задании на выполнение работ указывают географические координаты скважины ее назначение и параметры.
2. Бурящая организация самостоятельно добирается до места назначения, применяя для этого самоходные бурильные установки на базе различных средств грузового автотранспорта или на гусеничном ходу.
3. Производится подготовка площадки под установку буровой установки, которая должна быть строго горизонтальной.
4. Изготавливаются емкости для воды или глинистого раствора, применяемого при бурении скважины.
5. Обычно для промывки скважины применяется чистая вода. Но при прохождении водно-песчаного слоя необходимо использовать глинистый раствор, в процессе бурения укрепляющий стенки шурфа от обрушения. В специальных случаях вместо глины применяется жидкое стекло.
6. Применение промывки при прохождении рыхлых гравийно – каменистых горизонтов неэффективно, ввиду того, что промывочная жидкость активно уходит внутрь грунта. В таких условиях единственным вариантом продолжения бурения является обсадка стенок скважины металлической трубой.
7. При необходимости исследования геологического разреза местности в месте бурения, керноприемник периодически извлекают для исследования образцов кернов.
8. В определенных условиях колонковое бурение становится более эффективным при продувке скважины сжатым воздухом от компрессора.
9. Колонковое бурение скважины по твердым грунтам возможно с обсаживанием ее стенок только при достижении проектной глубины.
10. Способ позволяет осуществлять бурение под углом, а также для проходки горизонтальных «проколов». В таком случае обсадка применяется с самого начала процесса.

Оборудование для колонкового бурения

Чем бурить скважину при использовании технологии колонкового процесса, зависит от ее размеров и назначения. Спектр машин и приспособлений весьма разнообразен и широк.

Буровые станки и установки производятся по всему миру, что говорит о популярности способа водообеспечения из скважин. Для промышленного и разведочного бурения производятся агрегаты на базе тяжелых грузовиков, тракторов или вездеходов. А вот для водоснабжения предлагается целая гамма легкого оборудования, пригодного как для предприятий малого бизнеса, так и для использования при самостоятельном исполнения скважин на воду. Оборудование производится практически во всех странах мира.

Рис.6. Мобильная буровая установка на гусеничном ходу

Достоинства и недостатки колонкового бурения

К несомненным положительным сторонам процесса следует отнести такие, как:

• относительно высокую скорость проходки на любых грунтах, снижающую себестоимость объекта в целом;
• возможность подробного изучения геофизических данных на участке бурения по кернам;
• пониженную энергоемкость процесса.

В то же время имеется существенный недостаток, характерный для всех процессов, при которых применяется глинистый раствор – возможное заиливание водоносного слоя продуктами промывки при вскрытии пласта.

Колонковое бурение скважин

Колонковое бурение скважин является одним из самых старых методов. На сегодняшний день он мало распространен, так как при таком способе бурения используется забойный инструмент малого диаметра. Его диаметр может составлять максимум 150 мм, то есть скважина получится узкой. Это ограничивает возможности по оборудованию скважин, делает практически невозможной установку фильтров диаметром, который соответствовал бы водоподъемному оборудованию.

Колонковый метод довольно часто применяют для бурения разведочных скважин с большой глубиной и бурения бесфильтровых скважин, которые актуальны для скальных пород. Колонковый метод подойдет для бурения артезианских скважин.

При использовании такого метода бурения стоит помнить, что впоследствии скважины могут существенно расширяться, поэтому недостаток способа не является ключевым при выборе технологии.

Особенностью такого метода является тот факт, что вращающийся бур, который выполнен в форме кольца, разрушает породу только по краям забоя. При этом разрушенная порода вымывается нагнетаемой в колонну буровых труб водой, делается это при использовании специального насоса с промывочной жидкостью.

Внутренняя часть устройства, которая называется керн, находится внутри труб, во время бурения она периодически поднимается на поверхность.

Для проведения колонкового бурения скважин используют специальные установки типа УКБ, а также станки с различными техническими показателями. Главным преимуществом колонкового бурения является то, что все использованное оборудование самоходное, поэтому участие оператора в процедуре сведено к минимуму.

Достоинства и недостатки колонкового бурения

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

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

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

Кроме того, выделяют следующие преимущества:

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

Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:

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

Другие особенности технологии колонковое бурение скважин

Данный метод активно применяется на разведочных и артезианских скважинах, он обеспечивает небольшой диаметр скважины и довольно приличную глубину. Особенность метода состоит в кольцевом разрушении породы, то есть при бурении из грунта вымываются его остатки благодаря использованию промывочной жидкости.

Раствор для промывки подается в специальную колонну, для этого, как правило, используют высокомощные грязевые насосы. Создание скважины осуществляется путем воздействия вращательного движения устройства для бурения.

В качестве данного устройства может быть использована твердосплавная или алмазная коронка, которая и внедряется в грунт. Метод используется преимущественно для бурения скважин под воду в однородных породах, но может быть использован и при работе с трещинами.

В ходе технологии из новой скважины выводятся примеси и остатки – песок, грунт, мусор. Иногда колонковое бурение скважин вместо промывки использует продув воздухом. Этот вариант предпочтительнее, так как он более экономный, в связи с отсутствием необходимости приобретать промывочные жидкости.

Технологии колонковое бурение скважин на выставке

Каждый год в Москве стартует выставка «Нефтегаз», посвященная отрасли химической промышленности и нефтедобычи. На ней будут представлены современные технологии бурения и улучшения работы для создания нефтяных и газовых скважин.

Мероприятие носит международный характер, оно позволяет существенно улучшить отрасль в стране.

На экспозициях будут представлены разработки ведущих инженеров из многих стран мира, они продемонстрируют новейшие технологии использования оборудования, в том числе технологии колонковое бурение скважин, а также само инновационное оборудование.

Колонковое бурение скважин: суть метода и его особенности, плюсы и минусы технологии

Колонковое бурение применяется для выполнения разведочных скважин с большой глубиной, проходки в скальных горизонтов, прокладки артезианских колодцев. Метод имеет ряд преимуществ, которые заключаются в мобильности установок, возможности отбора пробы горных пород. Извлечение на поверхность кернового материала позволяет изучить геологию участка и обосновать перспективу дальнейших исследований и разработок.

Бурение скважины на воду колонковое.

Характеристика колонкового способа бурения

Столбик материала цилиндрической формы, который транспортируется из скважины с помощью шнекового подъемника, позволяет определить фильтрационные свойства пластов. Отбор керна в процессе разведочного бурения обеспечивает возможность составления геологических разрезов.

Для реализации метода требуется специальное оборудование, которое может работать с различными типами пород до глубины 1 тыс. м. При этом обеспечивается периодичная подача на поверхность кернового материала.

Для работ используют такой инструмент:

• колонковые снаряды;
• алмазные коронки;
• обсадные трубы;
• штанги;
• переходники для стыкования резьбовых соединений;
• промывочные пробки, сальники;
• долота, которые применяются для углубления отверстия.

Этот метод бурения использовался при прохождении Кольской сверхглубокой скважины и позволил извлекать пробы с глубины. Технология обеспечивает положительный результат при поиске водных горизонтов на глубине.

Сферы использования подобной технологии

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

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

Суть технологии

Для разрушения грунта используется колонковый бур. С помощью этого инструмента в грунте образуется отверстие заданной глубины и диаметра. В процессе бурения установка, работающая при высоких оборотах, подвергается нагрузке.

Буровая коронка оснащена режущими частями из твердого сплава или алмазными вставками. Для изготовления этого пустотелого кольца из стальной заготовки с острыми резцами используют твердые металлические сплавы, вольфрам, победит, алмазы.

Колонковое бурение скважины на воду.

В процессе вращения бура инструмент движется по краю, что обеспечивает сохранность керна. После заполнения рабочего ствола грунтом образцы извлекают из приемника для описания геологического разреза местности.

Скорость проходки зависит от твердости. С помощью бура диаметром 160 мм за смену можно преодолеть несколько сотен метров. После выполнения этапа с использованием колонкового бура применяют шнеки с извлечением содержимого скважины.

Этапы процесса

Описание последовательности выполнения работ предусматривает выбор небольшого участка, поверхность которого очищается от посторонних предметов и мусора. Для слива грунтовых вод и промывочной жидкости вблизи от места бурения отверстия роют яму глубиной 2 м.

Для размещения бура в почве пробивают отверстие, соединяют коронку с колонковой трубой, которая будет наращиваться в процессе проходки. После закрепления установки оборудование приводится в движение буровым станком.

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

При заполнении трубы ее поднимают для извлечения образцов материала с помощью специального инструмента. Удары наносят легко, чтобы не повредить образец породы. После извлечения бур погружают в скважину для продолжения работы.

На больших глубинах используются трубы со съемным приемником керна, расположенным во внутренней части. По мере заполнения он поднимается по стволу. При использовании промывки шлам поднимается наверх вместе с жидкостью.

Бурение сопровождается промывкой. При отсутствии воды процесс осуществляется с помощью специальной эмульсии, которая охлаждает инструмент и облегчает проходку.Рабочий процесс может осуществляться с продувкой сжатым воздухом, который подается через полые буровые трубы.

При прохождении песчаного слоя в раствор добавляют глинистую массу, жидкое стекло.Эти материалы укрепляют стенки отверстия.

В процессе углубления в горизонт с неустойчивой структурой стенки укрепляют обсадными трубами.

Технологические особенности колонкового бурения

Частоту вращения можно регулировать в процессе работы. На мягком грунте достаточно небольших оборотов. Твердые породы требуют высокой частоты. Подача раствора и отвод потока жидкости проводится с помощью специальной техники. Колонковый метод обеспечивает возможность обработки пластов различной твердости и состава.

Если диаметр отверстия находится в пределах 1 м, то можно регулировать угол проходки. Колонковые трубы длиной 40-60 см используются повторно по прямому назначению. В процессе работы буровая коронка подвергается износу и требует замены.

Особенности колонкового бурение скважины на воду.

Перед запуском новой алмазной коронки дно скважины обрабатывают долотом. Это мероприятие продлевает срок эксплуатации инструмента. Буровая установка должна находиться на горизонтальной площадке.

Система монтируется на шасси автомобилей с большой грузоподъемностью. Для работы в условиях сложного рельефа используется гусеничная спецтехника. Бурение скважин на воду осуществляется с использованием мобильной техники.

Плюсы и минусы колонкового бурения

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

Преимущества колонкового типа бурения включают в себя:

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

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

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

В чем преимущество технологий колонкового бурения скважин?

Колонковое бурение скважин представляет собой весьма популярный способ проделывания скважинных отверстий. В отличие от стандартных полнопроходных долот (чаще всего используют долот PDC), коронками пользуются более точечно. Они не разрушают породу по всему периметру, а вырезают ее с помощью давления по радиусу рабочего инструмента.

Алмазная коронка для колонкового бурения скважин больших габаритов

Такая технология дает бурильщикам много интересных преимуществ, о которых сейчас и пойдет речь в данной статье.

1 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

1.1 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

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 ↑

1.2 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.

2 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.

Колонковое бурение

Будучи основным способом разведки месторождений полезных ископаемых, колонковое бурение приобрело за последние годы большую популярность на территории России. Чаще всего данный способ применяется при гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях, а также на структурно-картировочных исследованиях при разведке газовых и нефтяных месторождений. Нередко можно увидеть буровую установку и на частных земельных участках: метод часто применяется для бурения на воду.

Колонковое бурение имеет ряд преимуществ перед другими методами по следующим причинам:

• порода извлекается из скважины в виде цилиндрических столбиков — кернов, по которым можно с лёгкостью составить геологический разрез;
• работы производятся относительно лёгким оборудованием;
• бурение производится на достаточно большую глубину при малом диаметре скважины;
• большой выбор буровых коронок позволяет осуществлять бурение в породах любой твёрдости и под любыми углами относительно горизонта.

Для спуско-подъёмных операций при колонковом бурении применяют широкий спектр элеваторов, подкладных вилок и ключей.

Колонковое бурение производится следующим образом. На месте, где предполагается размещение буровой установки, разравнивают площадку. После этого выкапывают ямы, в которых будут располагаться ёмкости с промывочной жидкостью и раствором для фундамента. Далее начинается непосредственно сборка самой буровой установки.

Когда буровая установка полностью собрана, проверена и налажена, в нужном направлении производится пробное забуривание. Если направление соответствует требуемому, устье скважины крепят направляющей трубой. Одновременно с этим оборудуется система очистки бурового раствора от шлама.

Нередки случаи, когда колонковое бурение приходится производить в местах, далёких от линий электроснабжения. В таких ситуациях насос и станок приводятся в движение от двигателя посредством специальных трансмиссий.

Если колонковому бурению подвергаются устойчивые породы, то в процессе работ необходимо озаботиться постоянной промывкой скважины. В качестве промывочной жидкости чаще всего применяется обыкновенная вода. В каких-либо специальных растворах необходимости нет.

Если колонковое бурение происходит на территориях, где преобладают недостаточно устойчивые породы, промывку осуществляют преимущественно глинистыми растворами, так как они способствуют укреплению стенок скважины.

При бурении в безводных скважинах можно обойтись продувкой забоя газом или сжатым воздухом. Это касается и скважин, разбуриваемых в мёрзлых и льдистых породах.

При осуществлении высокооборотного бурения, в ходе которого применяются алмазные буровые коронки, рабочие чаще всего прибегают к использованию слабых растворов эмульсий в качестве промывочной жидкости. Они несложны в приготовлении и их легко можно подавать в скважину. Такие растворы не только отвечают за промывку, но и обеспечивают существенное снижение трения и вибрации.

Когда колонковые трубы до отказа заполняются керном, инструмент тут же поднимают на поверхность. При осуществлении колонкового бурения в абразивных и твёрдых породах процесс приходится прерывать в связи со снижением скорости бурения. Это происходит преимущественно из-за затупления буровой коронки.

При разбуривании трещиноватых пород скорость работ также имеет свойство быстро падать. Рабочим часто приходится производить подъём инструмента, так как керн быстро самозакаливается в колонковом снаряде, препятствуя нормальному функционированию буровой установки. Перед тем как осуществлять подъём, рабочие убеждаются, что керн прочно заклинен в нижней части снаряда.

Нередко скважина, образуемая при колонковом бурении, пересекает слои неустойчивых пород. От обваливания или выпучивания в таких случаях не может застраховать даже применение промывочных спецрастворов. Если в ходе работ обнаружен такой слой, то его стремятся как можно быстрее перекрыть обсадными трубами. Это страхует неустойчивые породы от деформаций, а вместе с тем и всю скважину от обвала. Колонковое бурение после этого продолжают, но уже другой буровой коронкой. Спуск колонны обсадных труб требует установки породоразрушающего инструмента меньшего диаметра. Через 50-70 метров углубления азимут скважины обычно меняют.

Колонковое бурение завершают, когда скважина полностью пересекает пласт полезного ископаемого и буровая коронка врезается в пустую породу лежачего бока. Инструмент поднимается, а в скважине начинают производить необходимые геофизические исследования. Измеряют не только глубину скважины, но и её кривизну, а также температуру внутри. Когда все измерения произведены, можно приступать к ликвидационному тампонированию.