Вопросы по специфике бурения скважины шнеком

Какой метод выбрать для бурения скважины на воду?

На приусадебных участках, удаленных от центрального водопровода единственным выходом получить воду для питьевых и бытовых нужд является обустройство автономного источника. Вариантов такого водозабора существует немного. Это колодец и скважина. Для загородного дома второй вариант предпочтительнее, так как позволяет получить относительно чистую воду в достаточном объеме. Выбор способа бурения скважины зависит от глубины залегания водоносного пласта, его ресурса и геологических условий.

Какой вид источника выбрать?

Как правило, скважины бурят на три основных водоносных горизонта, отличающихся качеством воды, глубиной залегания и мощностью источника.

  1. Первый горизонт – верховодка. Располагается на небольших глубинах до 10 метров. По своему качеству вода годится только для технических нужд из-за недостаточной очистки. Степень загрязнения зависит от сезона, находящихся поблизости сельхозугодий и промышленных предприятий. Мощность пласта небольшая. Максимальный дебет не превышает 0,5 м 3 /ч. Годится для бурения абиссинской скважины или устройства колодца. Проходку ствола можно осуществить своими руками посредством несложных инструментов и оснастки.
  2. Второй водоносный пласт – песчаный. Глубина залегания от 10 до 50 м. Качество воды приемлемое, на глубоких горизонтах пригодна для питьевых нужд. Водоотдача такого источника стабильна и составляет от 1 до 2 м 3 /ч. Вскрывают месторождение механизированным способом бурения. Диаметр скважин на песок составляет от 5 до 10 см.
  3. Третий горизонт – артезианский. Располагается водоносный слой на известняках, залегающих на глубинах от 50 метров. Вода характеризуется высокой степенью очистки и представляет собой стратегический ресурс. Для вскрытия пласта и добычи воды требуется разрешение. Потенциал водоотдачи высокий – от 3 до 5 м 3 /ч. Объем воды стабильный. Бурение скважины осуществляется с применением специальной техники. Традиционно используют ударно канатный способ. Диаметр ствола такого водозабора в среднем составляет 12…14 см.

Классификация способов

Способы вскрытия водоносных горизонтов классифицируют по двум основным критериям.

  1. По виду применяемых механизмов и приспособлений:
  • Ручной;
  • Механический.
  1. По типу использования бурового механизма:
  • Роторный;
  • Ударно-канатный;
  • Шнековый;
  • Колонковый.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

  • комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
  • штанги;
  • лебёдка или электрическая таль;
  • обсадные трубы;
  • для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

  1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
  2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
  3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
  4. Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Главное преимущество ручного метода – низкая стоимость, однородная структура ствола на всей длине. Тем не менее, использовать его можно лишь на малой глубине. Дебит и срок эксплуатации такой скважины оставляют желать лучшего.

Специфика роторного бурения

Роторный способ применяют при бурении скважин различной глубины. Тут уже не обойтись без специального оборудования, а именно – самоходной буровой установки, габариты и оснащение которой зависят от условий работы.При походке ствола снаряд с долотом вращательным движением разрушает породу, постепенно углубляясь к пласту.

  • Для бурения в плотном каменистом грунте используется модель УРБ-2А2.
  • В условиях полной застройки – МБУ-2М.
  • Для проходки промышленных скважин глубиной до 500 метров – УРБ-3АМ.

Буровая установка снабжается полой мачтой, внутри которой размещается подвижный вал с долотом. При включении вал начинает вращаться, приводя в движение долото, острые края которого пробивают в породе ствол необходимого диаметра.

В процессе проходки производится промывка, в ходе которой скважина освобождается от слоя выработанного грунта. Промывка может осуществляться двумя способами:

В первом случае струя воды подаётся в скважину сверху; смешиваясь с грунтом, она заполняет её целиком, после чего выходит наружу в верхней части. Метод универсален, поскольку может использоваться на любой скважине и дополнительно расширяет её диаметр, что впоследствии обеспечит больший дебит.

Недостаток прямой промывки – повреждение структуры водоносного горизонта.

При обратной промывке вода поступает в скважину самотёком, после чего вместе с грунтом выкачивается при помощи насоса. Такой метод обеспечит ещё большее значение дебита, но потребует больших капиталовложений.

Ударно-канатное бурение

При таком способе, разрушение породы производится за счёт резкого механического воздействия, а именно – падения тяжёлого предмета с высоты. В качестве такого предмета выступает забойный стакан – кусок стальной трубы с буром на конце. В корпусе трубы делают несколько отверстий для быстрой очистки от грунта при вытаскивании. Освобождение стакана от породы производится через каждые 50 см проходки.

К задней части стакана крепится трос или канат, другой конец которого расположен в верхней части буровой вышки. Вышкой называют сборную конструкцию из брёвен, металлических балок или труб высотой от 2 м. Для бурения скважин глубиной от 20 м используются канатно-ударные бурильные установки.

Преимущества

Ударный метод обладает рядом преимуществ.

  • Его можно использовать для работы с прочными каменистыми грунтами
  • Стакан не портит водоносный слой и стенки скважины и легко очищается.
  • Способ можно использовать для изучения характеристик грунта на определённых слоях.
  • Монтаж скважины можно проводить сразу после окончания бурильных работ.

Недостатки

Из недостатков метода можно выделить следующие моменты:

  • Низкая скорость бурения.
  • Невозможность использования на песчаном грунте.
  • Метод годится только для вертикального бурения.

Шнековый метод

Основным инструментом, использующимся при данном методе, является шнек. Чтобы понять его устройство, представьте себе ледовый бур для зимней рыбалки, только больших размеров. Шнек работает аналогичным способом – его вставляют в подготовленную яму и вращают при помощи мобильной буровой установки.

Шнековый способ отличается высокой производительностью – при его использовании можно провести бурение в самые короткие сроки. Обуславливается такая скорость за счёт быстрой выемки породы из скважины – она выходит сама, перемещаясь вдоль сплошной винтовой поверхности шнека. Диаметр винта может доходить до 1500 мм.

Кроме того, шнековое бурение идеально подходит для работы на песчаном и болотистом грунте и не предполагает никаких физических усилий либо серьёзных затрат на оборудование.

Из недостатков можно выделить невозможность его использования на каменистой почве, а также ограниченную глубину – не более 50 метров.

Колонковый метод

В основном, применяется при бурении промышленных скважин, а также для исследовательских работ. Порода разрушается при помощи специального долота – пустотелой трубы, оборудованной резцами. Проникая вглубь грунта, она отсекает его от основной структуры, после чего не составляет труда вымыть его наружу при помощи направленной струи воды под давлением.

Высокая функциональность колонкового способа бурения позволяет использовать его не только при бурении скважин, но и для строительных работ – например, если необходимо проделать отверстие в железобетонной плите. Долото приводится в движение при помощи буровых установок ЗИФ.

  • Преимущества метода очевидны – высокая скорость работы, взаимодействие с любыми видами породы, мобильность и малые габариты буровой установки.
  • Из недостатков можно выделить небольшой диаметр трубы долота (не больше 150 мм) и быстрое стачивание коронок, что приводит к дополнительным расходам.

Общие рекомендации по выбору способа

Выбор метода зависит от трёх основных параметров:

  • типа грунта;
  • диаметра сечения ствола;
  • глубины проходки.

Для скважин малой глубины в мягком грунте рекомендуется использовать шнековый или ручной метод, в твёрдом – ударно-канатный.

Помимо этого выбирая способ бурения, обратите внимание на дополнительные критерии:

  • необходимый объем воды;
  • частота использования;
  • качество воды;
  • стоимость, которую придётся затратить на сооружение автономного источника, а именно – рациональность подобных расходов.

Перед проведением бурения скважины на малую глубину следует учитывать внешние факторы – климатические условия, сезонные изменения грунтовых вод, близкое расположение сельскохозяйственных угодий и объектов с вредным производством.

При монтаже артезианских скважин потребуется их регистрация в надзорных органах и оформление соответствующих документов, а значит – новые траты времени и денег.

Помните, что водозабор, изготовленный качественно, с учётом всех оказывающих влияние факторов, прослужит Вам на протяжении многих лет. Перед составлением заказа на бурение, необходимо получить профессиональную консультацию, провести экспертизу на наличие воды, подобрать наилучшее место для размещения скважины в отдалении от септиков и выгребных ям. При обнаружении каких-либо неисправностей в её работе лучше не рисковать и обратиться за помощью к специалистам, проводившим монтаж.

Шнековое бурение особенности технологии и ее достоинства, этапы работ

Шнековое бурение скважин

Бурение скважин шнековым методом применяется в основном для песчаных и гравийно-песчаных грунтов. Оно производится установкой, которая имеет буровую головку, следом за которой идут шнеки, отводящие грунт. У шнекового бурения скважин есть несомненное преимущество по скорости проходки.

Кроме этого, одновременно с бурением продавливаются и укладываются стенки скважины, которые удерживают породу и предотвращают ее обрушение. Устанавливаемые стенки скважины могут быть как бетонными, так и стальными.

При шнековом бурении скважин отпадает необходимость в промывке скважины во время бурения.

Шнек – это бурильная труба, вся длина которой обвита стальной лентой. Бурение шнековым методом производится буровыми механизмами, имеющими подвижный вращатель. Шнеки соединяются резьбой или элементами, имеющими фигурное сечение.

Ход подачи при бурении шнековым методом от 1,9-15 м.

Полые герметичные шнеки оборудованы реверсивными замками, имеющими различные долота. За счет высококачественной стали замковых соединений, имеющих высокую износоустойчивость, время на бурение значительно сокращается. При этом производительность работ возрастает.

При шнековом бурении скважин на мягких и рыхлых грунтах лопасти долота должны находиться под углом 30-60о по отношению к забою. На плотных грунтах или гравийно-галечных отложениях лопасти долота должны иметь угол 90о по отношению к забою. Установка угла при бурении зависит от твердости пробуриваемого грунта.

Режущие элементы бура охлаждаются за счет разрушаемого грунта. При этом разрушенная порода поднимается по спирали шнека.

Для шнеков, имеющих размер до 100 мм частота вращения не должна превышать 500 об/мин.

При бурении скважин шнековым методом наиболее эффективными считаются шнеки, имеющие центральный канал. Через него подается воздух или вода при помощи гидравлического насоса, что снижает трение при бурении. Обычно шнековое бурение скважин производят на глубину до 50 м. В исключительных случаях бурение шнековым инструментом может производиться до глубины 100-120 м.

При бурении глубоких скважин шнековое бурение обычно комбинируют с некоторыми другими видами.

При производстве шнекового бурения скважин может быть применена технология с использованием обсадных труб или же тампонированием стен скважины бетоном под давлением с поверхности. При данном виде бурения скорость прохождения грунта в сутки может доходить до 30 метров.

В станках для шнекового бурения скважин применяются литые буровые головки, имеющие режущие лопасти и хвостовик. Режущая кромка лопастей обычно должна быть наплавлена твердым сплавом. В случае бурения на особо твердых породах буровая головка должна быть оснащена техническими алмазами.

Глубина шнекового бурения скважины проводится на размер одной штанги, затем станок отключается, штанга должна быть отсоединена от шпинделя, поднята наверх и наращена новой штангой. После этого бурение может быть продолжено.

Особенности шнеков для бурения скважин на воду

Шнеки буровой установки охлаждаются за счёт разрушаемой почвы.

При этом грунт поднимается по спирали режущего инструмента:

  1. Объём грунта при средней скорости движения должен быть не больше 0,2-0,4 от общего. При этом количество вращений бура должно быть 150-200 оборотов в минуту.
  2. Для режущих элементов, которые имеют размер до 10 см, частота вращения не может быть больше 500 об./мин.
  3. При бурении скважин шнеками более результативными являются режущие элементы, которые имеют центральный канал. Через него идет воздух или вода при помощи гидравлики, что понижает трение при бурении грунта.

Перед шнековым бурением следует выполнить анализ грунта

Традиционно бурение шнеками скважин осуществляют на глубину до 50 м. В качестве исключения бурить оборудованием можно до глубины 120 м.

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

  • 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?

Плюсы применения шнека

Процесс бурения скважин на воду путем применения режущего элемента исключает надобность перемолки и стирания отделенного от забоя грунта. Забой выполняется в непрерывном режиме, в параллель идет разрушение почвы. При отделении от забоя земли она отправляется на винт, который вращается с высочайшей скоростью. Центробежные силы, которые сопровождают процесс, прижимают грунт к стенам скважины, тогда как беспрерывно движущаяся лента толкает землю наверх. Часть грунта остаётся на стенах колодца. Эти методики обеспечивают скорость выполнения работ до 4-ой категории пород по буру.

Плюсы вращательного бура следующие:

  • Высокая скорость заглубления;
  • Транспортировка грунта без подъёма оборудования;
  • Непрерывное поступление почвы на поверхность;
  • Не требуется выполнение промывания.

Техника для шнекового бурения стоит достаточно дорого

При всех достоинствах инструмент имеет и недостатки. Для создания колодца шнековым способом имеет значение незначительная глубина бура

Также берется во внимание вращение массивной колонны шнека, требующее прикладывания значительных усилий. Чтобы сделать больше ресурс долота, его необходимо армировать резцами из твердого сплава

Долото должно иметь сечение больше шнека на 2 см.

Наиболее востребованными долотами, применяемыми для бура шнеком, выступают те, которые имеют в комплектации 2-3 лопасти. 3-лопастный инструмент имеет корпус, сделанный методом литья из металлического материала. Когда проделывается колодец, вращение инструмента на буровом оборудовании осуществляется при помощи специальных станков

Внимание! Без знания правил не получится выполнить работы по бурению, где применяется шнековый инструмент

Первое условие перед запуском оборудования — анализ грунта на участке, второе — то, на каком расстоянии идет вода. Так, работа при помощи станочного агрегата ЛБУ-50 выполняется специальным вращателем, что исключает применение роторных и шпиндельных элементов. Это потребуется для гарантии большого вращения и создания осевого поступательного движения винта.

Читайте также:  Как повлияет дождеватель на погружной насос при прямом подключении?

Если колодец надо сделать максимально быстро, то нужно применить мощные станки, которые могут гарантировать высочайшую производительность. Для этого их установка выполняется на шасси автомобиля. Бурение может осуществляться станками СО-2. В такой ситуации в тандеме с оборудованием применяется современный экскаватор.

Проделывание скважин — дело непростое, однако если иметь под рукой необходимый инструмент и следовать технологии, то пробурить колодец можно и самостоятельно.

Описание технологии

Данная технология применяется только для скважин с малым дебетом.

При шнековом бурении следует соблюдать правила техники безопасности

Стандартное шнековое бурение колодца под воду выполняется в грунте:

При помощи шнека-винта из забоя устраняется выбранная при буре земля. Шнек – это труба-бур, вся длина которой заделана лентой из стали. Работа шнеком выполняется буровыми механизмами, которые имеют подвижный вращатель. Шнек соединен резьбой или элементами, которые имеют специальное сечение. Ход подавания при буре шнеком от 1,9-15 м. Полые герметичные шнековые элементы имеют специальные замочные механизмы. За счёт высокосортной стали замка, имеющей высокую износостойкость, время на бурение в разы сокращается. При этом производительность, напротив, растет.

Достоинства и недостатки метода

Технология шнекового бурения скважин имеет множество преимуществ:

  • обеспечивается высокая скорость бурения без дополнительного перемалывания отработанной породы;
  • очищение углубления в грунте осуществляется непрерывно;
  • обеспечивает глубину бурения от 1,5 до 70 м;
  • простота технологии;
  • отсутствие необходимости привлечения высокотехнологичной техники и оборудования;
  • не нужно осуществлять подачу бурильной жидкости, что упрощает процесс работы;
  • при необходимости скважина может размещаться под небольшим углом;
  • широкий спектр применения в различных отраслях – для бурения питьевых скважин, для формирования свайных фундаментов;
  • возможность осуществления геологической разведки территории.

Машины для бурения

Шнековое бурение скважин не лишено недостатков. Данный метод невозможно использовать в глинистых грунтах или при наличии почвы с большой плотностью. При попадании режущего инструмента на камень (даже небольшой по размеру) работу можно прекращать. Дальнейшее передвижение становится невозможным. Также при углублении шнека на значительную глубину необходимо приложить немало усилий.

Шнековое бурение скважин технология

Считается, что шнековое бурение является самым дешевым и простым методом бурения скважин.И действительно, бурение шнековым методом отличается высокой скоростью проходки (до 100-300 м за смену).

Если совсем просто объяснять принцип работы шнекового бурения, можно вспомнить ледовый бур, которым зимой пользуются рыбаки для того чтобы сделать лунку. Ледовый бур устанавливается вертикально и за счет вращения и нажима врезается в лёд.

Если же говорить о технологии, то при бурении скважины в теории не сильно сложнее.

Где применяется шнековое бурение

Шнековое бурение применяется в основном при бурении песчаных и песчано-гравийных грунтов, а также пород средней твердости для взрывных скважин, инженерных и гидрогеологических исследований, геологической съемке, разведки полезных ископаемых, картировании и т.п. популярно при бурении скважин на воду.

Глубина скважины, обычно до 50 метров, но в зависимости от грунтов может составлять до 100-120 метров. Диаметр бурения шнековым способом, обычно от 60 мм до 600-800 мм. В некоторых случаях используются шнеки диаметром 1500 мм и более.

Технология шнекового бурения

Шнековое бурение является одним из методов вращательного бурения и осуществляется установкой которая имеет буровую головку, а следом идут шнеки, с помощью которых на поверхность транспортируется разрушенная порода (шлам).

Разрушение породы происходит за счет вращения буровой головки, под которой понимается лопастное долото или бур. Инструмент разнообразный и подбирается исходя из свойств породы.

Слева направо: Лопастной бур; Долото двухлопастное; Долото трехлопастное.

Буровая головка и шнек могут быть раздельными или одним целым, последнее называют шнекобуром.

Затем шлам по спирали (реборде) шнека транспортируется на поверхность.

Причем, шнек выбирается исходя из того, что межвитковое пространство должно быть занято транспортируемой породой на 0,2-0,4 объема.

Это необходимо учитывать потому что в таком случае происходит нормальное охлаждение шнека за счет быстрого заглубления и постоянного потока породы разной температуры. Нагрев же происходит из-за быстрого вращения и трения о стенки скважины.

Реборда шнека служит только для транспортировки разрушенного грунта, а значит разрушающий инструмент (долото или бур) должен быть большего диаметра.

Плюсы

  • Непрерывный процесс подъема грунта на поверхность;
  • Шнековая колонна не требует подъема во время бурения;
  • Высокая скорость углубления (До 100-300 метров за смену).

Минусы

  • Необходимо быстрое вращение большой и тяжелой шнековой колонны, следовательно, буровая установка должна быть мощной;
  • Относительно небольшая глубина бурения, обычно до 50 метров;
  • При попадании на валун дальнейшая проходка может стать проблемой, скорее всего бурить придётся рядом;
  • Бурение в породах высокой твердости невозможно;
  • В липких и вязких грунтах возможно налипание.

Технология бурения

Что такое Скважина

Для бурения скважин шнековым способом происходит постоянное вращение рабочего инструмента с лопастями. Это обеспечивает бесперебойную подачу отработанной породы на поверхность, что очень удобно. Шнеки, осуществляющие все предвиденные технологией операции, состоят из центральной трубы, которую также называют буровой штангой. По ее поверхности по всей длине под определенным углом размещается стальная полоса. Именно она транспортирует разрушению почву на поверхность.

В конструкции шнека присутствует острый наконечник, который осуществляет врезку в грунт. Чаще всего его делают съемным. Это позволяет менять наконечник, зависимо от типа обрабатываемого грунта. При шнековом бурения чаще всего применяются следующие типы наконечников:

  • долото, оснащено трема лопастями;
  • лопастный бур;
  • долото с двумя лопастями.

Во время бурения скважин на воду одновременно происходит формирование и укрепление ее стенок. Для этого может использоваться бетон или металл. Также следует не забывать, что данный метод редко применяется для производства глубоких скважин. Но при необходимости длина проходки может достигать 50 м. Поэтому шнек для бурения оснащается дополнительными секциями.

При шнековом бурении обязательно нужно сразу укреплять скважину

Правила шнекового бурения

Процесс бурения скважин на воду описанным выше способом имеет много преимуществ, одно из которых состоит в оперативности прохода. В то же время с производством бурения идет продавливание и установка стен колодца, что оказывает помощь в удержании грунта, исключая его осыпание. Устраиваемые стены могут быть металлическими или бетонными.

Этот способ используется только для таких колодцев на воду, которые имеют маленький дебет. Благодаря винту из забоя забирается почва. Устройство представляет собой специальную трубу, которая целиком обвита лентой из металла. Процесс предусматривает применение буровых агрегатов, которые устраивают подвижным вращателем. Резаки соприкасаются резьбой или деталями, что имеют фигурное сечение. Шаг подачи имеет предел до 15 м.

Для выполнения шнекового бурения необходимо минимум 2 человека

  • Включают в конструкцию полости;
  • Имеют реверсы-замки;
  • Снабжены разными долотами.

Стальная поверхность устойчива к износу, что дает возможность уменьшить период работы в разы. Если бур осуществляется на участке с мягкими и рыхлыми почвами, то лопасти долота надо устраивать под углом примерно 30-60° к забою. Если же бурить таким методом приходится на плотной почве или в грунте с включением гравия и гальки, то лопасти долота должны располагаться под прямым углом к забою. Угол выявляется в зависимости от твёрдости грунта, с которым ведется работа.

Когда устраивается колодец, режущие элементы оборудования высвобождают высокий температурный режим за счёт разрушаемого грунта. Отработанная земля уходит наверх по винту. Объём отработки при сбережении средней скорости передвижения — приблизительно 0,2-0,4 от объёма пространства. Методика предусматривает сохранение частоты кручения бура 150-200 оборотов в минуту. Если в работе применяется шнек, который имеет габариты до 10 см, то частота кручения не должна превышать 500 оборотов в минуту.

При устройстве колодца по данной технологии наиболее результативными являются шнековые винты, которые идут с каналом в центре. Именно он передает воздушные массы или воду путем гидравлического насоса, что дает возможность делать трение при выполнении работ наиболее низким.

Шнековое бурение

Шнековое бурение (от нем. Schnecke — улитка, завиток, винт) является разновидностью вращательного бурения. Специфика технологии заключается в том, что удаление с забоя и транспортирование по скважины разрушенной породы осуществляют одновременно с проходкой скважины не потоком очистного агента, а за счет свойств вращающегося непрерывного шнека или шнековой колонны. Обычно шнековое бурение осуществляют сплошным забоем. Также можно вести шнековое бурение с отбором ненарушенных образцов породы (керна) с помощью полых магазинных шнеков или съемных грунтоносов.

Шнековое бурение — наиболее распространенный и наиболее универсальный способ из всех видов неглубокого бурения. Его применяют при бурении скважин глубиной до 50-80 м в породах от I до VIII категорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных, в породах с включением валунов, в грунтах со скальными включениями. Одной из причин широкого распространения шнекового бурения является и то, что при применении данной технологии в большинстве пород происходит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой. В строительной отрасли шнековое бурения используют для бурения под различные виды свай — под забивные сваи (в том числе лидерное бурение), буровые набивные и инъекционные сваи. Также шнековое бурение является стартовой площадкой для применения других технологий устройства фундаментов (струйная цементация грунтов (jet-grouting), «стена в грунте» и др.). Шнековое бурение производится также при производстве работ по укреплению фундаментов и грунтов, решении задач подземного строительства.

В геологической отрасли шнековое бурение используют при сейсморазведке (бурение для погружных зарядов ВВ), взрывных скважинах при открытой разработке угольных карьеров, инженерно-геологических, гидрогеологических, мелких водозаборных скважинах, разведке строительных материалов и некоторых других геологоразведочных скважинах. Такой вид бурения можно успешно применять в комбинации с геологоразведочным бурением, для забуривания скважины в начальном интервале, представленном рыхлыми наиболее трудными для бурения с промывкой породами.

Физические основы шнекового бурения

Физику процесса шнекового бурения отличают три важных момента: охлаждение породоразрушающего инструмента, транспортирование разрушенной породы на поверхность и закрепление стенок скважины поднимаемой породой. При вращательном бурении неизбежно трение породоразрушающего инструмента о породу и его нагревание: чем быстрее и больше силы трения, тем больше выделяется тепла и сильнее нагревается инструмент. При недостаточном охлаждении, т. е. отводе будет происходить значительный износ инструмента или даже его расплавление — «прижог». В шнековом бурении при отсутствии потока очистного агента охлаждение породоразрушающего инструмента происходит вследствие отдачи тепла непосредственно породе, эффективность охлаждения обеспечивается высокой скоростью бурения. В твёрдых скальных породах, где скорость бурения низка из-за недостаточного охлаждения инструмента, шнековое бурение обычно не применяют. Транспортирование разрушенной породы по принципу шнекового транспортера Транспортирование разрушенной породы осуществляется по принципу шнекового транспортера. Такие транспортеры для перемещения сыпучих материалов известны давно и широко применяются в различных областях техники: в цементной промышленности, на зерновых элеваторах, в сельхозмашинах и в обычной бытовой мясорубке. Как работает шнековой транспортер при бурении скважины? Шнек состоит из центрального трубчатого стержня, к которому приварена спиральная реборда, представляющая собой винтовую поверхность. При бурении вертикальных скважин элементарный участок винтовой поверхности может быть представлен как наклонная плоскость с углом наклона а, в плане представляющая собой диск (рис.1).


Рис. 1. Схема динамики подъема частицы породы при шнековом бурении

Технические средства для шнекового бурения. Буровой инструмент для шнекового бурения.

В шнековом бурении определяющую роль играет буровой инструмент, от которого и произошло название вида бурения. В практике шнекового бурения выделено три разновидности и соответственно три компоновки технологического бурового инструмента: бескерновое шнековое бурение осуществляют следующим инструментом: непрерывным шнеком (SOB или SFA способ) или колонной обычных шнеков в комплекте с конусным буром, лопастным буром или долотом. Шнеко-колонковое бурение ведут с использованием магазинного шнека с коронкой и колонны обычных шнеков; бурение с отбором керна производится колонной полых шнеков с использованием съемного керноприемника или съемного шнекового долота. В строительной отрасли России в течение многих лет бескерновое шнековое бурение было преобладающим. В последние два десятилетия все большее распространение получают технологии устройства буронабивных и буроинъекционных свай, в которых применяются полые шнеки.

При проходке мягких пород процесс разрушения породы не требует значительных затрат энергии, и скорость бурения может быть высокой. При этом большой объем выбуренной породы требует его своевременного и качественного удаления, от чего зависит эффективность бурения. При бурении в мягких и рыхлых породах, где не требуется создания значительных породоразрушающих нагрузок, в комплекте со шнеками применяют двух- и трехлопастные долота режущего типа со спиральными или плоскими лезвиями, армированными твердым сплавом, а также различные типы лопастных буров на плоских резцах. Для пород средней твердости, где требуется более высокая износостойкость инструмента, применяют долота округленного профиля со значительно большей насыщенностью твердым сплавом, лопастные буры с круглыми режущими зубьями или конусные буры. Конусные буры также оптимальны для использования в более сложном грунте VI-VIII категории.

При шнеко-колонковом бурении и бурении полыми шнеками породоразрушающий инструмент представлен специальными шнековыми бурами или коронками, разрушающими породу по кольцевому забою. Лопастные шнековые буры обычно имеют от 3 до 6 лопастей, армированных твердым сплавом, с гладкой или ступенчатой режущей поверхностью. Шнековый инструмент с оголовком в виде конусного бура имеет лучшие породоразрушающие свойства за счет иных углов резания и сочетания режущих и скалывающих усилий, а, следовательно, более высокую производительность, нежели лопастные шнековые буры.

Буровые шнеки

Основой бурового инструмента для шнекового бурения служат буровые шнеки составляющие колонну с непрерывной спиральной ребордой от полота или коронки на забое до поверхности. В зависимости от разновидности бурения применяют три основных вида шнеков: обычные, в том числе и утяжеленные, магазинные и полые. Наиболее часто применяют обычные буровые шнеки (рис.2), которые носят также название стандартных буровых шнеков.


Рис.2. Стандартный буровой шнек. 1 – хвостовик; 2 – труба; 3 – виток; 4 – втулка

Шнек — это труба с навитой на ней спиральной ребордой. Спираль получают путем навивки стальной ленты на специальную винтовую оправку, затем ее надевают на трубу шнека, растягивают вдоль трубы до получения нужного шага и приваривают. К концам трубы шнека приваривают соединительные элементы. Наружный диаметр шнека составляет 0,88-0,95 от диаметра долота или бура, что обеспечивает свободное вращение шнековой колонны и способствует закреплению стенок скважины. Обычные шнеки различаются размерами по наружному диаметру спиральной реборды диаметром трубы шнека, шагом спиральной реборды, общей длиной и устройством соединительных элементов.

Для разных буровых установок применяют разнообразные шнеки, отличающиеся размерами и устройством соединений, что часто исключает их взаимозаменяемость. Заменой колонны шнеков может служить непрерывный шнек большой длины. Чаще всего подобный инструмент применяется на зарубежных буровых установках, но в России также есть буровая техника, на которой применяется непрерывный шнек. Например, бурильно-сваебойные машины ОАО «Стройдормаш» БМ-811, БМ-831 и БМ-833.

Кроме обычных шнеков, применяют также утяжеленные буровые шнеки, отличающиеся от обычных увеличенной толщиной до 10-16 мм реборды, приваренной к трубе двумя швами (сверху и снизу). Данный тип шнеков применяется при работе в сложном грунте. Как правило, в колонну при встрече валунно-галечных отложений вставляют 2-3 утяжеленных шнека. Утяжеленные шнеки, кроме повышенной прочности, обеспечивают также плавность вращения шнековой колонны.

Читайте также:  Промывка скважины после бурения: лучшие методы провести работы своими руками

Соединения обычных буровых шнеков могут быть двух типов — замки (трех, четырех или шестигранные, в зависимости от конструкции шнеков) и резьбовые соединения. Наиболее распространены и имеют наибольшие достоинства шестигранные соединения. При таком типе соединений на одном конце шнека имеется наружный шестигранник с поперечным отверстием, а на другом — внутренний шестигранник с таким же отверстием. При соединении шнеков в колонну наружный шестигранник входит во внутренний другого шнека, поперечные отверстия совпадают и в них забивают запорный палец. Шестигранное соединение в отличие от резьбового обеспечивает точное совпадение спирали реборды одного шнека со спиралью следующего и получение непрерывной спирали по всей колонне шнеков. Не менее важно то, что при таком соединении шнековую колонну можно вращать как вправо, так и налево. Это позволяет легко извлекать шнеки в случае их прихвата породой, а также осуществлять тампонирование скважины, транспортируя при левом вращении породу к забою скважины. Для бурения с отбором ненарушенных образцов породы из отдельных интервалов скважины на нижнем конце шнековой колонны устанавливают магазинный (колонковый) шнек.

Магазинный шнек (см. рис. 3) состоит из трубы 1, диаметр которой несколько больше, чем у трубы обычного шнека. На наружной поверхности трубы приваривают спиральную реборду с шагом и наружным диаметром, равными обычным шнекам. На нижнем конце магазинного шнека на резьбе навинчена коронка 3, а внутри размещена разъемная гильза.


Рис. 3 Колонковый (магазинный) шнек .

Для бурения с непрерывным отбором ненарушенных образцов съемным грунтоносом или для доставки на забой заряда ВВ без подъёма шнеков в скважинах с неустойчивыми стенками при сейсморазведке применяют колонну полых шнеков, у которых за счет увеличения диаметра трубы несколько уменьшена ширина реборды и применены соединение, оставляющие открытым центральное отверстие трубы. Кроме указанных задач, полые шнеки можно использовать для бурения и оборудования с послойным опробованием водоносных горизонтов гидрогеологических скважин, при бурении комбинированных скважин для проходки и закрепления интервалов неустойчивых под с оставлением полой колонны шнеков в качестве обсадной, особенности конструкции полых шнеков сводятся к устройству их соединений. Для полых шнеков обычно используют фиксированные соединения (шлицевые, кулачковые, восьмигранные и др.), позволяющие получить совпадение спирали и осуществить левое вращение. Наиболее характерные соединения полых шнеков приведены на рис.4.

Рис. 4. Инструмент для шнеко-колонкового бурения: а – исковая колонна со съемным керноприемником; б — соединения полых шнеков

Буровые установки, применяемые для шнекового бурения.

Для шнекового бурения используют станки (установки) с подвижным вращателем, поскольку конструкция шнеков исключает использование станков шпиндельного и роторного типов. Станок должен осуществлять вращение шнеков с частотами от 1 до 5 сˉ1 развивать значительный крутящий момент (от 5 кН), обеспечивать осевое перемещение шнеков с ходом подачи не менее длины шнеков (1—3 м) и регулирование осевой нагрузки как вниз дополнительно к весу шнеков, так и вверх — бурение с разгрузкой. Учитывая высокие скорости бурения, следовательно, минимальные затраты времени на сооружение скважины, станки шнекового бурения должны обладать высокой транспортабельностью. Практически для шнекового бурения применяют переносные или самоходные буровые установки.

В зависимости от назначения станки, буровые установки и буровые машины для шнекового бурения можно условно разделить на несколько типов:

  • специализированные строительные свайные буровые машины (буровые установки)
  • специализированные геологические буровые машины (буровые установки)
  • универсальные буровые машины (буровые установки), предназначенные для выполнения двух вышеперечисленных видов буровых работ.

К первой категории в первую очередь относятся широко применяемые в России буровые установки зарубежных производителей. Это, например, буровые установки BAUER, Casagrande, Soilmec, KATO и др. Обычно данные буровые установки отличаются большими габаритами и массой, нежели отечественные буровые машины и позволяют делать скважины в широком диапазоне глубин и диаметров. Они ориентированы именно на «строительное» бурение.

Из отечественных категории специализированных строительных свайных буровых установок относятся, например, буровые машины МРК-750 и МРК-800 производства ОАО «Ивэнергомаш», серии БМ-8хх и БКМ-15хх, МБШ-818 производства ОАО «Стройдормаш», УБГ-СГ «Беркут» производства НПЦ СБТ, а также М-150 украинской компании Маст-буд и некоторые другие установки. Буровые машины отличаются различным крутящим моментом, глубиной и диаметром бурения.

Ко второй категории относится множество станков для шнекового бурения, которые производят скважины малого диаметра и в силу этого не могут применяться для устройства строительных буровых свай. Данные буровые станки могут быть переносными или самоходными. Среди буровых установок, наиболее распространенных в России, можно перечислить УКБ 12/25 и УКБ 12/25с, УПБ-100Р, УПБ-100ГТ2 УГБ-50М, УГБ-1ВС. Среди основных производителей: ОАО «Геомаш», СКБ «ГЕОТЕХНИКА».

Третья категория буровых установок шнекового бурения является самой многочисленной. Данные установки могут осуществлять как бурение инженерно-геологических, сейсморазведочных и др. типов скважин в геологии, так и бурения под сваи при строительных работах по устройству фундаментов. При некоторых условиях к ней можно причислить и ряд отечественных буровых машин – те, которые имеют достаточно широкий диапазон диаметров бурения, как, например, бурильно-сваебойные машины БМ-811 и БМ-831 производства ОАО «Стройдормаш» (диаметр бурения от 150 до 500 мм) или установки производства НПЦ СБТ УБГ-ЛГ «Аллигатор» и УБГ-СГ «Беркут» (диаметр бурения от 90 до 650 мм). К данной категории относятся также буровые установки ПБУ и ЛБУ различных модификаций и УСГ «Атлант» производства ОАО «Геомаш», буровые машины серии БГМ производства ОАО «Стройдормаш», МБШ-421 (Сибирьтрейлер) и БМП-045 (КЗНО) с диаметром бурения от 150 до 450 мм, а также малогабаритные буровые установки различных производителей – ББУ-Опенок (Геомаш), СБГ-ПМ «Стерх (НПЦ СБТ), УШБМ (Курганавторемонт) и множество зарубежных.

Сайт для нефтяников

1. Последовательность проектирования конструкции скважины. Какие факторы и как учитывают при проектировании? Ответ

2. Этапы проектирования гидравлической программы промывки скважины буровыми растворами. Ответ

3. Принципы выбора способа бурения: основные критерии выбора, учет глубины скважины, температуры в стволе, осложненности бурения, проектного профиля и других факторов. Ответ

4. Выбор типа долота и режима бурения: этапы и критерии выбора, способы получения информации и ее обработки для установления оптимальных режимов, ограничения величины параметров. Ответ

5. Принципиальная схема опробования продуктивного горизонта с помощью пластоиспытателя на трубах. Диаграмма глубинного манометра, установленного на фильтре. Ответ

6. Принципиальная схема одноступенчатого цементирования. Как и почему изменяется давление в цементировочных насосах, участвующих в этом процессе во времени? Ответ

7. Принципиальна схема двухступенчатого цементирования с разрывом во времени. Когда применяют этот способ? Каковы его достоинства и недостатки? Ответ

8. Принципы расчета обсадной колонны на прочность при осевом растяжении для вертикальных скважин. В чем состоит специфика такого расчета колонн для наклонных и искривленных скважин? Ответ

9. Основные факторы, влияющие на качество цементирования скважин и характер их влияния. Ответ

10. Принципы расчета необходимых количеств тампонажных материалов, смесительных машин и цементировочных агрегатов для приготовления и закачки тампонажного раствора в обсадную колонну. Схема обвязки цементировочной техники. Ответ

11. Способы оборудования нижнего участка скважины в зоне продуктивного пласта. Условия, при которых возможно применение каждого из этих способов. Ответ

12. Какие факторы и как их учитывают при выборе тампонажного материала для цементирования конкретного интервала скважины? Ответ

13. Выбор колонкового набора для получения качественного керна. Ответ

14. Поясните, какие основные факторы влияют на технико-экономические показатели работы буровых бригад. Ответ

15. Конструктивные особенности и области применения бурильных труб. Ответ

16. Типы КНБК, применяемые для бурения различных интервалов наклонно-направленной скважины. Принцип выбора КНБК. Ответ

17. Изобразите возможные типы профиля наклонно-направленных скважин. Какие факторы влияют на выбор того или иного типа профиля? Назовите типы отклонителей и области их применения. Ответ

18. В каких условиях целесообразно бурение горизонтальных участков ствола скважин? Каковы особенности бурения и крепления горизонтальных стволов? Ответ

19. Принципы выбора бурового раствора для конкретных горно-геологических условий. Ответ

20. К каким последствиям может привести избыточное содержание в глинистом растворе инертной глины? Какими техническими средствами следует оснастить наземную циркуляционную систему БУ для удаления ее. Ответ

21. К каким последствиям может привести избыточное содержании нежелательной твердой фазы из неутяжеленного бурового раствора? Ответ

22. Что понимается под режимом бурения и какова методика его оптимизации? Ответ

23. Назовите основные физико-механические свойства горной породы и поясните их влияние на процесс бурения. Ответ

24. Классификация методов возбуждения притока при освоении скважин. Ответ

25. Классификация методов интенсификации притока в процессе освоения скважины. Ответ

26. Роль и значение информационного обеспечения при оперативном управлении процессом бурения. Ответ

27. Опишите технические средства для получения оперативной информации в процессе бурения. Ответ

28. Экологический паспорт на строительство скважины. Ответ

29. Безопасность и экологичность проектов строительства скважин. Ответ

30. Меры безопасности при бурении скважин на месторождениях, содержащих сероводород. Ответ

31. Требования безопасности по предупреждению газонефтеводопроявлений. Ответ

32. Сбор и хранение технологических отходов бурения. Ответ

33. Аварии с долотами. Причины. Способы предупреждения и ликвидации. Ответ

34. Аварии с бурильной колонной. Причины. Способы предупреждения и ликвидации. Ответ

35. Осложнения и аварии с обсадными колоннами. Причины. Способы предупреждения и ликвидации. Методика расчета допустимой скорости спуска колон в скважину. Какие факторы влияют на эту скорость? Ответ

36. Осложнения и аварии при цементировании. Причины. Способы предупреждения и ликвидации. Ответ

37. Факторы, влияющие на износ промежуточных обсадных колонн и кондукторов. Ответ

38. Основные способы предотвращения газонефтепроявлений в период схватывания и твердения тампонажного раствора в скважине. Ответ

39. Осложнения при бурении пологонаклонного или горизонтального ствола скважины. Причины возникновения, способы их предупреждения. Особенности очистки стволов пологонаклонных и горизонтальных скважин от шлама. Ответ

40. Требования к буровым промывочным жидкостям для бурения пологонаклонных и горизонтальных стволов скважины. Ответ

41. Установка цементных мостов. Особенности выбора рецептуры и приготовления тампонажного раствора для установки мостов. Ответ

42. Особенности конструкций и профилей морских наклонно направленных и горизонтальных скважин. Ответ

43. Классификация горизонтальных скважин по радиусам искривления ствола. Ответ

44. Принципиальная схема КНБК для бурения горизонтальных скважин по различным радиусам. Ответ

45. Классификация многозабойных скважин по TAML. Ответ

Ответы на вопросы по бурению

Что выбрать для дачи, скважину или колодец?

Если вы собрались снабдить свой загородный участок водой, то должны определиться, чему отдать предпочтение — колодцу или скважине. Если учитывать материальные и друие затраты, то выигрывает неглубокая скважина. Колодцем удобно пользоваться в летний период, к тому же, обеспечение водой будет минимальное. А вот скважина легко справится с вашими потребностями по хозяйству.

Что входит в стоимость бурения скважины?

В стоимость оплаты входит: проезд к месту бурения, непосредственно сама работа (выбор способа бурения будет зависеть от глубины скважины и типа грунта. И, соответственно, цена также будет зависеть от глубины бурения. Кроме самого бурения в стоимость скважины входит установка обсадных труб, промывка, установка фильтра.

Нужна ли лицензия на скважину?

Если вы собираетесь вырыть колодец, то в лицензии необходимости нет. Также разрешение не нужно для скважины на песок. А вот если скважина будет артезианской (глубина свыше 100 м и до 200 м), то лицензия необходима. Однако, некоторые компании нашли выход из положения. Владельцу скважины выдаются две лицензии — одна настоящая, а другая на случай проверки. Хотя, обманывать, конечно, плохо. Если скважина будет использоваться промышленным предприятием, то получение разрешения обсуждению не подлежит. Это может занять срок до 6 месяцев. Получение лицензии и право пользования ею регулируются Законом РФ №2395-1 от 21.02.1992 г. «О недрах» в редакции от 03.03.1992 г. (с дополнениями и изменениями от 10.02.1999 г., 02.01.2000 г., 08.08.2001 г. и 29.05.2002 г. и нормативными актами, оформляется на юридических и физических лиц, являющихся собственниками, арендаторами, пользователями земельных участков.

Можно ли очистить заилившуюся мелкую скважину?

Появление в воде песка свидетельствует о засорении фильтра. Для ремонта неглубоких скважин используется специальный инструмент. Основными методами очистки фильтра являются промывка и продувка. Если же нуждается в ремонте артезианская скважина, то используются различные химические реагенты.

Как найти воду на своём участке?

  • Есть несколько примет, указывающих на наличие близкорасположенных грунтовых вод. Перечислим основные:
  • Пышный рост растений, поглощающих много воды, на относительно сухой территории. Присутствие болотной растительности (тростник, камыш). Однако это могут быть всего лишь подпочвенные воды.
  • О более достоверном признаке наличия воды свидетельствуют ольха, плакучая ива, береза, склонившиеся в определенную сторону.
  • Мошки и комары — любители влажной среды обитания.
  • Поблизости нет муравейников и мышиных нор.

Если у ваших соседей имеется скважина, то вероятнее всего, глубина скважины и состав состав воды на вашем участке будет идентичен соседской.

Какие санитарные нормы используются при выполнении буровых работ?

Выбирая место бурения, и выполняя буровые работы, необходимо опираться на ГОСТ 2761-84, утвержденный Госстандартом 27.11.1984 и обновленный 22.06.2003 г.

Наименование: Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора.

Область действия: «Стандарт распространяется на источники централизованного водоснабжения, в том числе на источники с солоноватой и соленой водой, для вновь проектируемых и реконструируемых систем хозяйственно-питьевого водоснабжения и систем водоснабжения, подающих воду одновременно для хозяйственно-питьевых и производственных целей, и устанавливает гигиенические и технические требования к источникам водоснабжения и правила их выбора в интересах здоровья населения».

Практически это означает, что скважину можно располагать на дистанции не менее 15 м от септика. А если же по направлению к скважине имеется уклон, дистанция увеличивается еще на 5 м. Главным условием является выбор сертифицированных обсадных труб при обустройстве скважины. Нельзя использовать трубы, применяемые в химическом производстве, и оцинкованные.

Следует ли от работников буровой установки требовать разрешение на выполнение работ?

Нет не следует. Разрешения, имевшие силу до 2001 г., перестали действовать, так как лицензирование данного вида работ отменено. На сегодняшний день действует Федеральный закон №128-03 от 08.08.2001 года, виды деятельности: «проектирование, бурение, ремонт, ликвидация артезианских скважин на воду» лицензированию не подлежат, т.к. не включены в «Перечень видов деятельности, на осуществление которых требуются лицензии» (ст. 17). Осуществление этих видов деятельности производится по проектам, согласованным в установленном порядке.

Действие этого законодательного акта не распространяется на использование природных ресурсов, в т.ч. недр.

Какой объём воды затрачивается при бурении?

При бурении глубоких скважин для некоторого удешевления процесса применяется буровой раствор, в состав которого входит глина и вода. Для скважины глубиной 50 м необходимо 10-15 м3 воды.

Как скоро заилит скважину если ей не пользоваться?

Срок эксплуатации неглубокой скважины, расположенной на песчаном горизонте, составляет от 10 до 30 лет. Артезианская скважина может использоваться до 50 лет. Продолжительность срока зависит от ряда причин:

  • как часто и много вы пользуетесь скважиной;
  • насколько велик объем водоносного слоя;
  • есть ли скважины у соседей и насколько близко они расположены от вашего участка;
  • изменение гидрологических, климатических, экологических условий.
Читайте также:  Падает давление в системе водоснабжения (колодец + насос "Водолей")

Как восстановить работу скважины?

Большинство проблемных случаев возникает с мелкими скважинами. Тем не менее, неприятности возможны и с глубокими при их длительном простое. Работы, которые помогут вернуть скважину к жизни — очистка, промывка фильтра под давлением. В случае необходимости применяют специальные химические растворы. Как крайний, но не совсем желательный метод, используется гидроудар. Также для выявления нарушений ствол скважины может быть обследован при помощи видеосъемки.

Что подразумевает гарантия на скважину? Что может произойти в гарантийный срок?

Гарантийный срок на мелкую скважину длится не более 2 лет. В течении этого периода в случае необходимости вам прочистят ее при заиливании. Если у вас артезианская скважина, то в период действия гарантии при появлении грязной воды выполнят работы по ее очистке.

Наши телефоны +7(937)532-77-37, +7(8442)50-18-61

Шнековое бурение. Выбираем шнек.

Шнековое бурение – это один из самых старых способов бурения скважин, который со временем почти не менялся и пришел в наши дни с самыми небольшими принципиальными усовершенствованиями.

Недостатком является ограничение по максимальной глубине, которую можно достичь без применения дополнительного оборудования. Однако преимущества делают шнековое бурение самым популярным способом создания скважин.

Все, кто связан с бурением скважин навесными гидробурами, по достоинству ценят скорость производимых работ, универсальность применения оборудования, финансовую доступность и относительно не сложную технологию.

Шнековое бурение применяется чаще всего для скважин небольшой глубины (до 20 метров) шнеками небольших диаметров (до 1500мм).

Перечислим несколько самых популярных направлений работ, при которых применяется шнековое бурение:

  • установка дорожных ограждений, дорожных знаков, оград, столбов и опор различного назначения,
  • взятие проб грунта с разной глубины,
  • создание буронабивных свай,
  • пересаживание деревьев,
  • завинчивание винтовых свай,
  • лидерное бурение для забивки свай и т.п.

Наиболее часто шнековое бурение гидробурами производится в грунтах категорий III- Х по классификации крепости горных пород Протодьяконова. В грунтах категорий III-IV процесс бурения более сложный и требует высокой квалификации участников, производящих работы, и использования наиболее надежного и профессионального рабочего инструмента.

Самые распространенные методы шнекового бурения – рейсовый и поточный.

При рейсовом способе бурения используется шнек, который наращивается штанговыми удлинителями для достижения заданной глубины. Шнек забуривается на глубину витков, извлекается из скважины по мере наполнения витковой части буримой породой. Порода сбрасывается в стороне от скважины, шнек погружается обратно за следующей порцией грунта.

Этот процесс продолжается до достижения необходимой глубины. Производительность такого метода зависит, в том числе от длины винтовой части шнека. Но тут нельзя забывать о том, что, чем больше диаметр, тем более тяжелый груз извлекается базовой машиной из скважины.

Сам шнек и удлинители являются внушительной металлической конструкцией, а вместе с грунтом, особенно при большой глубине бурения, этот комплекс может оказаться на грани грузоподъемности базовой машины. На шнеках производства ТП Импульс учтена эта особенность – количество витков зависит от серии шнека и его диаметра, но с учетом максимально возможного объема породы, который предстоит этим шнеком извлечь.

При поточном способе бурения выход породы из забоя происходит постоянно на всей глубине бурения. Этот способ более производительный, чем рейсовый. При работе поточным способом не надо постоянно извлекать шнек с породой, т.к. буримая порода сама движется по всей длине шнека к устью скважины. Достигается такая производительность тем, что реборда идет по всей длине шнека и всех удлинителей. Соединяя шнек и удлинители таким образом, чтобы на стыке последний виток шнека переходил в первый виток удлинителя и так далее, в зависимости от глубины, получается шнековая колонна, производящая непрерывное (поточное) транспортирование буримого грунта из забоя на поверхность.

Выбор способа бурения зависит от поставленной задачи.

Полностью винтовая шнековая колонна всегда более производительная, но стоит дороже, чем шнек с удлинителями-штангами. Если бурится скважина глубиной до 5 или 10 метров, то рейсовый способ бурения будет комфортным, а если 10 метров и глубже, наиболее предпочтительным будет поточный способ.

Есть виды работ, при которых поточный способ не просто предпочтительнее, но именно он и необходим. Это те работы, которые требуют идеально четкие диаметр, вертикальность и ровность по всей глубине скважины, например, лидерное бурение для последующей забивки свай или создание скважин для изготовления буронабивных свай.

Для достижения наибольшей эффективности и качества бурения основное внимание уделяется рабочему инструменту – шнеку.

Слово «Шнек» немецкого происхождения и имеет такие значения, как улитка, завиток, спираль.

Состоит шнек из основания в виде стержня, на котором, вдоль оси, закреплены спиральные витки. По своей сути это конвейер, который доставляет по трубе сыпучие материалы.

Шнек буровой оснащен снизу режущей частью, которая разрушает буримую породу, и присоединительным хабом.

Транспортировка материала осуществляется одновременно с проходкой скважины – это и есть суть шнекового бурения.

Контакт шнека с породой происходит не одновременно по всей площади скважины. При забуривании мощное давление, сконцентрированное в зубьях, передается на породу. Происходит вдавливание зубьев в породу. Если порода мягкая и податливая, с вкраплением камней 0 – 10%, что соответствует V – X категориям крепости пород по шкале Протодьяконова, зубья для абразивного бурения врезаются в грунт и, срезая слой за слоем, транспортируют по шнеку землю к устью скважины.

Если порода соответствует категориям I – IVa, т.е. крепкая или очень крепкая, то применяются скальные зубья, которые вдавливаясь, скалывают и измельчают ее, посылая измельченный материал по стальным виткам (ребордам) с нижней части скважины к ее устью. Трубой в этом случае является скважина. Благодаря разнице коэффициентов трения породы между коэффициентами трения о стальные витки и породу стенок, поднимающаяся масса укрепляет стенки скважины. Коэффициент трения о сталь ниже, чем коэффициент трения о грунт, поэтому разрушенная порода продвигается по центральной части шнека быстрее, чем на границе с грунтом, благодаря чему неровности стенок скважины удерживают и уплотняют породную массу, укрепляя таким образом стенки скважины. Увеличивающуюся из-за трения избыточную температуру шнек отдает буримому грунту.

Во всех сферах деятельности человека недопустимы отклонения в сторону крайностей.

В случае со шнеками это выражено в том, что количество разрушенной режущей головкой породы не должно быть маленьким, т.к. это сократит производительность, и не должно быть большим, т.к. забьет межвитковое пространство и будет стопорить продвижение породы по скважине. Таким образом, шнеки производства ТП Импульс изготавливаются исходя из того, что производительность шнекового транспортера должна быть выше или равна производительности режущей части шнека.

Непосредственно подъем породы по шнековому транспортеру возможен лишь при условии, когда угол линии спирали меньше значений трения породы о поверхность реборды. Этим важнейшим деталям Технопарк Импульс уделяет максимальное значение при проектировании и изготовлении шнеков.

Михаил Михайлович Протодьяконов (1874-1930г.г. жизни) был великим российским, а затем и советским ученым в области горного дела. Шкала коэффициента крепости горных пород стала первым реальным способом, который оценил горные породы по буримости, взрываемости и зарубаемости. Эта шкала – лишь один из многих глобальных трудов профессора Михаила Михайловича в горнодобывающей области.

Применяемость по буримым материалам.
Классификация горных пород по крепости (шкала Протодьяконова):

S4
S5
S6
PA

S4
S5
S6
PA

Кат. породыСтепень крепостиПородыКоэф. крепости, fВид зубьевТип шнекаСодержание камня
Iв высшей степени крепкие породыНаиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключитель- ные по крепости другие породы20Для бурения пород категорий I – IIIa , а также пород с содержанием каменистых включений свыше 30%, шнеки всех серий не применяются, ввиду повышенного износа режущих частей, а так же высокой вероятности поломок.
IIочень крепкие породыОчень крепкие гранитные породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец. Менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки15
IIIкрепкие породыГранит (плотный) и гранитные породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды10
IIIaкрепкие породыИзвестняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор. Доломит. Колчеданы8
IVдовольно крепкие породыОбыкновенный песчаник. Железные руды6СкалаS6
PA
Скальные шнеки применяются для бурения мягкой скальной породы и грунтов, с содержанием каменистых включений до 30%.
IVaдовольно креп- кие породыПесчанистые сланцы. Сланцеватые песчаники5СкалаS6
PA
Vдовольно креп- кие породыКрепкий глинистый сланец. Некреп- кий песчаник и известняк, мягкий конгломерат4Скала
Абразив
S5
S6
PA
Абразивные шнеки применяются для бурения песков, земли, глины, суглинков, почв, с содержанием каменистых включений до 10%.
Vaсредние по- родыРазнообразные сланцы (некрепкие).
Плотный мергель
3Скала
Абразив
S5
S6
PA
VIдовольно мягкие породыМягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька, каменистый грунт2Скала
Абразив
S5
S6
PA
VIaдовольно мяг- кие породыЩебенистый грунт. Разрушенный сла- нец, слежавшаяся галька и щебень. Крепкий каменный уголь. Отвердев- шая глина1,5Скала
Абразив
S4
S5
S6
PA
VIIмягкие породыГлина (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкий нанос, глинистый грунт1Абразив
VIIaмягкие породыЛегкая песчанистая глина, лесс, гравий0,8Абразив
VIIIземлистые по- родыРастительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок0,6Абразив
Земля
S4
S5
S6
PA
Земляные шнеки применяются для бурения песков, земли, глины, суглинков, почв с отсутствием каме- нистых включений.
IXсыпучие по- родыПесок, осыпи, мелкий гравий, насып- ная земля, добытый уголь0,5Абразив
Земля
S4
S5
S6
PA
Xплывучие по- родыПлывуны, болотистый грунт, разжи- женный лесс и другие разжиженные грунты0,3Абразив
Земля
S4
S5
S6
PA

Технопарк Импульс изготавливает для Компании Традиция-К шнеки и удлинители всех типов и размеров для обоих способов бурения.

Эти шнеки предназначены для использования в комплекте с соответствующими моделями гидровращателей Delta, или Импульс, или любой другой марки для бурения в грунте скважин заданного диаметра на заданную глубину при температуре окружающего воздуха от -40°С до +40°С.

Шнеки, изготовленные Технопарком Импульс, подобрать достаточно просто, т.к. они разбиты на серии, каждая из которых имеет свои ограничения по максимальному крутящему моменту.

Шнеки разных серий имеют свои посадочные размеры, что, в большинстве случаев, позволяет избежать ошибки при установке несоответствующих шнеков на гидровращатели Delta или Импульс.

22- летний опыт производства навесного оборудования и рабочего инструмента к нему дает уверенность в том, что продукция, произведенная ТП Импульс, выполнит все работы, которые от него ожидает заказчик. На момент написания статьи (19.10.2016) реализовано 10 061шт. шнеков собственного производства, это в среднем 140шт./мес.

Успешная история производства шнеков началась с того, что в 2010 году компании Традиция-К и Auger Torque пришли к взаимному соглашению о том, что производство шнеков для рынков РФ и стран СНГ необходимо перенести в Россию, а именно передать компании Традиция-К.

На первом этапе для подготовки к производству был выделен несколько миллионный бюджет. Далее была проведена тщательная подготовка, во время которой прорабатывались все нюансы изготовления этого, на первый взгляд, не сложного изделия. В процессе настройки станочных линий проводилось обучение рабочих.

Для того что бы передать свой тридцатилетний опыт из Англии приехали рабочие и конструкторы Auger Torque, а так же хозяин компании Алистер Райнер.

В результате многодневного обучения были переданы все технологии и секреты производства шнеков Auger Torque. В процессе обучения и производства первых шнеков было освоено множество нюансов и фирменных секретов, о которых даже не догадывается кустарный производитель.

Производятся шнеки поэтапно на нескольких производственных площадках, входящих в единую сеть. Металл и трубы для оснований приходят на склад. После разгрузки и сортировки материал сразу попадает (ни тени сомнения!) в производственный процесс.

Почему нет ничего сколько-нибудь интересного об этапе «хранение»?

Потому что производство шнеков и удлинителей – процесс непрерывный, зачастую круглосуточный. Как только запущен техпроцесс, начинается изготовление комплектующих шнека. По мере изготовления они перемещаются на участок производственной комплектации: основание, реборды, режущая кромка, держатели зубьев, сами зубья, пилот/забурник и хаб.

Когда комплект собран, его перемещают на сборку, где, используя редуктор, полуавтоматом сваривают комплектующие в изделие – почти готовый шнек.

Чтобы избежать даже минимальных отклонений, мы используем лазерный контроль во время сборки и непосредственно перед выходом со сборочного цеха.

Заготовка шнека собрана и направлена на дробемет, который подает дробь до 1000кг/мин. За счет направленного потока абразива будущий шнек очищается от окалины. Далее производится чистовая мехобработка и обратно в дробемет для подготовки поверхности к покраске. В малярной камере производится окраска шнека и сушка. Теперь он надежно защищен от коррозии.

До того, чтобы это изделие окончательно стало шнеком, осталось две операции – установка режущих элементов и финальный контроль качества. Установка зубьев и пилота-забурника – самое простое, что происходит в производстве шнека, т.к. установка режущих элементов невероятно легкая за счет запатентованной системы крепления, и это очень ценят наши заказчики: замена изношенных элементов на новые производится «в полях» быстро без каких-либо спец. приспособлений. Полностью собранному шнеку при прохождении через ОТК присваивается индивидуальный серийный номер и «выдается» собственный паспорт, который одновременно является и инструкцией по использованию.

Всё, шнек готов и перемещен на склад готовой продукции в ожидании трудной работы.

Эпилог

Опыт, качество, технологии – путь к успеху.

Кустарный шнек не просто уменьшает производительность бурения или имеет меньший ресурс. Всё не так безобидно. В результате использования неверных геометрических параметров забурника на вал гидровращателя передаются как избыточный момент сопротивления, так и разрушительные для зубчатых элементов планетарного механизма вибрации. В результате механизм планетарного редуктора перегревается, а зубья шестерён преждевременно изнашиваются. Также это дополнительный расход топлива экскаватора и нагрузка на гидросистему.

На обывательском уровне шнек можно сравнить с победитовым сверлом. Фирменное сверло и перфоратор загонит в бетон, как в масло, за секунды. И если его не перегревать, то послужит оно верой и правдой.

А можно купить сверло на рынке подешевле. Выглядят почти одинаково, но через пару отверстий его можно просто выкинуть. Забурник перегрелся, затупился и вместо сантиметров в бетоне вы, обливаясь потом, стоите на месте и вспоминаете пословицу «скупой платит дважды».

С неоригинальным шнеком это может быть и трижды, и похуже в случае выхода из строя гидровращателя.

Это то, почему мы не только не рекомендуем использовать кустарные шнеки, но и снимаем гидробур с гарантии в этом случае. И, уверяю вас, это не просто желание продавать только собственный продукт. Это опыт и здравый смысл.

Ссылка на основную публикацию