Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

Одним из наиболее производительных и экономичных методов формирования рудников является керновое бурение. Применяется в геологоразведке и инженерной геологии. К тому же это самый простой и быстрый способ доступа к подземным водам для организации водоснабжения.

Все о специфике коринга, инструменте, необходимом для его реализации, и особенностях его применения, вы узнаете из нашей статьи.

Прицел для отбора керна

Колонковое бурение – метод, позволяющий наиболее точно определить глубину верхнего и нижнего слоев почвы, а также отметку глубины уровня грунтовых вод.

Технология колонкового бурения широко применяется в следующих отраслях:

• Промышленное и частное водоснабжение. Бурение скважин для частного водоснабжения, организация водозабора целых поселков или городских кварталов эффективно осуществляется колонковым бурением за счет того, что бур легко проникает на большие глубины. Активный снаряд способен поднимать практически все разрушенные породы, за исключением водонасыщенных и рыхлых несвязных грунтов (пески, гравий, галька);
• Строительство. Проведение инженерно-геологических изысканий для изучения физико-механических свойств грунтов, состояния горных пород. Колонная технология позволяет с высокой точностью идентифицировать УГВ и брать пробы воды для изучения ее агрессивности по отношению к бетону.
• Геологоразведочные работы в горнодобывающей промышленности. При прохождении скалы на земле возникает точечный эффект по радиусу вращения. Другими словами, снаряд, конструктивно похожий на трубу, пробивает всю горную массу, не нарушая ее структуру и условия.

Во время отбора керна извлекается керн – столб грунта или прилегающие слои грунта. Ядро характеризуется твердой естественной структурой, что позволяет провести полный анализ исследуемой породы. Бурение колонковой трубой позволяет определить глубину пласта с максимальной точностью для целей исследования.

Бурение скважин гарантирует целостность извлекаемого керна, что способствует изучению качества породы. При этом проводится качественное очищение лица от разрушенной породы

Использование корончатого сверла в строительстве значительно облегчает и ускоряет процессы. Сваю легко вставляют в подготовленное отверстие при помощи корончатого сверла или монтируют уже готовую железобетонную конструкцию. Корончатое сверление позволяет создавать цилиндрические отверстия в кирпичных и бетонных конструкциях.

Технологии и рабочее оборудование

Известны два метода использования корончатого сверла: работа с подачей жидкости на забой или сухой, то есть без бурового раствора.

Бурение без применения бурового раствора применяют, если связные грунты насыщены естественной влагой в количестве, достаточном для проникновения и восстановления. Кроме того, вода не поступает в шахту при проезде жидких пластмассовых глин / глин, мягких и твердых пластмасс, твердых песчаных глин и пластмасс.

Жидкость необходимо использовать при бурении каменистых и полускальных пород. При отсутствии воды в этом случае углубление происходит намного медленнее. Кроме того, значительно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя наконечника, поэтому сухое бурение считается более дорогостоящим.

Технология отбора керна с промывкой позволяет не только продлить срок эксплуатации рабочего оборудования, но и максимально быстро и наименее трудоемко очистить дно от разрушенной породы

При бурении буровым раствором глубина проникновения значительно увеличивается. Чаще всего этот метод используется при бурении скважин значительной глубины. Это позволяет выполнить работу в кратчайшие сроки с минимальным риском повреждения коронки.

Вода также подается под высоким давлением в забой скважины при разработке скважины в рыхлых связных грунтах, если отбор керна не является задачей. В этом случае поток воды просто смывается со дна, освобождая ствол шахты от разрушенного грунта.

Принцип столбчатой ​​техники

Основным элементом колонкового бурения является разрушающая режущая часть, устанавливаемая на днище колонкового ствола. Они называют это короной. Для сверления породы используются специальные коронки, оснащенные алмазными фрезами.

В коронках вырезаны сменные элементы, которые прикручиваются к нижнему краю колонкового ствола. В процессе сверления их нужно менять несколько раз

именно алмазное кольцо гарантирует почти беспрепятственный проход сверла на большую глубину при проведении водозаборных работ в известняке. То есть при развитии заглубленных в коренные породы скважин, в трещинах которых за счет многовековой конденсации образовались чистейшие запасы подземных вод.

Сверла заменяются самым простым способом: снимается изношенная часть и на центральную трубу навинчивается новое сверло

Порода вырезается высокоскоростным вращающимся сверлом. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности вынутого грунта. Коронка «прорезает» почву только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого вдавлена ​​в центральную трубку.

Для извлечения керна сверло поднимается на поверхность. Захваченный им грунт буквально выбрасывается из корончатого сверла потоком воздуха, подаваемым в верхнюю часть трубы. Процесс продувки ускоряется при касании пули кувалдой.

Во время колонкового бурения перфорированный конусообразный сегмент породы проталкивается в центральную трубу. Для его извлечения колонковый ствол извлекается из скважины путем демонтажа бурильной колонны. Керн выскочил и выбил из трубы

Корончатые сверла имеют более высокую производительность при проходке по твердой породе, чем матричные и конические роликовые сверла. Это связано с высокой скоростью вращения сверла, что снижает количество усилий, прилагаемых к проявлению.

К тому же осколки полностью разрушают камень, который придется «подобрать» вором или закачать водой, чтобы промыть дно. Фактически вам придется пройти один и тот же отрезок дважды, а то и трижды: сначала уничтожить, затем стереть. Колонная технология позволяет переключаться и очищать лицо за один раз.

Станки и сверлильные станки

Выбор буровой или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность метода колонкового бурения определяет производство буровых установок и буровых установок по всему миру. Тяжелые тягачи, грузовики и квадроциклы подходят для поисковых буровых установок.

Использование тяжелых гусеничных тракторов позволяет проводить колонковое бурение скважин на участках с непроходимыми дорогами, поверхностным подтоплением и неустойчивыми грунтами

Чаще всего буровое оборудование устанавливается на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако существуют варианты установки более легкого оборудования, применяемого для бурения водяных скважин в частном строительстве.

При ручном роторном сверлении центральная труба заменяется ее исторической предшественницей – стеклянной. Эта оболочка представляет собой укороченную версию центральной трубы с острой кромкой на подошве. Стекло вкручивается в землю вручную или с помощью дрели, и все, что в него втиснуто, удаляется на поверхность.

Бензиновые и электрические двигатели используются для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования ям под установку ограждений и опор ЛЭП. Они сообщают вращательные движения улитке или центральной трубе

Оборудование для бурения и строительства скважин

При реализации колонкового бурения требуется оборудование, позволяющее работать в глубину, разрабатывать и извлекать самые разные породы. При производстве работы необходимо обеспечить периодическое увеличение поверхности разрушаемого пулей материала.

Стандартный набор бурового инструмента

Для качественного выполнения работ необходимо:

• Столбчатые оболочки. Они используются как для горизонтального сверления, так и для привода вертикальной обработки. Бурение под углами до 45 градусов возможно с использованием стандартных колонковых труб. Тонкостенные колонковые оболочки можно использовать только при горизонтальном бестраншейном бурении при прокладке коммуникаций.
• Зубила. Их используют для заглубления отверстия в самых трудных для прохождения корончатого сверла точках. При использовании дрелей иногда переходят с роторного на ударное.
• Штанги. Это плотно скрученные друг с другом трубочки. Используется для удлинения бурильной колонны. Проще говоря, они поочередно прикручиваются к верхней части центральной трубы, чтобы вращательное движение могло передаваться на нее на глубине, превышающей высоту снаряда. Высота центральной трубы + высота бурильной колонны = глубина выемки.
• Субтитры. Необходимо обеспечить стыковку резьбовых соединений разного диаметра, присутствующих на буровых штангах, ротаторы, промыть уплотнения и другие аксессуары.
• Трубы стальные обсадные. Необходимый для обсадной колонны технологический процесс – формирование скважины, производимой одновременно с ее углублением. Их диаметр равен диаметру отверстия. Кожух для водозабора подбирается заранее, ориентируясь на диаметр центральной трубы и насоса, который предполагается эксплуатировать в скважине.
• Промывочные пробки и прокладки. С их помощью можно поднять разрушенный грунт на поверхность, если нет необходимости брать целую пробу моркови. В этом случае на дно подается вода, омывающая разрушенный грунт под давлением на дневную поверхность.
• Короны. Это инструмент для раскалывания горных пород, оснащенный колонковым стволом для облегчения колонкового бурения в породе. Для бурения связных и несвязных осадочных грунтов используются латунные наконечники. Для бурения горных пород, формирования отверстий в бетоне, асфальте, кирпичных стенах производятся твердосплавные сверла с алмазными фрезами.

Представленный инструмент является стандартным набором для сверления по базовой технологии. В некоторых случаях, в зависимости от сложности разработки, могут потребоваться дополнительные инструменты и оборудование.

По мере углубления котлована ряд буровых штанг последовательно ввинчивается в верхнюю часть центральной трубы. Для вывода центральной пули на поверхность штангу откручивают от штанги

Особенности конструкции колонкового ствола

Конструктивная особенность пуля во время отбора керна обусловлен максимальным сохранением целостности керна и состоит из кольцевого расположения вокруг свободного прохода. Одна из важнейших характеристик – коэффициент керн. он определяется как отношение диаметра стержня к внешнему диаметру инструмента.

Инструмент для корончатого сверления стандартизован, отличается в основном только диаметром. По конструктивным характеристикам центральные трубы делятся на одинарные и двойные. Разработанные для работы в нормальных геологических условиях, одиночные корпуса отлично подходят для разработки водяных скважин.

Двойной инструмент с невращающейся камерой используется только в разведке. Необходимо извлекать образцы горных пород, которые легко разрушаются под действием множества факторов. Он позволяет отбирать образец естественного состава с естественным процентным содержанием минералов и пустой породы.

При отборе проб для инженерно-геологических изысканий, при геологоразведке и бурении скважин под установку опор ЛЭП применяется однополюсная труба

Все колонковые трубы предназначены для продувки, бурения и промывки скважин. Их верхняя часть снабжена технологическим отверстием, через которое нагнетается вода или струя воздуха.

Специфика режущей части пули

Любая коронка представлена ​​в виде кольца с верхней резьбой, необходимой для привинчивания к центральной трубке, и резцами, расположенными на нижнем конце. К этой острой металлической детали резцы бывают сплошные или привариваются.

Для отбора керна используются следующие насадки:

• Карбид – резак, ребристый.
• Алмаз – пропитанный е прекрасный алмаз.

Режущие элементы из твердого сплава предназначены для бурения «мягких» грунтов. С их помощью проводится бурение всех видов глинистых пород любой консистенции, полускальных пород, маловлажных и влажных песков плотного состава и средней плотности. Для бурения песчаника и мергеля используются вольфрам-кобальтовые долота.

Маленький размер сверла предназначены для бурения горных пород малой и средней твердости абразивность… Они оснащены восьмиугольными или квадратными фрезами. Когда резцы находятся на разной высоте, также получается нижняя ступенька, преимущества которой описаны выше.

С помощью ребристых коронок улучшается циркуляция бурового раствора за счет увеличения диаметра скважины

Ребристый сверла предназначены для бурения пород средней твердости абразивность… Резцы таких коронок изготавливаются из цилиндрической или призматической стали личный с твердосплавной вставкой. При этом даже при износе жала эффективность его работы не снижается.

Буровые коронки с алмазными наконечниками предназначены для бурения высоких горных пород и полускальных пород абразивность.

Для увеличения прочности и улучшения абразивных свойств технические алмазы вдавливаются в расплавленную массу в процессе производства. В последнее время натуральные кристаллы часто меняют на искусственно выращенные

Количество ребер определяется конструкцией короны и ее диаметром – их может быть от трех до шести. Ускорение процесса разрушения горной породы может быть достигнуто перемещением ребер вверх относительно конца венца. Таким образом создается ступенчатое дно и облегчается прохождение бурового раствора.

Обсадные трубы для скважин

Стальные трубы как активной зоны, так и обсадной колонны изготавливаются по ГОСТ 51682-2000. В геологоразведке и инженерной геологии они используются для предотвращения обрушения грунта на дно, что не позволило бы понять, на какой глубине один геологический слой сменяется другим.

При устройстве водозаборных сооружений обсадные трубы образуют стенки колодца. Другой, производственный, колонна труб погружается в собранную из них обсадную колонну. В наше время его чаще всего собирают из пластика. Производственная колонна оснащена фильтром, задерживающим песчинки и мелкий гравий во время откачки.

Самыми популярными являются вкладыши с ниппельным соединением. В этом случае трубы имеют внутреннюю резьбу с одной стороны и внешнюю резьбу с другой. Обрабатывающий вал из трубок с резьбой собирается чрезвычайно просто и быстро.

Как сердцевина, так и оболочка снабжены резьбой, от одного конца к внешней стороне, от другого к внутренней стороне. Это позволяет быстро и легко собрать корпус. Размеры резьбы унифицированы: центральной трубкой может выступать любая трубка кожуха, достаточно прикрутить к ней заводную головку и верх

Есть обсадные трубы, предназначенные для сварных соединений. В частном секторе они не используются из-за кропотливого процесса сборки колонны.

И кожух, и центральные трубы изготовлены из стали марки 45 с группой прочности «К». Для увеличения сопротивления поверхностному износу концы трубок закалены. В зависимости от используемого бурового оборудования и диаметра погружного насоса в частном водозаборе используются трубы диаметром от 100 до 200 мм.

Этапы отбора керна

Перед началом работ необходимо изучить кадастровый план и подготовить план работ. Необходимо обеспечить беспрепятственный доступ к буровой как самой буровой установке, так и машине с промывочной жидкостью.

Следующим шагом будет выкопать яму объемом не менее 2 кубометров – это избавит от необходимости использовать дополнительную емкость. Яма предназначена для отвода грунтовых вод и отработанной промывочной жидкости. Чтобы установить основную часть ствола, нужно просверлить землю.

После этого выбранный наконечник соединяется с бурильной трубой и выбирается обсадная труба, которая будет расти по мере погружения. Буровая установка должна быть надежно закреплена, после чего буровая платформа запускается.

Колонная технология с промывкой забоя водой позволяет наиболее простым и эффективным способом очистить колодец от разрушенной породы

По мере того, как колонковое бурение углубляется и заполняется, оно периодически поднимается на дневную поверхность и очищается от почвы, захваченной инструментом во время бурения. После этого сверло, освобожденное от керна, можно снова погрузить в скважину для продолжения бурения.

Для подъема колонны бурильных труб, состоящей из колонкового бурения и штанг, ее разбирают. То есть стержень последовательно отделяется от стержня до тех пор, пока центральная трубка не будет удалена из ствола.

Лучшим вариантом разработки колодца для частников считается керновая керна с промывкой. В этом случае брать пробы не нужно. Главное – быстро сформировать котлован и очистить его от шлама, пока рудник подготовлен к предстоящей операции.

Для умывания можно использовать любую воду, вполне подойдет из ближайшего водоема или реки. Сухое бурение можно проводить и при разработке песчаного карьера. Обычно в этом случае достаточно пары ведер воды в качестве бурового раствора, просто чтобы охладить скважину.

Базовая технология используется для сверления отверстий в бетонных и железобетонных конструкциях, фундаментах и ​​кирпичных стенах

При работе в рыхлых песках с низкой влажностью рекомендуется добавить в рабочий раствор стакан воды или глиняную массу для укрепления стенок лунки. В любом случае, когда буровая установка пересекает горизонт с неустойчивой конструкцией, будет оправдано усиление стенок колодца обсадными трубами.

Технологические характеристики процесса

В процессе заглубления можно регулировать скорость вращения сверла. Следует отметить, что бур легко преодолевает пласты осадочных пород на малых скоростях. Но при прохождении коренных пород требуется увеличение частоты вращения. Методом керна возможно бурение пластов различного состава и любой твердости.

при этом необходимо учитывать, что буровую платформу необходимо размещать на подготовленной и выровненной горизонтальной площадке. Угол проникновения можно регулировать, если диаметр развивающейся скважины не превышает 1 метра. При этом вертикальность обработки поддерживается кожухом.

Обсадные трубы можно использовать повторно, если их удалить из туннеля сразу после бурения. Центральная трубка представляет собой пулю многоразового использования, чего нельзя сказать о коронках. Для бурения осадочного горизонта требуется как минимум два, а то и больше. При бурении скважины в известняке невозможно точно спрогнозировать количество изношенных долот.

Чтобы продлить срок службы алмазного наконечника после его установки или замены, дно отверстия необходимо расточить. Эта мера значительно увеличит скорость проходки

Буровая установка может быть установлена ​​на автомобили с большой грузоподъемностью или на гусеничном ходу специальное оборудование при работе в сложной местности. Более легкая мобильная техника может быть использована при бурении водяных скважин колонковым методом.

Преимущества и недостатки столбчатого метода

Благодаря точному действию коронки по радиусу, цельная сердцевина аккуратно вырезается и выводится на поверхность. Технология применима для бурения горных пород до XII категорий можно работать как перпендикулярно, так и под углом.

Одним из важнейших показателей базового метода является высокая производительность и скорость бурения.

Кроме того, можно выделить следующие преимущества:

• Объем перфорации при использовании промывочной жидкости или технической воды составляет 85%;
• При использовании сборной мобильной машины есть возможность проводить работы в труднодоступных местах.
• За счет снижения осевых нагрузок за счет того, что порода не разрушается непрерывно, достигается снижение затрат энергии.
• Метод позволяет работать с любыми породами, в том числе с базальтом и гранитом.
• Введение в рабочий раствор активных эмульсий позволяет сохранить стенки колодца в первоначальном состоянии;

Помимо достоинств, у керна есть и недостатки:

• При работе с трещиноватыми породами часто возникает заклинивание керна, что приводит к необходимости вытаскивать трубу для ее очистки.
• Небольшое сечение (до 200 мм) сверления не позволяет применять мощные подводная лодка насосы.
• При пересечении твердых пород из-за перегрева и прилипания корона быстро тускнеет. Чтобы этого не произошло, необходимо использовать охлаждающую жидкость и снизить скорость движения вперед. В результате скорость бурения снижается.

При разработке колодцев на воду в случае использования глинистого раствора при вскрытии водоема велика вероятность захоронения грунтовых вод.

Выводы и полезные видео по теме

Видео 1. Начальный этап отбора керна:

Видео 2. Проходка в гранитной породе:

Началу работ по колонковому бурению скважины должен предшествовать экономический расчет. Соблюдение норм безопасности и правил эксплуатации оборудования сводит к минимуму риск выхода оборудования из строя, тем самым обеспечивая высокую эффективность, скорость бурения и снижение экономических затрат.

Хотите поделиться тонкостями колонной технологии, известной только вам? У вас есть полезная информация по теме статьи? Пишите свои комментарии в форме блока ниже, задавайте вопросы и размещайте фото по теме статьи.