Шнековое бурение: особенности технологии и ее достоинства, этапы работ

Продавливание

Если при проколе грунт, вытесненный из скважины, попросту «вдавливается» в стенки скважины, то при продавливании он, подобно керну при колонковом бурении, поступает в снаряженную ножом трубу, что позволяет работать с трубами гораздо большего диаметра (до 2000, а отдельных случаях даже 3000 мм). Проталкивание трубы, как и при проколе, осуществляется домкратами.

Давление передается через наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами или зажимными хомутами. Труба (стальная или железобетонная) вдавливается циклически, путем попеременного переключения домкратов на прямой и обратный ход. Прилагаемое усилие до 3000 кН. Возможно использование виброударных установок, гидроразмыва, комбинации гидромонитора, размывающего грунт, и шнека, его удаляющего.

Длина продавливания составляет обычно до 100 м. Cкорость проходки при применении гидравлических домкратов – до 10–12 метров в смену. Работы могут вестись как с разрушением, так и без разрушения старой трубы.

Этапы проведения работ

Использование шнеков обеспечивает возможность создания скважин различного назначения в вертикальном либо горизонтальном направлении. При необходимости в ходе бурения применяются обсадочные трубы либо технология тампонирования стенок отверстия бетоном с поверхности под давлением.

Рабочий процесс включает несколько этапов:

• геологическую разведку с помощью специального оборудования, обеспечивающую правильность выбора участка под будущее гидрологическое сооружение;
• рытье котлована для последующего сбрасывания шлама на расстоянии около 1 м от намеченного места разработки скважины (его объемы рассчитываются исходя из размеров отверстия);
• подготовку оборудования, его монтаж на устойчивую платформу (для буровой установки, размещенной на шасси, создаются опорные точки во избежание ее подвижности во время проведения работ);
• углубление первого шнекового бура в породу, его извлечение на поверхность и возврат в исходное положение (данные операции проводятся для предотвращения налипания грунта на рабочий механизм);
• подсоединение к рабочему инструменту новой секции для достижения необходимой глубины.

По окончании всех работ поэтапно проводится выемка шнека с обязательным соблюдением специального технологического регламента во избежание его повреждений либо потери:

• колонну механизма поднимают до такого уровня, чтобы верхняя часть инструмента полностью находилась над поверхностью, а последующая секция возвышалась над ней примерно на 15%;
• для фиксации конструкции под спираль устанавливают швеллер;
• металлические крепежные скобы извлекают, бур демонтируют.

Ударно-канатное бурение

Бурение ударно-канатным способом – это наиболее долгий, трудоёмкий и древний способ создания скважин. Однако, этот способ позволяет наиболее качественно обустроить скважину. Данный способ заключается в том, что земля разрушается при дроблении её тяжелым снарядом, который сперва поднимают на определенную высоту, после чего опускают. Так данный снаряд разрушает грунт за счет собственного веса, который умножается на коэффициент свободного падения. Далее порода, которая разрушена таким образом, удаляется из шахты желонкой. Стоит отметить, что если бурение осуществляют на мягком песчаном грунте, то долото и желонка, как правило, объединены в единый снаряд.

Неоспоримый плюс такого способа бурения – это то, что при ударно-канатной технологии не нужна вода, бурильные растворы и прочее. Так водоносный горизонт можно намного более точно вскрыть и обеспечить наибольший дебит, а также эксплуатационный срок. Скважины, пробуренные ударно-канатным методом, могут прослужить до пятидесяти лет.

Весомым минусом такой технологии можно назвать то, что подобное бурение затратное. Помимо того, что технология трудоёмкая, также возникает необходимость в изоляции водоносных горизонтов. Проще говоря, количество обсадных колонн должно быть таким же, как и количество водоносных горизонтов и плывунов, которые располагаются в том месте, где будет производиться добыча воды. Это – дополнительные растраты на трубы крупных размеров, а также на услуги специалистов.

Какую выбрать технологию бурения скважины?

Скорее всего, не будет особенно большого выбора с технологией бурения. Шнековое бурение осуществимо не на любой земле. Если оно невозможно, то, скорее всего, будет использоваться роторное бурение, которое, по сути, вытеснило ударно-канатный метод с рынка.

Вместе с тем, при подборе бурильной компании, очень важно уточнять технологию бурения. Это нужно, как минимум, для того, чтоб понять, насколько адекватны цены, и какое качество работ ожидать.

Электрогенераторы, буровые насосы

Электрогенератор — это тоже один из главных элементов буровой установки, потому что он позволяет обеспечить автономным электропитанием все электрооборудование. Для запуска он оснащается мощным аккумулятором. Благодаря электрогенератору удается практически все аварии устранять на месте работы.

Буровой насос — неотъемлемый элемент циркуляционной системы любой буровой. Он позволяет подавать в скважину буровой раствор и откачивать его обратно. Благодаря этому удается поднимать из недр земли выработанную породу, укреплять скважину и охлаждать долото.

Его изготавливают в различных вариантах. Наиболее используемыми считаются двух- и трехпоршневые устройства. Состоит такая конструкция из гидравлической и приводной части. В последней вращательный момент привода преобразуется в поступательное движение, которое передается поршням. В первой же части энергия, идущая от поршней, преобразуется в гидравлическую.

Разновидности скважин

Для начала познакомимся с существующими основными типами скважин, которые можно пробурить на собственном участке. Кто-то покупает готовую недвижимость, другие же предпочитают возводить дом, что называется, с нуля и таких сторонников немало. Но это лишь первый этап на пути достижения индивидуального райского уголка с особенной атмосферой уюта и домашнего тепла.

Но чтобы этого достичь, изначально требуется определиться с типом скважины, которая предоставит весь этот комфорт за пределами городских джунглей. В наше время активно распространены три вида скважин на воду:

• артезианский;
• песчаный;
• абиссинский.

У каждого из этих вариантов свои особенности, включая определенные плюсы и минусы.

Преимущества и недостатки метода

Большая нагрузка на инструмент приводит к его поломке

Согласно статистике, цена производства скважин при помощи шнекового бурения является самой низкой, скорость введения их в действие наиболее быстрой. Однако данный метод имеет как плюсы, так и минусы.

Кроме быстроты исполнения работы к положительным сторонам можно отнести простоту оборудования и несложный технологический процесс, что позволяет домовладельцам выполнять малообъемные работы и добираться до глубоко залегающих водоносных слоев самостоятельно. Инструмент легко монтируется и допускает быструю замену изношенных деталей. Отсутствует необходимость проливания водой ствола шахты при бурении и возможности удаления грунта, без извлечения инструмента. Плюсом можно считать отсутствие необходимости заниматься длительной прокачкой колодца при его запуске в эксплуатацию. Глина, песок и другие примеси в стволе фактически отсутствуют, фильтры водонасосов не засоряются, рекультивация не нужна.

Отрицательных сторон у технологии также достаточно. Главными считаются ограничение по глубине и ширине скважины, а также отсутствие возможности бурения в любом грунте. Даже если параметры почвы соответствуют технологическим требованиям, присутствие на пути бура большого камня может привести к необходимости смены участка. Кроме того, при работе происходит большая нагрузка на привод инструмента и может произойти его демонтаж или поломка. Именно поэтому применение данного способа наиболее распространено в регионах с близким залеганием пригодных для питья вод и со слабым грунтом. К недостаткам шнековых скважин также можно отнести небольшой приток воды, которого может не хватить на удовлетворение запросов большой семьи.

Изготовление ложкового бура

Образец ложкового бура для использования на мягком грунте

Бур-ложка идеально подходит для работ в мягких породах. При этом разрыхление грунта происходит не только в нижней, но и в боковых частях приспособления. Выбранная почва накапливается внутри цилиндрического корпуса. Когда вы будете бурить скважину таким приспособлением, потребуется периодически вынимать его и очищать от накопившейся породы.

Бур-ложка изготавливается из трубы с толстыми стенками. Причём её диаметр подбирается по ширине скважины. Кроме этого для изготовления вам понадобится аппарат для сварки и комплект слесарных инструментов. Работу по изготовлению бура ведём в таком порядке:

1. В трубе сделайте продольный вырез. На чертеже очень хорошо видно, как должно располагаться отверстие.
2. Далее с помощью лома и тяжёлого молота трубе придаётся нужный профиль (ложка).
3. Нижние и боковые кромки трубы затачиваются.
4. К нижней части конструкции по центральной оси приваривается сверло. Оно должно быть достаточно толстым с диаметром не менее 1,8-3,6 см.
5. К верхней оконечности трубы приваривается штанга. При этом её ось должна быть сдвинута в сторону относительно оси трубы на 1-1,5 см.
6. Все режущие кромки бура рекомендуется закалить.

Этапы проведения работ

Шнековый способ бурения применяется для формирования скважин вертикального или горизонтального направления. В последнем случае присутствуют следующие этапы работ:

1. Осуществляется подготовка оборудования, его установка на специальную устойчивую платформу.
2. Роют котлован для удаления сыпучих и неуплотненных грунтов.
3. При помощи лазерных измерительных устройств определяют направление бурения.
4. Происходит установка всего необходимого оборудования, обсадной трубы.
5. Углубление бура происходит до упора, пока не будет достигнута максимальная глубина.
6. Рабочий инструмент извлекают на поверхность.
7. К буру подсоединяют новую секцию, что позволяет достигнуть необходимой глубины.

Вертикальное бурение происходит также, но данный метод не требует применения обсадной трубы.

Видео по теме: Первое в жизни бурение скважины обломал шнек 16 метров глины

https://youtube.com/watch?v=-aEiCpP6K38

Подборка вопросов

• Михаил, Липецк — Какие диски для резки металла использовать?
• Иван, Москва — Какой ГОСТ металлопроката листовой стали?
• Максим, Тверь — Какие стеллажи для хранения металлопроката лучше?
• Владимир, Новосибирск — Что значит ультразвуковая обработка металлов без применения абразивных веществ?
• Валерий, Москва — Как выковать нож из подшипника своими руками?
• Станислав, Воронеж — Какое оборудование используют для производства воздуховодов из оцинкованной стали?

Классификация и общая характеристика способов бурения

Процесс бурения состоит из разрушения породы на забое шпура (скважины) буровым инструментом и удаления продуктов разрушения (буровой мелочи) из него.

При всех способах бурения выполняются следующие основные операции: подготовка и установка бурильной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя скважины от продуктов разрушения, наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена изношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения шпура или скважины.

В настоящее время применяются вращательный, ударно-поворотный, ударно-вращательный и вращательно-ударный способы бурения шпуров и скважин (механические способы бурения), а также огневое и комбинированное бурение. Исследуется эффективность применения энергии ВВ при взрывном бурении скважин, а также высоковольтных электрических разрядов при электроимпульсном бурении.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из условия превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходит последовательное разрушение от вдавливания и скалывание частиц породы с забоя. Продукты разрушения удаляют с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), промывкой забоя водой или продувкой воздухом.

На горных предприятиях применяют: вращательное бурение шпуров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; вращательное (шнековое) бурение скважин резцами и алмазным инструментом с помощью буровых станков.

При ударном способе бурения инструмент (долото или коронка) наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инструмент поворачивается на некоторый угол, чем обеспечивается последовательное разрушение всей площади забоя и получение круглого сечения шпура или скважины.

При ударно-поворотном бурении обычным и погружными бурильными молотками (перфораторами) инструмент поворачивается прерывисто только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством. В некоторых конструкциях бурильных молотков поворот инструмента происходит в период нанесения удара поршнем по инструменту.

При ударно-вращательном бурении погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вращением удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Разрушение породы при этих способах бурения происходит только в результате внедрения буровой коронки при ударах.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение происходит как в результате внедрения инструмента при ударах, так и вследствие скола породы при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами выполняется как при ударном способе долотами чистого качения и при вращательно-ударном — долотами со скольжением, в которых зубцы, наряду с перекатыванием по забою, срезают породу скользящим движением вдоль поверхности забоя.

При огневом бурении разрушение породы на забое скважин происходит за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (2000°С), вылетающих из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью (2000 м/с и более).

При взрывном бурении разрушение породы на забое скважин происходит последовательными взрывами небольших зарядов ВВ. Известны два метода взрывного бурения: патронный — с помощью патронов жидких или твердых ВВ, взрывающихся на забое от удара или детонатора, и струйный, при котором через бур на забой подаются жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель) и происходит формирование жидкого плоского заряда. Взрыв этого заряда вызывается впрыскиванием капли инициирующего состава (эвтектического сплава калия и натрия).

При электроимпульсном бурении разрушение пород на забое скважины происходит вследствие электрического пробоя его участка высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т.п.).

Разрабатываются комбинированные способы бурения, в которых происходит совместное воздействие на забой ударного инструмента и шарошки (ударно-шарошечный способ), резцов и шарошек (режуще-шарошечный способ), шарошек и огневой горелки (термо-шарошечный способ), огневой горелки и ударного инструмента (термоударный способ).

Конструкция нефтяных буровых установок

Они состоят из следующих органов и систем.

Исполнительные органы и системы

Вышка — это основная несущая конструкция любой буровой установки. По конструкции она может быть:

1. Мачтовой (механическая рабочая часть размещается на двух опорах).
2. Башенной (в их конструкции используются четыре несущие опоры, которые равномерно передают нагрузку на грунт).
3. С двумя или четырьмя опорами.
4. А- или П-образной.

Башенные конструкции более габаритные, потому что они рассчитаны на глубинное бурение.

К исполнительному оборудованию также относят:

• буровую лебедку;
• СВП;
• ротор;
• талевую систему;
• буровой насос.

Вспомогательные конструкции, механизмы и системы

Сюда входят основания, укрытия, механизмы передвижения, приемный мост, вспомогательная лебедка, система водоснабжения, обогрева, звукоизоляции, осветительная и вентиляционная техника.

Технология бурения шнеком

Процесс бурения скважин на воду вышеописанным методом имеет множество плюсов, один из которых заключается в скорости прохождения.

Одновременно с осуществлением бурения происходят продавливание и укладка стенок скважины, что помогает удерживать почву, исключая ее обрушение. Монтируемые стенки скважины могут быть выполнены из бетона или металла. Бурение скважин на воду таким способом не предполагает необходимости промывки колодца во время проведения процесса.

Данный метод бурения применим исключительно для таких скважин на воду, которые характеризуются незначительным дебитом.Посредством винтового шнека из забоя извлекается разрушенный грунт. Шнек представляет собой бурильную трубу, которая полностью обвита металлической лентой.

Шнековое бурение предполагает использование буровых механизмов, которые располагают подвижным вращателем. Шнеки сопрягаются резьбой или элементами, которые обладают фигурным сечением. Шаг подачи при работах ограничен максимальным пределом до 15 м.

Герметичные шнеки имеют полости и оснащены реверсивными замками, которые снабжены разными долотами. Сталь высокого качества, которая лежит в основе замковых соединений, характеризуется превосходной износоустойчивостью, что позволяет сократить время на бурение во много раз.

Виды шнековых буров.

Если шнековое бурение скважин ведется на участке с мягкими и рыхлыми грунтами, то лопасти долота следует располагать под углом в пределах от 30 до 60° относительно забоя. Если же бурение скважин таким способом производится на плотных грунтах или отложениях, в основе которых гравий и галька, то лопасти долота должны быть расположены под углом в 90° относительно забоя. Определять угол при ведении работ нужно в зависимости от твердости почвы, с которой предполагается работать.

Когда обустраивается скважина на воду, режущие детали инструмента высвобождают высокие температуры за счет разрушаемой почвы.

Отработанный грунт поступает наверх по спирали шнека. Объем отработанной породы при сохранении средней скорости транспортировки представляет примерно 0,2-0,4 от объема пространства. Технология предполагает сохранение частоты вращения бурового инструмента от 150 до 200 об/мин.

При обустройстве скважинна воду описываемым способом самыми эффективными можно считать шнеки, которые располагают центральным каналом. Именно он транспортирует воздух или воду посредством гидронасоса, что позволяет сделать трение при проведении работ более низким.

Технология предполагает заглубление до 50 м. В некоторых редких случаях бурение шнеком может быть осуществлено до глубины в 120 м. Если предполагается обустраивать глубокую скважину, то работы со шнеком часто совмещают с иными видами бурения.

Таким образом, при осуществлении шнекового бурения допустимо использовать технологию, которая предусматривает применение обсадных труб. Заменить ее можно тампонированием стен колодца бетоном, что происходит под давлением и с верхнего горизонта. Описанный вид бурения способен обеспечить скорость прохода в сутки до 30 м.

Схема шнековой буровой установки.

В станках для проведения бурения шнеком используются литые головки, режущие элементы и хвостовик. Рабочая поверхность лопасти часто наплавлена твердым сплавом. Если на участке перед проведением бурения были обнаружены особо твердые грунты, то буровая головка должна иметь в оснащении технические алмазы.

Глубина бурения шнеком осуществляется на габариты одной штанги, после станок отключается, штанга отсоединяется от шпинделя, чтобы появилась возможность ее поднять и нарастить посредством новой штанги. Затем проведение работ можно продолжить.

У шнекового бурения имеется и свой недостаток, который, правда, можно считать единственным: обустроенная скважина, как правило, обладает чрезвычайно маленьким дебитом.

Для проведения работ вам понадобятся следующие инструменты:

• шнековая установка;лопата;тележка.

Чертеж самодельного шнекового бура.

Процесс бурения скважин на воду посредством использования шнека исключает необходимость перемалывания и истирания отделенной от забоя почвы. Забой осуществляется в непрерывном режиме, параллельно происходит разрушение грунта.

При отделении от забоя грунта он поступает на винтовой шнек, вращающийся с высокой скоростью.

Центробежные силы, сопровождающие процесс, прижимают почву к стенкам колодца, тогда как постоянно движущаяся лента выталкивает грунт наверх. Часть почвы остается на стенках скважины. Такие технологии обеспечивают скорости проведения работ до четвертой категории пород по буримости.

Как происходит шнековое бурение. Особенности рабочего процесса.

Перед началом работы в метре от будущей скважины выкапываем котлован для изъятого грунта. Грунт складируем в котлован по мере извлечения. Размер ямы зависит от глубины скважины: на 10 метров – кубометр.

Далее:

• Бур устанавливаем на специальные направляющие.
• Оборудуем опорные точки для шасси.
• Вращательную трубу фиксируем металлическими крепежами.

По завершении бурения:

• Поднимаем колонну, чтобы верхний буровой инструмент полностью вышел на поверхность, а следующий поднялся над ней примерно на 15 процентов.
• Фиксируем трубы швеллером.
• Извлекаем скобы, соединяющие трубу с буром.

Особенности технологии

Шнековый метод бурения эффективен в сыпучих и рыхлых грунтах. При этом он категорически не подходит для работы в глинистых пластичных грунтах. В последнем случае порода будет прилипать к лопастям, и ее удаление из глубины на поверхность станет невозможной. При использовании метода достигается отличная скорость передвижения бура – до 100-200 м за сутки.

При эксплуатации бурильного оборудования необходимо внимательно выбирать шаг между витками стальной ленты. Он должен рассчитываться таким образом, чтобы отработанный грунт занимал менее половины межвиткового пространства. Лучший вариант – выработка занимает 30% объема.

Также во время работы шнековый бур имеет способность нагреваться. Поэтому при изготовлении оборудования необходимо учитывать соотношение между диаметром инструмента его скоростью вращения:

• при диаметре до 200 мм допустимая скорость вращения составляет 100-150 об./мин.;
• при диаметре до 100 мм оптимальная скорость вращения – 500 об./мин.

Снижение температуры оснастки будет происходить при передвижении разрушенной породы по лопастям. Некоторые модели оснащены водяным охлаждением. В данном случае шнек выполняют в виде полой трубы. Для охлаждения внутрь инструмента подается вода, которая предотвращает перегрев.

Бурение шнеком с применением обсадных труб

Шнековое бурение может применяться на любых грунтах, в том числе, и на несвязанных (песок, супесь и т. п.), если при этом используется дополнительное приспособление — обсадные трубы.

Осыпающийся грунт укрепляют и изолируют от шнекового бурового снаряда используя обсадную трубу. Буровой снаряд для цикличного бурения находится внутри трубы.

Трубу устанавливают в скважину вместе со шнеком и осаживают при проходке скважины. Привод на вращение должен осуществляться как на трубу, так и на шнек (допускается попеременное включение). Осадка трубы и бурение выполняются одновременно. При достижении обсадной трубой уровня грунта, на неё, сверху, устанавливают вторую, третью, и т. д., трубу пока не будет достигнута необходимая по проекту глубина. Трубы соединяют между собой байонетным креплением, выполненным непосредственно в трубе.  На нижнем торце первой трубы выполняют режущую коронку для увеличения эффективности проходки. Далее, извлекают из этих труб шнек, а скважину заполняют жидким бетоном, устанавливают армокаркас и после отверждения бетона получают сваю. Во время заполнения бетоном обсадной трубе сообщают вибрацию, с помощью которой, по мере наполнения скважины, обсадная труба извлекается. Существует способ подачи бетона с помощью полого шнека с одновременным, извлечением шнека из скважины. В этом случае, шнеку сообщают вращение, которое препятствует, осыпанию слабого, несвязного грунта. Шлам, в процессе устройства сваи, постоянно удаляется.

Данный способ устройства свайных оснований достаточно дорог, но, на сегодняшний день, применяется все больше, особенно, в городском строительстве, где недопустим ударный способ погружения свай и связанные с ним сейсмические возмущения, а применение сваевдавливающей техники и вибропогружателей по разным причинам невозможно.

У каждого способа есть свои плюсы и минусы. Выбор остаётся за Вами.

В каких сферах применяют шнековое бурение

Шнековый способ бурения используют при инженерно-геологических изысканиях, при проходке разведочных и зондировочных скважин в пластичных глинистых грунтах. Сфера применения технологии включает прохождение лидерных скважин под столбцы для забора или сваи, опоры освещения, а также разведку под строительство и месторождения мела.

Шнековые установки просты в управлении и монтируются на колёсный транспорт, поэтому высоко мобильны. Этот метод бурения чаще всего используется при обустройстве скважин для воды ввиду его высокой производительности. Но его можно применять только в рыхлых грунтах, что создаёт некоторые территориальные ограничения.

Плюсы и минусы шнекового бурения

Популярность метода объясняется следующими достоинствами:

• высокая скорость работ – во многом из-за того, что в процессе бурения не требуется поднимать инструмент и менять насадки;
• простота – промывочный раствор тоже не требуется;
• возможность бурить скважины большого сечения (до 80 сантиметров);
• можно бурить в холодную погоду. Бурение на воду даже лучше выполнять в мерзлом грунте;
• можно бурить под углом;
• при проходке стенка скважины уплотняется;
• универсальность применения: разведка, питьевая вода, свайные фундаменты, опоры инженерных конструкций и т.д.;
• низкая цена бурошнекового бурения.

Минусы и ограничения:

• не подходит для очень плотных (тем более, скальных) грунтов;
• небольшая глубина в сравнении с другими методами;
• возникают осложнения при работе на глинах и других вязких грунтах: изъятый материал липнет к лопасти.

Это важно!

Мы предоставляем услуги бурения скважин всеми существующими способами. Шнековое бурение используем чаще других, благодаря его универсальности и ценовой доступности.