Все о колонковом бурении. Что такое колонковое бурение.

Этот метод можно применять для всех типов горных пород на глубине до 1 000 метров, поднимая слои породы через равные промежутки времени.

Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

Корончатое бурение — один из самых продуктивных и экономичных методов выемки грунта. Оно используется в геологоразведке и геотехническом строительстве. Это также самый простой и быстрый метод отбора подземных вод для водоснабжения.

В этой статье вы узнаете все о специфике колонкового бурения, инструментах, необходимых для его использования, и особенностях его применения.

Сфера применения колонкового бурения

Колонковое бурение — это метод, позволяющий с максимально возможной точностью определить глубину залегания верхнего и нижнего слоев почвы и точку залегания подземного водоносного горизонта.

Метод колонкового бурения широко используется в этих отраслях:

• Водоснабжение в промышленной и частной сфере. Бурение скважин для частного водоснабжения, организация водозабора целых поселков или городских кварталов эффективно выполняется колонковым бурением благодаря тому, что бур легко проникает на большие глубины. Колонковый снаряд способен поднять практически любую разрушенную породу кроме водонасыщенных и рыхлых несвязных грунтов (песков, гравия, гальки);
• Геологоразведка в горнодобывающей промышленности. При проходе горной породы происходит точечное воздействие на грунт по радиусу вращения. Другими словами, снарядом, конструктивно напоминающим трубу, выбуривается цельный массив горных пород без нарушения их структуры и состояния.
• Строительство. Проведение инженерно-геологических исследований для изучения физико-механических свойств грунтов, состояния пород. Колонковая технология предоставляет возможность с высокой точностью выявить УГВ и отобрать пробы воды для изучения их агрессивности по отношению к бетону.

Керновое бурение предполагает взятие керна — столбика почвы или смежных слоев почвы. Керн характеризуется комплексной физической структурой, которая обеспечивает всесторонний анализ исследуемой породы. Керновое бурение позволяет максимально точно определить глубину залегания породы для проведения испытаний.

Бурение керна обеспечивает целостность взятого керна, что облегчает исследование высококачественной породы. В то же время оно обеспечивает наилучшую очистку скважины от поврежденной породы.

Использование колонкового бура в строительстве значительно упрощает и ускоряет процесс. В подготовленное с помощью колонкового бура отверстие можно легко вставить сваю или возвести сборную железобетонную конструкцию. Корончатое сверление позволяет создавать цилиндрические отверстия в кирпичных и бетонных конструкциях.

Технология проведения работ и оборудование

Известны два способа использования колонкового бура: работа с подачей жидкости на дно отверстия или работа без промывки, т.е. без бурового раствора.

Бурение без промывки используется, когда неконсолидированные грунты насыщены естественной влагой в количестве, достаточном для проникновения и извлечения. Вода также не закачивается в ствол скважины при бурении через жидкости, мягкие пластичные и твердые пластичные глины/глины, твердые и пластичные песчаные глины.

Жидкость обязательна при бурении в скальных и полускальных породах. При отсутствии воды проходка происходит гораздо медленнее. Кроме того, значительно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя колонкового бура, поэтому сухое бурение считается более экономичным.

Метод бурения с промывкой не только продлевает срок службы оборудования, но и является самым быстрым и наименее трудоемким методом отрыва забоя от поврежденной породы.

Бурение заподлицо значительно увеличивает глубину проходки. Этот метод чаще всего используется для бурения на большую глубину. Таким образом, работа может быть выполнена в кратчайшие сроки, с минимальным риском повреждения бурового долота.

В рыхлых, несвязных почвах при невозможности колонкового бурения на дно скважины подается вода под высоким давлением. В этом случае струя воды просто вымывает дно скважины и освобождает ствол от разрушенного грунта.

Принцип колонковой методики

Ключевым элементом колонкового бурения является режущий инструмент, который крепится к нижней части колонкового ствола. Он называется корончатым сверлом. Для бурения в толщах горных пород используются специальные корончатые сверла с алмазными режущими инструментами.

Наконечники представляют собой сменные режущие элементы, которые ввинчиваются в дно колонкового ствола. Их необходимо менять несколько раз в процессе бурения.

Только алмазная режущая кромка позволяет коронке практически беспрепятственно проникать на большую глубину при бурении в известняке. Другими словами, при разработке скважин, погруженных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации образовались чистейшие запасы подземных вод.

Замена буровых коронок производится самым простым способом — изношенная деталь удаляется, а новая вкручивается в керноприемный ствол.

Горная порода разрезается вращающимся на высокой скорости буром. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности извлекаемого материала. Кернорез «режет» почву только по краю специального цилиндра, средняя часть которого вдавливается в керноприемный ствол.

Чтобы извлечь керн, кернорез поднимают на поверхность. Грунт буквально выталкивается из керноотборника струей воздуха, подаваемой на верхний конец трубы. Выталкивание ускоряется ударами кувалды по буровому долоту.

Технология бурения скважин колонковым способом

Керновое бурение — это один из методов, при котором в породе делается равномерный разрез с помощью острых ножей в специальной трубе. Он отличается от обычного бурения тем, что используется специальный бур с ребристыми краями, который режет только края породы, сохраняя внутренние и внешние края целыми. Этот метод колонкового бурения также является быстрым методом, во много раз быстрее, чем классический метод с его разрушительным воздействием на окружающую породу. Полученный керн затем удаляется. Это один из самых эффективных методов определения состава твердых пород в данной местности.

• Вольфрамитовые коронки;
• Алмазные коронки;
• Стальные коронки.

Ниже приведены преимущества отбора керна для бурения нефтяных и других скважин:

• В процессе создания нефтяных и других типов скважин сохраняется целостность керна и боковых зон породы. В дальнейшем ее можно извлекать для научного исследования;
• Создание нефтяных и других скважин может проводиться под различным углом, независимо от уровня твердости породы и ее физического состава. Для более плотных участков используется подмывание водой или раствором из глины;
• Технология подразумевает наличие глубоких, но небольших в диаметре скважин;
• Относительная доступность данного способа, а также легкий вес основной конструкции для создания нефтяных скважин.

Технология колонкового бурения скважин

Технология этого метода предполагает использование различных видов оборудования. Разница заключается в возможной мощности и типе подвижного органа. Например, мобильный краулер с установленной системой выгоден на участках с мягкими породами.

Важно помнить, что бурение нефтяных скважин должно осуществляться на высоких оборотах машины, так как сама коронка может быстро износиться. Таким образом, можно эффективно бурить глубокие скважины.

Промывка самой буровой коронки, которая предотвращает ее нагрев, осуществляется водой или глинистым раствором. Обычно для хранения промывочной жидкости рядом с самим буровым долотом и насосом имеется отдельный небольшой резервуар.

В данном случае техника осуществляется с помощью бурового керна, долота и бурильной трубы, которая проходит через весь участок породы. Механизм бурового раствора системы приводится в действие разрывным устройством на поверхности.

Для колонкового бурения требуется определенное оборудование:

1. Снаряды колонковые. Они существуют двух основных типов: с тонкими простенками и стандартные. Первые применяются для горизонтального бурения любых типов пород, в то время как вторые – для вертикального и незначительного уклона при горизонтальном создании скважин.
2. Колонковое бурение подразумевает наличие обсадной трубы, диаметр которой определяется габаритами самой коронки. Она эксплуатируется для сохранности боковых простенков.
3. Сальники, что используются для промывки всего механизма бурения.
4. Технология бурения твердых или рыхлых пород часто не обходится без наличия коронок с алмазными наконечниками.

Керновое бурение начинается с обустройства буровой площадки. Для этого устанавливается насосная установка, которая выполняет этап создания нефтяных скважин или скважин другого типа. Более рациональным является создание рядом с платформой просачивания подходящей ямы для закачки просачивающейся воды. Этот метод позволяет избежать использования дополнительного резервуара для воды или глинистого раствора.

В процессе бурения может потребоваться замена колонкового бура. Для этого снимается труба и быстро устанавливается новая установка для колонкового бурения. Дополнительная подвеска может потребоваться, если корончатый бур заполняет всю бурильную трубу (специальное уплотнение). В этом случае его также извлекают и используют для определения глубины бурения.

Обсадка нефтяных скважин может производиться либо водой, либо специальным глинистым раствором, о котором говорилось выше. В некоторых случаях также может использоваться воздух под высоким давлением. Однако это актуально только в том случае, если сама порода не содержит воды на какой-либо глубине. Использование метода глиняного раствора целесообразно для пород с мягкой структурой и риском преждевременного разрушения.

Можно использовать и другой вид армирования — трубные рубашки. О них также упоминалось ранее. Факт, что существуют очень мягкие породы и участки на большой глубине, которые были размыты текущей водой. Чтобы избежать риска обрушения, используются стальные трубы (или трубы из других материалов, обладающих механическими и химически стойкими свойствами). При бурении на нефть используется одна из описанных выше технологий в зависимости от геологических требований.

Описание технологии

Чаще всего эта технология используется для разведочного бурения. Обычно для этих целей используется буровая установка на обычном автомобиле. Однако для работы в труднопроходимой местности может использоваться и специальное оборудование. Это гусеничные машины и специальные системы, предназначенные только для бурения. Корончатый бур используется на высокой скорости от начала и до конца процедуры. Это приводит к быстрому износу корончатого сверла. Однако скорость можно регулировать в зависимости от твердости породы.

При таком типе бурения всегда необходима промывка. Для этого в буровой установке используется обычная вода или специальные растворы, которые защищают буровой материал от разрушения породы и осадков. Алмазная буровая установка бурит непрерывно только по краю, так что внутренняя порода входит в скважину и выходит наверху. Эта техника требует, чтобы все используемые инструменты были выровнены с ориентацией создаваемой скважины.

Буровая установка для этого типа бурения может работать в высокопрочных пластах. В таких условиях он даже более производителен, чем обычный матричный или цилиндрический конусный бур, поскольку для бурения чистых отверстий в грунте требуется меньше усилий. Используются специально разработанные инструменты из карбида вольфрама. Инструменты для алмазного колонкового бурения нуждаются в замене или капитальном ремонте, когда они теряют свои свойства и больше не могут эффективно использоваться.

Прежде чем использовать новый резец в бурении, его необходимо обработать. А иногда режущее кольцо, которым оснащены режущие кромки, просто необходимо заменить, чтобы восстановить работоспособность режущей кромки. Когда механизмы колонкового бура сделают свою работу, для завершения процесса бурения используются шнеки.

Оборудование

Для колонкового бурения необходимо различное оборудование.

• Колонковый снаряд. Он может быть двух типов: с тонкими стенками и стандартный. Обычные используются для работ вверх-вниз по горизонту и для бурения горизонтального типа под углом до 45 градусов. А модели с тонкими стенками применяются только для горизонтального бурения.
• Алмазные коронки. Это приспособление для разрушения породы, которым комплектуется установка для бурения колонкового типа.
• Обсадные трубы, что выполнены из стали, а также штанги. Эти элементы нужны для создания прочной поверхности внутри скважины.
• Переходники. Их предназначение – стыковка резьбовых соединений на комплектующих, сальниках промывки, вращателях и буровых штангах.
• Сальники промывки. Они нужны для подъема керна из скважины.
• Колонковые долота используются, чтобы углубить отверстие скважины.

Этапы бурения

Корончатое бурение осуществляется с промывкой или без промывки шлама. В первом варианте к оборудованию добавляется насос высокого давления, что несколько усложняет процесс, но значительно повышает его эффективность.

Теперь рассмотрим общую форму скважины.

• Подготовительные работы на месте, где будет размещаться станок. Выбранную территорию следует очистить от всего лишнего, что может мешать проведению работ – мусора и посторонних предметов. А также участок следует максимально разровнять.
• Прохождение шурфа для раствора и отведения жидкостного потока. Яму следует расположить рядом с будущей скважиной. Ее глубина должна быть более 2-х метров. Для этих целей можно использовать сварные баки, а также иные емкости.
• Монтаж буровой установки, ее оснастка и сборка. На этом этапе верхнюю трубу закрепляют в станочном вращателе.
• Бурение. Снаряд проходит в землю, совершая вращательное движение, а также благодаря осевому давлению, которое переходит на торец коронки армированного типа. В то же время в забой скважины попадает вода или раствор для промывки.
• Разгрузка приемника для керна. В зависимости от того, какая технология используется, производятся действия либо с вытаскиванием буровой колонны, либо без него. Во втором случае это будет возможно, если оснастка всей установки предполагает применение керноприемника, который можно демонтировать. Извлечение материала из трубы для получения образца производится при помощи легкого постукивания молотком по корпусу цилиндра.
• Возвращение колонны или керноносителя в скважину и возобновление бурения с чередованием действий до достижения глубины выработки, указанной в плане.

Следует добавить, что состав жидкости для выщелачивания может быть различным. Это зависит от характера породы, а также от типа используемой буровой установки. При алмазном бурении используется специальная эмульсия, в других случаях применяется раствор на основе глины.

Если песчаный грунт бурится для укрепления стенок котлована, допускается добавление жидкого стекла в используемый раствор.

Технология колонкового бурения скважин

Корончатый бур является самым важным инструментом для разрушения породы при колонковом бурении. Корончатое бурение является разновидностью вращательного бурения. Скорость вращения колонкового бура можно регулировать в зависимости от условий процесса и возникающих трудностей.

Керновое бурение осуществляется следующим образом:

1. Готовиться участок, на котором будет размещен бур колонковый. Место требуется очистить от мусора, а поверхность тщательно выровнять.
2. Яму располагают около будущего водного источника и выкапывают глубиной не более 200 сантиметров. Это будет проходка шурфа для отвода ресурса.
3. Монтируют буровую установку, собирают инструменты и оснащение. Верхнюю трубу крепят в станочном вращателе.
4. Бурят скважину. При этом благодаря вращению и осевому давлению, буровой снаряд погружается в почву. В это же время на скважинный забой нагнетается жидкость либо промывочный состав.
5. Разгружают керноприемник.

Взятый керн должен быть промыт и помещен в специальный ящик. На каждой колонке должен быть указан интервал бурения, в котором был взят образец.

Заключение

Колонковое бурение — это современный метод строительства гидротехнического сооружения. Перед его проведением необходимо провести экономические расчеты, чтобы повысить эффективность и качество работ.

Эксперты советуют не забывать о мерах предосторожности при работе и уделять пристальное внимание технике

Чтобы продлить срок службы оборудования, слегка измельчите почву перед использованием нового бура.

Какие сверла используются для бурения бетона, асфальта и кирпича?

В этом случае подходят твердосплавные буры с алмазными коронками.

Скорость зависит от плотности и твердости породы. С помощью бура диаметром 16 см мастера могут за одну смену пробурить отверстие глубиной более ста метров в земле.

Характеристика колонкового способа бурения

Эта процедура осуществляется с помощью специального станка для корончатого бурения. Она представляет собой трубу определенной длины и диаметра, на конце которой закреплен корончатый бур. Корончатый бур совершает круговые движения и постепенно проникает в слои почвы. Существует два метода колонкового бурения — сухое бурение и мокрое бурение. Первый используется на участках с водой или на участках с водой, где влаги достаточно для беспрепятственного прохождения бура.

Мокрое колонковое бурение является предпочтительным методом для районов, где преобладает скалистая, неровная местность. Кроме того, мокрое бурение необходимо при бурении в следующих типах почв:

• суглинки;
• глинистые участки;
• супеси.

При работе в сухих почвах нагрузка на бур возрастает. Поэтому существует риск их преждевременного повреждения. Это означает, что буровую коронку необходимо часто менять, что значительно увеличивает затраты. Если же рабочие используют жидкость, то затраты времени значительно сокращаются. Исключается риск износа зубьев и увеличивается глубина бурения.

Регулярно промывая шахту, инженеры могут эффективно удалять обломки породы и шлам. Если на участке преобладают твердые породы, выбирается специальное буровое долото. Оно оснащено алмазными режущими кромками, которые обладают высокой твердостью и выдерживают большие нагрузки. Они особенно эффективны при бурении в известняковых пластах, где присутствует артезианская вода.

Независимо от плотности породы, алмазные зубья легко проникают в нее и быстро достигают нужной глубины. Корончатый бур быстро преодолевает различные препятствия и позволяет создавать гидравлические системы любого размера. Если вы выберете этот метод, то сможете обеспечить свою хижину водой в течение нескольких дней.

Технологические особенности процесса колонкового бурения

Буровая установка, благодаря которой возможно колонковое бурение, устанавливается на различное оборудование, такое как:

• трактор;
• грузовой автотранспорт;
• вездеход.

Эти транспортные средства позволяют транспортировать машину на место реализации проекта и обеспечивают мобильность. Кроме того, в методе колонкового бурения e используются следующие элементы.

• колонкового снаряда;
• коронок;
• металлический обсадной трубопровод;
• штанги;
• переходники;
• промывочные пробки;
• долота;
• сальники.

Вышеперечисленные изделия позволяют бурить скважины нужной длины и диаметра. Метод колонкового бурения позволяет подойти к артезианским бассейнам в известковых породах и организовать забор воды. После завершения буровых работ устанавливается керноприемная труба для предотвращения обрушения стенок сооружения и загрязнения источника воды.

Чтобы предотвратить преждевременное разрушение края коронки, необходимо обеспечить непрерывную подачу воды. Жидкость в виде цементного раствора облегчает проникновение бура и обеспечивает экономичную работу устройства. В настоящее время на рынке представлены два типа буров:

• из твердосплавных металлов;
• алмазный.

Один используется для проникновения в мягкие слои почвы, другой — для работы в особо твердых, скалистых породах. Особенностью алмазных зубьев является их износостойкость и долговечность. С такими зубьями можно обрабатывать любой тип почвы, не беспокоясь о ее прочности. Это связано с тем, что не каждый заказчик может позволить себе дополнительные расходы на частую замену коронок.

Этапы процесса колонкового бурения

Техника колонкового бурения может быть использована в любом грунте, независимо от того, Москва это или Московская область. Скважина, созданная с помощью этого метода, обеспечит необходимое количество воды для каждой семьи. Однако перед началом процесса колонкового бурения необходимо хорошо подготовиться. Скважину следует бурить по определенной схеме, которая включает в себя следующие этапы:

• ознакомление с кадастровой картой местности;
• определение глубины залегания водоносного горизонта;
• очистка места;
• организация подъезда спецтехники;
• рытье котлована двухметровой глубины;
• пробивка грунта;
• выполнение бурения;
• промывка жидкостью;
• обустройство пробуренного ствола.

Вода, используемая для промывки, также охлаждает перегретое корончатое долото во время интенсивной эксплуатации, тем самым продлевая срок службы изделия. Поэтому наличие решения является необходимым условием для грамотного выполнения данной работы. Метод колонкового бурения идеально подходит для владельцев, которым необходима артезианская скважина. Именно эта технология подходит для создания механических глубоких скважин.

Плюсы и минусы колонкового бурения

Преимущества стержневой технологии включают высокую точность и производительность. Оператор может регулировать скорость вращения бура в зависимости от плотности слоев почвы. Это позволяет максимально ускорить процесс бурения и завершить его за несколько часов. Этот метод также идеально подходит для исследования участка, так как позволяет ученым быстро выявить залежи полезных ископаемых.

Вывод о колонковом бурении

Если вы хотите быстро и эффективно пробурить артезианскую или абиссальную скважину на своем участке, лучше всего выбрать колонковое бурение. Это наиболее эффективный и быстрый метод, позволяющий проникать в слои почвы различной плотности до нужной точки. Если бур встречает породу под поверхностью, скорость может быть увеличена, чтобы пробить породу без повреждения буровой головки.

Технология также привлекает внимание с точки зрения точности. С ее помощью можно бурить отверстия различной глубины и диаметра без малейшего отклонения от проектных параметров. Еще одним преимуществом технологии колонкового сверления является то, что человеческий фактор сведен к минимуму. Работа выполняется механически и без физических усилий. Буровая установка управляется оператором, который задает скорость вращения колонкового сверла и глубину проникновения буровой коронки.

Еще одним важным моментом является мобильность буровой установки, которая позволяет добраться даже до труднодоступных мест. Главное — заранее подготовить проход для спецтехники и убрать все препятствия. При использовании насосного метода бурение даже артезианских источников воды может быть выполнено всего за несколько часов. Это возможно благодаря высокой скорости вращения бура и быстрому проникновению даже в самые плотные слои почвы.