Колонковое бурение скважин

Технология колонкового бурения является одной и самых эффективных способов для обеспечения доступа к подземным источникам воды. Данная методика также применяется в инженерной геологии, если требуется быстро и качественно разработать скважину для забора образцов грунта и породы. Для бурения применяется современное оборудование с оснасткой необходимой прочности и долговечности. Технология также имеет определенную специфику.

Где используется колонковое бурение

Эффективность технологии колонкового бурения зависит от ее точности. Именно данный способ позволяет с минимальной погрешностью выявить глубину залегания грунтовых слоев. Данный способы разработки скважин дает исчерпывающую информацию о прохождении грунтовых вод.

Технология востребована в следующих целях:

• Для организации водоснабжения частных домов и производственных объектов. За счет особенностей данного способа оснастка быстро и легко проникает на заданную глубину вне зависимости от характеристик породы. С помощью данной технологии удается обеспечить водоснабжением поселки, городские районы, промышленные предприятия.
• С помощью колонкового бурения активно проводится геологическая разведка. Снаряд аккуратно поднимает на поверхность породу без нарушения слоев. Специалисты наблюдают порядок залегания разных геологических элементов в почве.
• Колонковое бурение используется в инженерно-геологических изысканиях. С помощью данной технологии удается не только изучить механические характеристики породы, но и уровень залегания грунтовых вод, а также их воздействие на строительные конструкции.

При бурении из скважины поднимается керн или столб грунта без перемешивания входящих в его состав материалов. Естественная структура породы дает возможность изучить ее характеристики. Если выполняется промышленное бурение, после извлечения керна в скважину можно сразу монтировать сваю или другие конструктивные элементы объекта. С помощью данной технологии можно формировать отверстия в породе, а также в бетонных или кирпичных конструкциях.

Особенности колонкового бурения

Бурение скважин с применением колонковой технологии возможно при подаче жидкости в скважину и без использования раствора. Оба варианта являются востребованными. Если в составе грунта присутствует большое количество влаги, дополнительная подача бурового раствора не требуется. Аналогичный способ применяется при разработке скважин в суглинках, твердых и пластичных супесях.

Если бурение осуществляется в скальных породах или полускальном грунте, подача жидкости обязательна. В противном случае скорость проходки существенно падает, одновременно фиксируется преждевременный выход из строя оснастки. Затраты на сухое бурение считаются более высокими.

При разработке скважин большой глубины актуально использование бурового раствора, что позволяет поднять скорость проходки и выполнить работу в сжатые сроки. Также к минимуму сводится риск выхода из строя колонки и оснастки. Если бурение выполняется в несвязных грунтах с отсутствием необходимости выемки керна, подача воды производится для освобождения ствола от измельченной породы.

Особенности технологии бурения

Для разрушения скальных и других пород применяется специальная коронка с алмазными резцами. Данный элемент является съемным, монтируется на подошву трубы. За счет высокой прочности алмазная оснастка измельчает породу, позволяя снаряду углубиться в грунт. Величина прохода может быть значительной, зависит от поставленных задач.

К особенностям технологии бурения относятся:

• Вращение коронки с алмазными резцами осуществляется на высоких оборотах, скорость зависит от типа разрушаемой породы.
• Воздействие на грунт осуществляется по окружности колонковой трубы. Внутренняя часть породы остается целой.
• Периодически керн поднимается на поверхность, после чего потоком сжатого воздуха грунт выдувается из трубы. Для ускорения процесса осуществляется простукивание снаряда в ручном режиме кувалдой.
• При необходимости в скважину подается специальный раствор, обеспечивающий охлаждение инструмента и уменьшающий сопротивление породы.

Технология колонкового бурения имеет объективные преимущества по сравнению с разработкой скважин матричным и шарошечным инструментов. Существенно увеличена скорость проходки за счет высокой скорости вращения бура. Также отсутствует потребность в промывке скважины. Порода поднимается на поверхность кернами.

Оборудование для колонкового бурения

Технология предполагает использование инструмента, установленного на специальную технику. Чаще всего в качестве платформы применяются тягачи, тракторы, проходимый грузовой транспорт на базе автомобилей Урал или МАЗ. Для бурения небольших скважин в частном секторе используются компактные установки на легкой технике.

Перечень оборудования, входящего в состав большинства установок, следующий:

• Для вертикального, горизонтального или углового бурения используются колонковые снаряды, толщина и диаметр которых зависит от угла подачи, твердости грунта, целей и задач разработки скважины или отверстия.
• Коронки представляют собой разрезающий породу инструмент, могут иметь резцы разного типа. Для работы со скальными и другими твердыми породами, бетоном или асфальтом применяются алмазные резцы.
• Обсадные трубы из стали необходимы для формирования ствола скважины с целью исключения осыпания грунта. Диаметр труб идентичен габаритам отверстия.
• Для наращивания буровой колонны применяются специальные штанги, которые соединяются между собой. Глубина выработки равняется длине колонковой трубы и величиной смонтированных штанг.
• При использовании оборудования имеется необходимость фиксировать между собой элементы с разными резьбовыми соединениями. Для этих целей применяются специальные переходники.
• Сальники и промывочные пробки потребуются для поднятия на поверхность измельченного грунта и очистки колонны от породы. Данные элементы необходимы при бурении без сохранения керна.
• В некоторых случаях мощности оборудования и прочности резцов недостаточно для прохождения отдельных участков. В таких ситуациях применяется долото и способ ударно-канатного бурения.

В зависимости от особенностей породы, глубины и характеристик скважины, допускается использование дополнительной оснастки и инструмента.

Конструктивные особенности колонковой трубы и режущих инструментов

При выполнении колонкового бурения особое значение имеет сохранность самого керна. При выборе режущего инструмента обращают внимание на коэффициент керноотбора, равный отношению диаметра керна к диаметру инструмента.

Для буровых установок используются инструменты со стандартными габаритами режущего инструмента. Колонковые трубы могут быть как одинарными, так и двойными. Изделия первого типа применяются для разработки водных скважин, могут использоваться с типовыми грунтами в стандартных условиях.

В конструкцию двойной трубы входят вращающаяся внешняя и неподвижная внутренняя части. Такой инструмент востребован в геологической разведке, используется для забора проб в разных условиях. Вне зависимости от типа и особенностей, каждая труба колонкового типа поддерживает подачу сжатого воздуха и бурового раствора. В верхней части изделия предусмотрено отверстие для этого.

Особенности режущего инструмента и обсадных труб

Коронка для колонкового бурения выполняется в виде кольца, с одной стороны которого имеется резьба для накручивания на снаряд, а с другой специальные резцы. В зависимости от типа изделия, резцы изготавливаются цельнолитыми, а также приваренными к основному изделию. Коронки могут быть твердосплавными, ребристого типа или с мелкими резцами, а также импрегнированные алмазные и мелкоалмазные.

К особенностям коронок разного типа можно отнести:

• Твердосплавные резцы применяются для разработки скважин в глинистых, полускальных, мягких породах, песках и полупесках. Также пользуются спросом резцы с вольфрамовыми и кобальтовыми добавками.
• Мелокрезцовые коронки применяются для бурения пород средней твердости. Режущие элементы могут иметь квадратное или восьмигранное сечение, располагаться на различной высоте.
• Если порода имеет среднюю абразивность, используются ребристые коронки с твердосплавными вставками. При износе эффективность режущего элемента практически не снижается.
• Для работы со скальными и полускальными грунтами и породами применяются коронки с алмазной режущей частью.

В зависимости от конструкции и диаметра коронки количество ребер на ней варьируется от трех до шести единиц. С целью обеспечения ступенчатого забоя и увеличения скорости измельчения породы, ребра коронки могут размещаться на разной высоте.

Обсадные трубы, используемые в бурении, стандартизованы по требованиям ГОСТ. При разработки водных скважин такие изделия формируют стенки, препятствуют осыпанию породы. Кроме металлических, активно применяются обсадные трубы из ПВХ. Также при бурении применяют фильтры для удержания песчинок и гравия.

Пользуются спросом трубы с ниппельным соединением. Между собой элементы фиксируются при помощи резьбы. Также применяются модели с соединением технологией сварки. Если обсадка скважины производится металлическими трубами, их поверхность закаливается для снижения скорости износа.

Как производится бурение

Перед началом разработки грунта производится изучение кадастрового плана местности, подготовка площадки, обеспечивается подъезд спецтехники с буровой установкой к месту проведения работ. Дальнейшие мероприятия следующие:

1. Подготавливается дополнительная яма емкостью 2 кубических метра и более для откачки грунтовых вод и промывочной жидкости.
2. В зависимости от типа грунта, выбирается коронка, которая соединяется в буровой трубой. Также подготавливаются обсадные трубы.
3. После начала бурения периодически производится выемка инструмента и его очистка от породы. Также выполняется промывка скважины.
4. Как только задача по разработке скважины выполнена, производится постепенная выемка инструмента и разборка колонковых труб.

Если бурение осуществляется с промывкой, для этого подходит обычная вода. Для разработки скважины на песок подходит технология сухого бурения. Жидкость потребуется в минимальном объеме только для охлаждения режущей части.

Преимущества и недостатки технологии

При бурении допускается регулировка скорости вращения инструмента. В зависимости от типа и плотности грунта, вращение резцов осуществляется на низких или высоких оборотах. Использование обсадных труб возможно неоднократно. Колонковая труба также является многоразовой. Количество используемых коронок зависит от твердости породы.

К преимуществам технологии относятся:

• высокие показатели скорости и производительности, существенно превышающие данные конкурирующих технологий;
• за счет использования активных эмульсий при бурении удается сохранить целостность стенок после завершения работ;
• уменьшение затрат энергии объясняется соответствующим снижением осевых нагрузок, так как порода разрушается только по диаметру керна;
• бурение одинаково эффективно при работе с мягкими, твердыми, скальными породами, различными типами грунта;
• технология позволяет разрабатывать скважины в труднодоступных местах, если применяется сборный станок.

К недостаткам колонкового бурения относятся периодическое заклинивание керна, быстрый износ инструмента при перегреве и отсутствии охлаждения, небольшой диаметр скважины, достигающий 200 мм. По совокупности достоинств и недостатков технология колонкового бурения превосходит другие способы разработки скважин. До начала проведения работ необходимо рассчитать стоимость и эффективность использования данной методики.