Шнековое бурение скважин: особенности технологии и снаряда для бурения вручную и установкой

Технология и тонкости шнекового бурения скважин

Здесь вы узнаете:

Шнековое бурение скважин отличается высокой скоростью проходки, но такое бурение невозможно осуществить в породах высокой твердости. Применяют такое оборудование: ручные шнековые установки, самоходные легкие и тяжелые, буровые установки СО-2 и ЛБУ.

Что такое шнековое бурение

Суть процесса заключается в разрушении долотом породы, с последующей доставкой ее на поверхность с помощью винта шнека, который вращается с большой частотой. Такой метод используется при наличии породы невысокой твердости и без промывки скважины.

Особенности процесса:

  • При шнековом бурении обеспечивается большая скорость работ без перемалывания и истирания уже отделенной от забоя породы.
  • Забой очищается непрерывно, одновременно с разрушением породы.
  • При отделении от забоя порода поступает на винт-шнек, который вращается с большой скоростью. Возникающие при этом центробежные силы прижимают ее к стенкам, а постоянно движущаяся винтовая лента поднимает породу вверх. При этом часть породы ребордой ленты втирается в стенки.
  • При таком процессе забой хорошо очищается от разрушенной породы. Это обеспечивает большие скорости бурения до IV категории пород по буримости.
  • Большая механическая скорость обеспечивается при прохождении слабых цементированных отложений мелкой гальки и щебня. Связано это с тем, что последние не разрушаются, а выносятся на поверхность целиком.
  • Шнековый транспортёр плохо работает в вязких глинах, налипающих на шнеки и препятствующих транспортировке выбуренной породы.
  • Долото и шнеки охлаждаются за счет их быстрого заглубления в мягкие породы с постоянно изменяющейся температурой.
  • Шнековое бурение можно производить на глубину от 1,5 до 80 метров.
  • Используется такой процесс для проходки поисковых и инженерно-геологических скважин, при гидрогеологических исследованиях в сочетании с другими методами.

Преимущества бурения шнеком в мягких породах:

  • Высокая скорость углубления.
  • Транспортировка породы осуществляется без подъема инструмента, непрерывно.
  • Бурение можно производить без промывки.
  • Сравнительно малая глубина бурения.
  • Вращение тяжелой шнековой колонны требует большей мощности.

В конструкцию инструмента для бурения шнеками входят:

Инструмент для бурения скважин

Совет: Чтобы увеличить ресурс долота его нужно армировать твердосплавными резцами. Диаметр долота должен быть на 15-20 мм больше, чем диаметр шнека, для свободного вращения в скважине колонны шнеков, из-за того, что на ее стенках образуется шламовая корка.

Наибольшей популярностью пользуются двух- и трехлопастные долота. У трехлопастного долота корпус выполнен методом литья из стали с зубчатыми лопастями, имеющими наклон по винтовой линии.

Чем отличаются роторное и шнековое бурение скважин

Не следует путать эти виды бурения. Рабочий орган установки для роторного бурения – тоже металлическая колонна с долотом на конце. Но порода при погружении инструмента не транспортируется наверх автоматически, а вымывается глинистым раствором или выдувается. Различия методов:

  • глубина бурения шнеком – от полутора до 120 метров, самая глубокая роторная скважина – 9 км;
  • условия работы. Поскольку роторная технология задействует раствор, есть ограничения по внешней температуре. Рекомендуемая температура при бурении шнеком – до минус 20. Это популярный способ при бурении зимой, а ротором лучше работать в теплое время;
  • в отношении грунта роторный метод почти универсален, а шнек рекомендован для сухих мягких почв;
  • скорость шнекового бурения получается выше, поскольку можно работать одним инструментом безостановочно. При роторном часто меняют насадки;
  • стоимость роторного бурения выше за счет большей сложности технологии: вымывание, выдувание, монтаж осадочных колец.

Из-за этих различий роторный и шнековый метод применяются в разных ситуациях:

  • роторный – преимущественно при устройстве артезианских скважин, на твердых грунтах, при глубинной разведке;
  • шнековый – при устройстве скважин малой глубины: на воду в районах с неглубоким залеганием водоносного слоя, на мягком грунте, в зимний период; для фундаментов; для инженерно-геологических исследований.

Особенности бурения шнеком

Метод применим при разработке рыхлых и сыпучих грунтовых пород.

Ограничением является наличие глинистых пластичных грунтов, которые налипают на бур и не выдаются на поверхность. Это означает, что процедура теряет свой смысл. Шнековое бурение – технология скоросного бурения, за сутки можно пройти до двух сотен метров.

При производстве работ необходимо учитывать температурный режим. Механическое воздействие на бур приводит к его перегреву, если скорость вращения слишком высока. Есть буры, которые оснащены системой водяного охлаждения. В данном случае предполагается подача охлаждающей жидкости в шурф. Шлам должен заполнять полости, ограниченные спиралью, не более, чем на треть.

Технология вертикальной проходки выработок

Шнек – высокопрочная бурильная труба с навитой спиралью, которая выполняет функцию вертикального винтового транспортёра. Под действием осевой нагрузки рабочая часть бурового снаряда внедряется в породу и разрушает её путём резания и разрыхления. Одновременно шнековым буром производится подача отработанного грунта на спираль шнека.

Под действием центробежных сил разрыхленный грунт поднимаются по лопастям буровой колонны вверх. Подъём происходит благодаря скольжению по спирали, так как трение грунта о шнек меньше, чем о стенки скважины.

Так разрушенная порода доставляется в измельченном состоянии от забоя на поверхность, и выбрасывается через устье скважины. При незатрудненной транспортировке грунт заполняет 30-40% от всего объёма межвиткового пространства.

Параметры шнековой колонны должны обеспечивать быстрый подъём всей массы грунта, разрушенного шнеком. Однако при бурении часть разрыхленного грунта осыпается обратно на забой. Потому при выполнении шнекового бурения и требуется более усиленная прочистка ствола, а по завершении нужна обязательная промывка.

Горизонтально направленное бурение шнеком

При монтаже инженерных коммуникаций различного функционального назначения под препятствиями (автомагистралями, железнодорожными путями, лесными массивами) применяют горизонтально направленное шнековое бурение.

На начальном этапе работ роют два котлована – стартовый (рабочий) и приёмный. Они должны находиться на одном уровне со спроектированной скважиной. После этого в рабочий котлован спускают и монтируют необходимое оборудование.

Такое оборудование имеет большой ход подачи и оснащено износостойкой буровой головкой из высоколегированной стали. На нём также установлен зонд для отслеживания бурения. Получая на монитор сигналы, оператор контролирует ход процесса и может корректировать направление движения, а также угол наклона буровой головки.

Когда шнек входит в приёмный котлован, то есть конечную точку согласно проекту, бур снимают. Вместо него фиксируют расширитель и трубу. После этого запускают вращение лопастей в обратном направлении, чтобы затянуть трубу в готовую скважину. По окончанию бурильных работ из стартового котлована извлекают шнековую установку.

Бестраншейный метод позволяет осуществлять прокладку труб под коммуникации ниже уровня грунтовых вод длиной до 80 м. При этом все сложные работы выполняются без трудоемкой разработки траншей, что даёт возможность минимизировать время исполнения и сократить финансовые затраты.

Применяют горизонтальное шнековое бурения при укладке напорных трубопроводов и монтаже систем связи в зонах, где произвести прокладку другими способами невозможно. Главное преимущество бестраншейной прокладки – экономичность. Кроме того, для поддержки устойчивости готовой выработки нет необходимости использовать бетонит или другие полимеры.

Особенности бурения в разных породах

Базовые технологические параметры бурения скважины – осевая нагрузка и частота вращения винта шнекового транспортёра. При увеличении нагрузки непременно повышается и скорость проходки, что может привести к возникновению разных аварийных ситуаций.

Поэтому обязательно нужно следить, чтобы объём отделяемой в единицу времени шнеком породы не превышал производительности транспортёра. В противном случае на витках образуются пробки.

Как правило, пластичные глинистые породы, пески рыхлые и средней плотности бурят без принудительной подачи осевой нагрузки. Шнековый инструмент внедряется в грунт под своим весом, а также за счёт реактивного усилия, возникающего при подаче отработанной породы к устью цилиндрической выработки.

Осевые нагрузки до 5 кН обычно создают при стартовом забуривании скважины, при бурении в твердых супесях, суглинках, глинах, аргиллитах, алевролитах. Частота вращения колонны при этом не должна превышать 1,7-3,3 с-1.

При более высоких частотах внутри возникают вибрации, из-за которых звенья буровой колонны могут утратить соединения. В итоге буровой снаряд останется на забое, достать его практически невозможно, значит, придется бурить новую выработку. А при малых частотах сильно затрудняется транспортировка отработанного грунта наверх.

С увеличением твёрдости пород осевые нагрузки повышают. Бурение в гравийных и дресвяно-щебнистых грунтах, мёрзлых суглинках, водонасыщенных песках, алевролитах с включением кварца производят с осевой нагрузкой 8-10 кН на долото и частотой вращения колонны 1,3-2,2 с-1.

Галечники и породы с включением валунов шнековым методом не бурят. Эти окатанные обломки скальных пород разрушают долотом и поднимают на дневную поверхность желонкой.

Бурение в песках различной плотности и степени насыщения водой, гравийных и щебенистых отложениях ведут при больших оборотах и одновременно укрепляют стенки выработки обсадными конструкциями.

Чтобы этого избежать, снижают скорость бурения до минимально возможной, расхаживают колонну и добавляют воду в скважину. Также в подобной ситуации помогает периодический подъём бурильного инструмента на поверхность и очистка от налипшего суглинка.

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 шнеками, обычно от 60 мм до 600-800 мм. В некоторых случаях, для неглубоких скважин, используются шнеки диаметром 1500 мм и более.

Преимущества и недостатки шнекового бурения

Среди положительных сторон стоит выделить такие плюсы:

  • Работы выполняются быстро.
  • Стены скважины самопроизвольно закрепляются в ходе выемки грунта на поверхность.
  • Процесс проходит непрерывно.
  • Имеется возможность создавать скважину большой глубины.
  • Для выборки почвы не нужно использовать сторонние разработки.
  • безопасность бурения.
  • Нет необходимости в подаче бурильной жидкости.

Малогабаритная буровая установка для бурения скважин на воду

Но есть и обратная сторона медали – главный минус заключается в ограниченности по части типа грунта. То есть шнековая технология неприменима на участках с очень плотным или вязким грунтом.

Оборудование

Шнековые установки для бурения скважин разделяются на три типа:

  • ручные;
  • легкие передвижные;
  • тяжелые передвижные.

Они предназначаются для разных задач однако работают по одному принципу.

Ручные установки

Основное достоинство таких моделей это легкий вес и компактность. Многие модели оснащаются мотором, что значительно облегчается процесс сверления отверстий в земле.

Основные характеристики ручных моделей:

  • компактность;
  • небольшой вес – максимальная масса установки достигает 200 кг, средняя же весит до 50-80 кг;
  • используются для бурения питьевых скважин, а также других строительных работ.

Благодаря своей компактности, эти малогабаритные установки могут применяться в любых условиях. Также можно вести работы в помещениях, например в подвале.

Легкие самоходные установки

Это более мощные агрегаты, которые устанавливаются на базу грузовых автомобилей. Благодаря этому облегчается их транспортировка. Кроме того, они могут использовать шасси автомобиля в качестве платформы для бурения.

Особенности:

  • вес установок может достигать 1 тонны;
  • легкость передвижения;
  • высокая производительность.

Естественно, такие агрегаты выигрывают ручных, однако это уже промышленное оборудование.

Тяжелые установки

Они также монтируются на базе шасси тяжелого грузового транспорта. Однако в отличие от легких, они представляют собой уже буровой комплекс, т.к. интегрированы с системами автомобиля.

Особенности:

  • управление установкой с автомобиля;
  • возможность бурения скважин больших диаметров и глубин;
  • автономная работа – не требуется подключение дополнительного оборудования.

Таким образом, установки для этого типа бурения довольно широко представлены на строительном рынке. И позволяют выполнять разные типы работ, а также ориентированы на все группы потребителей – от домовладельцев до крупных промышленных предприятий.

Буровые установки ЛБУ

Одна из самых популярных передвижных установок для шнекового бурения это модель ЛБУ 50. Она ставится на шасси таких грузовых машин:

Эти бурильные агрегаты отличаются высокой мощностью и надежностью. Они применяются как для изготовления питьевых скважин, так и для общестроительных и разведывательных работ.

Машина может осуществлять разные типы работ:

  • шнековое бурение;
  • ударно-канатное;
  • с промывкой;
  • с продувкой;
  • колонковое.

Таким образом, она достаточно универсальна и может применяться на различных видах почв. Также, в процессе бурения станками типа лбу, можно устанавливаться обсадные трубы.

Основные характеристики:

  • относится к классу самоходных установок;
  • максимальный диаметр скважины – 850 мм;
  • максимальная глубина проходки – 200 м;
  • глубина бурения шнеками – 50 м.

В базовой комплектации установка оснащена всеми необходимыми элементами для проведения бурильных работ.

Установка СО-2

Это еще одна популярная промышленная модель. Шнековое бурение скважин станками типа со 2 применяется в основном для обустройства свай. Основой для установки служат подъемные краны, либо экскаваторы.

Основные характеристики модели:

  • возможность расширять основание скважины;
  • максимальная глубина бурения – 30 метров;
  • максимальный диаметр – 60 см;
  • тип бурения – шнековый.

Стоимость оборудования

Средняя цена бурильного оборудования может варьироваться от нескольких тысяч рублей до миллионов. Это обусловлено тем, что на рынке представлено множество моделей, ориентированных на разных потребителей.

  • установка ЛБУ-50 – средняя стоимость в зависимости от базы и комплектации варьируется от 3-х до 4-х миллионов рублей;
  • малогабаритные установки значительно дешевле. Например, модель УКБ-12/25 стоит около 200 тысяч, а ПМ-23 в районе 100 тысяч;
  • комплекты для ручного бурения обойдутся еще дешевле – средняя стоимость будет в пределах 20-30 тысяч;
  • простой шнековый бур можно приобрести за 2-3 тысячи.

Среди оборудования, наиболее популярен и разнообразен модельный ряд малогабаритных установок. Поскольку за сравнительно небольшие деньги покупатель получает полноценный бурильный агрегат.

Этапы проведения работ

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

Рабочий процесс включает несколько этапов:

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

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

  • колонну механизма поднимают до такого уровня, чтобы верхняя часть инструмента полностью находилась над поверхностью, а последующая секция возвышалась над ней примерно на 15%;
  • для фиксации конструкции под спираль устанавливают швеллер;
  • металлические крепежные скобы извлекают, бур демонтируют.
Читайте также:  Умывальник для дачи своими руками: обзор лучших конструкций и примеры самоделок

Аналогичным способом в последовательном порядке извлекаются все элементы установки.

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.

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.

Читайте также:  Кабель для обогрева водопроводной трубы: маркировка, виды, производители + особенности выбора

Точка J

Обзоры и рейтинги статьи

Способы бурения скважин: колонковое, роторное, шнековое

Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения. Рыхлые и насыщенные водой грунты извлекают с помощью желонки. Для проходки по глинистым и скальным породам используют способы бурения скважин, основанные на вращательном принципе.

В работе задействованы механизмы, позволяющие производить разработку грунтов различных типов и на разную глубину.

  • Виды буровых способов
  • Специфика колонкового бурения
    • Используемое оборудование и инструменты
    • Технология колонкового бурения
    • Веские достоинства и недостатки
  • Особенности шнекового бурения
    • Задействованное оборудование и инструменты
    • Технология шнекового бурения
    • Плюсы и минусы применения шнека
  • Характеристика роторного бурения
    • Применяемое оборудование и инструменты
    • Своеобразие роторной технологии
    • Достоинства и недостатки роторного бурения
  • Какой способ бурения выбрать?
  • Выводы и полезное видео по теме

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

  • Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
  • Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
  • Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

  • геологоразведка полезных ископаемых;
  • бурение разведочных скважин;
  • устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

  • буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
  • колонковая труба;
  • труба для отвода шлама;
  • штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
  • муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

  • бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
  • колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
  • верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
  • бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
  • колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
  • после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
  • трубу освобождают от выбуренной породы;
  • опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

  • высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
  • сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
  • возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Шнековое бурение: особенности технологии и ее достоинства, этапы работ

Для создания скважин различных типов и назначения в рыхлых песчаных грунтах чаще всего практикуют шнековое бурение. Популярность данного метода обусловлена его эффективностью, простотой, высокой скоростью и отсутствием необходимости использования сложного дорогостоящего спецоборудования. Для глубинного дробления породы и извлечения ее наружу используются специальные установки, напоминающие рыбацкие ледобуры для проделывания лунок.

Технология бурения

Технология шнекового бурения.

Конструкция шнекового бура включает базовую трубу (штангу) с подвижным вращателем, обвитую по всей длине стальной полосой, выполняющей функцию транспортера. Для врезки в грунт механизм оснащается острым наконечником (лопастным буром, двухлопастным или трехлопастным долотом), который может быть несъемным или съемным. Соединение шнеков для удлинения конструкции производится с помощью резьбы или специальных элементов с фигурным сечением.

Бурильные станки выполняют несколько основных функций:

  • точечное разрыхление грунта посредством непрерывного вращательного движения;
  • охлаждение элементов рабочего механизма;
  • выемку разрыхленной породы и одновременное закрепление стенок скважины.

На практике процесс бурения с использованием шнекового метода выглядит следующим образом: установка с буровой головкой, непрерывно вращаясь, врезается вглубь почвы, методично ее разрушая. Измельченный грунт (шлам) сразу же попадает на реборду (пластинчатую спираль), которая и поднимает его на поверхность.

Для нормального охлаждения режущих элементов бура необходимо учитывать, что транспортируемая порода не должна заполнять межвитковое пространство более чем на 40% от его объема.

Особенности технологии

При использовании шнека на твердых грунтах (гравий, галька) установка рабочих лопастей долота производится строго вертикально, под углом в 90°, а при работе на мягких почвах – под наклоном от 30 до 60° относительно оси.

Угол при использовании шнека на твердых грунтах должен быть 90 градусов.

Подбор инструмента осуществляется в зависимости от свойств породы, а также от требуемых параметров скважины: ее диаметр может варьироваться от 60 мм до 1,5 и более метров, а глубина – от нескольких десятков до нескольких сотен метров. От толщины бура будет зависеть и скорость работы механизма. Соблюдение правильного соотношения данных показателей необходимо для обеспечения охлаждения рабочих поверхностей, нагрев которых происходит вследствие трения о стены скважины в процессе быстрого вращения.

Для шнеков, диаметр которых не превышает 100 мм, показатель средней частоты вращения должен находиться на уровне 200-500 об./мин., а при толщине наконечника 150-200 мм скорость снизится до 100-150 об./мин.

Наибольшей эффективностью обладают буровые механизмы с полым центральным каналом для подачи воды или воздуха посредством гидравлического насоса. Такая конструкция позволяет снизить трение, предотвратить перегрев и увеличить скорость прохождения.

На качество и эффективность работ влияют следующие факторы:

  • мощность шнековой установки (данный показатель должен в полтора раза превышать предусмотренные техническими характеристиками возможности долота);
  • вид бура (для разработки шахт в грунтах повышенной плотности целесообразнее использовать твердосплавные либо алмазные инструменты);
  • характеристики породы (проще всего поддаются разрушению рыхлые, сыпучие породы).

Достоинства и недостатки метода

Шнековый способ бурения скважин обладает многими преимуществами:

Шнековый способ бурения хорош тем, что есть возможность разработки скважин большой глубины.

  • высокая скорость заглубления без необходимости дополнительно перемалывать отработанную породу (мощные промышленные установки проходят до 300 м за смену);
  • непрерывность процесса подъема шлама на поверхность;
  • способность непроизвольного закрепления стен скважины раздробленной породой в процессе ее поднятия на поверхность;
  • отсутствие потребности в подъеме бурильной колонны в ходе проведения работ;
  • возможность разработки скважин большой глубины;
  • простота и универсальность технологии: разработка грунтов шнековым буром применяется для проведения геологических, гидрологических и инженерных изысканий, при создании взрывных и водных скважин, обустройстве свайных фундаментов и т.п.;
  • не требуется подача бурильной жидкости;
  • возможность размещения конструкции под углом;
  • безопасность рабочего процесса.

Несмотря на большой перечень достоинств, данный метод не лишен недостатков. Главным из них является ограничение в отношении характеристик грунтов. Данную технологию невозможно применять на почвах, обладающих высокой плотностью или вязкостью.

Применение ручных установок

Буровые механизмы ручного типа отличаются компактными габаритами и небольшим весом (от 15 до 250 кг), что обеспечивает возможность их транспортировки и монтажа без применения спецтехники. Благодаря высокой мобильности, такие устройства являются оптимальным вариантом для эксплуатации на ограниченных по площади территориях (на небольших приусадебных участках, в подвалах и т.д.).

Большинство моделей ручных шнековых установок оснащены электроприводами для облегчения рабочего процесса. В зависимости от веса и мощности их применяют для сверления льда, бурения питьевых скважин, отверстий под свайный фундамент и пр.

Легкое самоходное оборудование

В данную категорию входят более мощные и тяжелые буровые шнековые машины: максимальный вес некоторых моделей составляет 1000 кг. Для их перевозки используются мобильные транспортные шасси, одновременно выполняющие функцию платформы, с которой и осуществляется бурение.

Максимальный вес шнековых буровых машин составляет тонну.

Установки данного типа относятся к промышленному оборудованию. Они применяются для устройства водозаборных, поисковых, строительных, исследовательских и прочих видов скважин.

Бесспорными преимуществами таких моделей являются мобильность, высокая производительность, возможность транспортировки на любые объекты, быстрый монтаж и демонтаж.

Буровое оборудование ЛБУ

К числу наиболее популярных передвижных буровых машин принадлежит многоцелевая модель ЛБУ 50. Оборудование этой серии монтируется на различные модификации грузовых автомобилей КамАЗ, УРАЛ, ЗИЛ. Привод подвижного вращателя бурового механизма осуществляется от двигателя грузовика через КОМ, что в сочетании с мощной гидравлической системой подачи обеспечивает создание большой осевой нагрузки. Максимальная глубина скважин при использовании шнекового инструмента составляет 50 м, диаметр – 500 мм.

Все модели ЛБУ характеризуются высокой скоростью прохождения, надежностью, универсальностью и легким управлением (все операции механизированы).

Этапы проведения работ

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

Рабочий процесс включает несколько этапов:

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

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

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

Аналогичным способом в последовательном порядке извлекаются все элементы установки.

Шнековое бурение

Шнековое бурение — самый простой и рациональный способ получить скважину глубиной до 80 метров в почве низкой степени твёрдости. Чернозём, глина, торф, песок — все эти рыхлые породы отлично поддаются проходке шнековым способом. Главное, чтобы на пути породоразрушающего инструмента не попались вкрапления камней или крупные обломки горных пород, так как их транспортировка на поверхность будет затруднена.

Диаметр скважины, получаемой при помощи шнекового бурового оборудования, может достигать 80 см. Неоспоримым преимуществом такого способа бурения является высокая скорость проходки. Тому есть две причины. Во-первых, коронка буровая почти не изнашивается, так как встречает очень незначительное сопротивление со стороны разрушаемой породы. Во-вторых, коронке не приходится повторно дробить и перемалывать уже отделённый от забоя грунт. Как только порода скалывается породоразрушающим буровым инструментом, она тут же попадает на вращающийся с высокой скоростью шнек. За счёт возникающей в процессе вращения центробежной силы, разрушенная порода прибивается к стенкам скважины и быстро доставляется шнеком на поверхность. Оставшаяся часть породы вминается в стенки ребордой шнека, освобождая забой и снимая нагрузку с силового агрегата буровой установки.

Как видим, забой скважины непрерывно очищается от остатков разбуренного грунта, что гарантирует достаточно высокую скорость бурения вплоть до пород IV категории по шкале буримости. Наивысшая скорость работы бурового оборудования достигается при обустройстве скважин в слабо цементированных залежах щебня и гальки. Такой грунт практически не требует дробления и измельчения: он сразу же выносится на поверхность. Если говорить о наиболее труднопроходимых грунтах, то наибольшую сложность для шнекового бурения представляет, как ни странно, глина. Коронка или долото буровое без особого труда вгрызаются в эту вязкую субстанцию, но как только она попадает на шнек, сразу же начинаются проблемы. Из-за своей вязкой консистенции она быстро забивает шнековый транспортёр, налипая на его стенки. Таким образом, выбуренная порода транспортируется на поверхность очень медленно, существенно снижая скорость проходки.

Высокая механическая скорость — основное, но не единственное преимущество проходки шнековым способом. Ещё одна особенность заключается в экономии ресурса эксплуатируемого бурового оборудования и в отсутствии необходимости дополнительно его охлаждать. Причиной тому — рыхлость разбуриваемой породы. За счёт этой рыхлости площадь контакта породы с поверхностью бурового инструмента повышается, и он охлаждается от самого грунта. Таким образом, чем глубже бурильная колонна проникает в грунт, тем лучше она рассеивает возникающее в процессе работы тепло.

Буровой инструмент

Оборудование для бурения шнековым способом включает в себя шнековую колонну и породоразрушающий инструмент (как правило, лопастное долото). В зависимости от типа грунта, колонна может включать в себя несколько утяжелённых шнеков и комплектоваться колонковым долотом.

Типы буровых долот

В шнековом бурении используется несколько разновидностей долот. Рассмотрим два наиболее распространённых типа.

Долото буровое трёхлопастное (ДБШ)

Долото оснащено тремя зазубренными лопастями, немного отклонёнными относительно оси. Их боковые поверхности обычно усиливаются восьмигранниками, а зубья — наваренными пластинами из твёрдого сплава ВК-8. В некоторых моделях одна из лопастей может сливаться с лопастью транспортного шнека.

Долото буровое двухлопастное (ДРШ)

Данный тип долот был сконструирован в СКВ ВПО «Союзгеотехник» ещё во времена Советского Союза. Разработка оказалась настолько удачной, что по сей день применяется для проходки пород со II по V категорию буримости. Изделие представляет собой цельнолитой корпус с двумя лопастями. Угол атаки лопастей относительно корпуса составляет 15°. Одна лопасть считается рабочей, другая — калибрующей. Они смещены одна относительно другой на 4-5 мм. Все режущие элементы долота армированы твёрдыми сплавами.

Шнековый транспортёр представляет собой трубу с резьбовыми или безрезьбовыми соединениями на концах. К наружной стенке трубы приварена спиралевидная лента из стали толщиной 4-6 мм. Шаг спирали зависит от типа транспортируемой породы и варьируется от 0,5 до одного диаметра шнека.

Шнековый транспортёр используют, когда необходимо доставить на поверхность керн для лабораторных исследований, не нарушая при этом его структуру. Устройство такого транспортёра несколько отличается: в трубе имеется большое проходное отверстие, а шнек полый. При бурении керн поступает в специальную гильзу, которая извлекается после свинчивания буровой коронки.

Особенности шнекового бурения

Шнековое бурение может осуществляться как стандартной, так и мини буровой установкой. Главное, чтобы её двигатель мог обеспечить достаточной частотой вращения шнековую колонну. Она находится в диапазоне от 100 до 200 оборотов в минуту. При превышении данного параметра начинается вибрация, а при занижении оборотов транспортировка породы на поверхность сильно ухудшается.

В большинстве случаев работа ведётся без нагрузки на породоразрушающий инструмент. Из-за рыхлости грунта долото буровое способно внедряться в породу под весом буровой колонны.

Особенности шнекового бурения скважин

Технология бурения скважин при помощи бензобура Hitachi относится к разновидности земляных работ под общим названием шнековое бурение.

Бур для шнекового бурения скважин

Такие виды земляных работ применяются в большинстве случаев на песчаных и гравийно-песчаных грунтах. Горизонтальное шнековое бурение производится с участием специальной установки. Шнековое бурение скважин популярно благодаря наличию одного весомого преимущества – высокой скорости проходки.

1 Какая технология шнекового бурения скважин?

Технология, с ориентировкой на которую производится расчет и проведение бурильных земляных работ своими руками, при помощи ручной шнековой установки Hitachi или других видов оборудования, называется шнековым бурением.

Эта технология во время проведения земляных работ своими руками позволяет применять такие агрегаты, как шнек для мотобура Champion, шнеки для бурения Hitachi, ручной удлинитель шнека для мотобура и другие, специально предназначенные для этого специальные инструменты.

При проведении представленного вида земляных работ своими руками, производится укладка стенок будущей скважины, которые впоследствии сдерживают породу и предотвращают ее от обрушения.

Детальный расчет проводимых работ гарантирует прочность и надежность будущей скважины. Стенки скважины, которая выполнена с применением шнекового оборудования Hitachi могут быть сделаны из бетона или стали.

Технология применения бензобура Hitach,i или другой ручной установки при проведении шнекового бурения не предусматривает последующей промывки скважины.

Шнеки для бурения спроектированы таким образом, что сам процесс разрушения породы не требует больших энергозатрат, а расчет позволяет достигать высоких механических скоростей вращения бензобура.

В процессе такой интенсивной работы, шнеки для бурения способны своевременно удалять большие объемы разрушенной породы из скважины.

Бурение скважины под воду шнековым буром

Расчет при ручной работе по бурению обеспечивает максимальную эффективность подачи породы на долото и шнековую спираль, что напрямую воздействует на производительность труда.

Расчет и рациональное использование вверенного оборудования оказывают значительное влияние на эффективность проведения буровых работ. Исходя из этого буровые шнеки, долота шнековые и прочий ручной инвентарь должны соответствовать ряду требований. А именно:

  • Лопасти устройства должны плотно прилегать к спирали шнека;
  • Садовый шнековый бур должен быть оснащен спиральным переходом;
  • Ручной шнек для бурения земли должен обладать оптимальными углами резки.

Во время реализации технологического режима бурения, основным решающим фактором выступает проявление нагрузки на ручной инструмент и интенсивность частоты вращения бурильной колонны.

При осуществлении бурения в песчанно-глинистых отложениях устойчивого типа, процесс углубления скважины происходит с большой степенью эффективности.

Параллельное увеличение нагрузки на породоразрушающий агрегат приводит к увеличению скорости работы. Однако наряду с этим наблюдается увеличение объема разрушаемой породы.

Это приводит к увеличению нагрузки на ось агрегата до 600 кг. Основная нагрузка должна поддерживаться на постоянном уровне. Это будет обеспечивать эффективный вынос отработанной породы из скважинного забоя.

Если на шнеках наблюдается образование пробок, то нужно произвести немедленную остановку работы оборудования. Это будет заметно по существенному изменению звука работающего двигателя.

После остановки осуществляется расхаживание бурового снаряда. Существует прямая взаимосвязь между механической скоростью бурения и частотой, с которой вращается рабочий снаряд.

Буры шнековые, в ассортименте

При этом отмечается увеличение темпа работы при проведении бурения в рыхлых сортах подземных пород. Стоит учитывать, что максимальная частота вращения снаряда напрямую зависит от целого ряда значимых факторов. Они заключаются в:

  • Физико-механических свойствах породы;
  • Глубине скважины;
  • Предельной мощности привода;
  • Конструктивных особенностях долота.

В большинстве случаев, средние значение этого параметра должно составлять 100—200 об/мин. Более низкие показатели этого параметра больше рассчитаны на бурение мягких разновидностей пород, а более завышенные – на рыхлые.

При искусственном увеличении оборотов выше установленного предельного уровня возникает вибрация во всех частях агрегата. Это отрицательно влияет на скорость и качество транспортировки породы и зачастую выступает главной причиной выхода из строя агрегата.

При проведении бурения в неустойчивых породах для того, чтобы избежать обвала стен скважины, после проведения подъема бура производится его интенсивное расхаживание.

Это приводит к формированию корки и ее уплотнению на стенках скважины. Такие манипуляции проводятся в водонасыщенных песках и гравийно-песчаных отложениях.

Если производится бурение прочных породистых слоев, то представленный метод не представляется эффективным и действенным. В таких ситуациях производится бурение, с параллельным проведением обсадочных работ в полученной скважине.

В таком случае вращение шнековой колонны производится во внутреннем пространстве обсадных труб. Труба, под воздействием собственного веса, постепенно опускается на необходимую глубину укладки.

Во время таких действий частота вращения рабочего снаряда снижается до 60-70 об/мин. В таких случаях рационально использование полных шнеков.

Забурник шнековый, двухсторонний

Эти методы характеризуются высокой степенью эффективности по отношению к формированию прочных стенок скважины. Наряду с этим обеспечиваются достаточно благоприятные условия для проведения буровых работ.

В ряде случаев, при работе шнеков частицы породы могут со стенок скважины попадать на зазор между спиралью и стволом, что напрямую влияет на представительность пробы.

При проведении бурения с применением полных шнеков или же при помощи изделий, оснащенных одновременной обсадкой, представительность полученной пробы будет наиболее полной.
к меню ↑

2 Оборудование для шнекового бурения

Шнековая установка представлена в виде специального устройства, которое разрушает нетвердые типы породы. В дальнейшем агрегат производит извлечение остатков породы из пробуренной скважины.

Извлечение породы производится благодаря наличию закрепленных на осевом стрежне пластин. Они выполненные в форме длинного витка.

Пластины изготавливаются достаточно широкими, что обеспечивает извлечение большого количества отработанного материала из скважины.

Отличительная черта такого оборудования – проведение бурения скважины на большой скорости вращения оси. Это благоприятствует непрерывному и цикличному отделению кусков породы и ее дальнейшему забору.

При проведении работ по отделению и бурению происходит попадание отработанной породы на выносную ленту устройства. Это происходит благодаря возникновению возникающей во время интенсивного вращения центробежной силы.

Куски породы оказываются прижатыми к основанию агрегата. В результате непрекращающегося вращения установки порода попадает по ленте на поверхность.

Долото лопастное, шнековое, с армированным покрытием

Таким образом, происходит очищение устройства, что освобождает его к проведению дальнейшей работы. Шнековая установка подразделяется на несколько ключевых составляющих.

Они представлены в виде основного долота и утяжеленной трубы, к которой прикрепляются заборные ленты. Эти заборные ленты и формируют обвитие рабочей трубы.

С целью увеличения эксплуатационных сроков агрегата, долото оснащается армированными резцовыми частями, которые обладают достаточно продолжительным ресурсом службы.

Значение диаметра рабочей трубы может существенно варьироваться, и напрямую зависит от модели устройства, в большинстве случаев он равен 70-75 мм.

Для обеспечения высокой эффективности проводимых работ активно используются те устройства, которые обладают высокой степенью подвижности и мобильности.

Они же способны развивать большую скорость крутящего момента за короткий временной отрезок. Представленные агрегаты дополнительно оснащаются специальным вращателем с подвижным типом действия.

Шнеки здесь обладают несколькими видами подвижных соединений, которые соединяются между собой с помощью элементов, оснащенных фигурным типом сечения.

Сейчас наиболее востребованы те установки, которые оборудованы встроенным центральным каналом, по которому подается вода для снижения трения.
к меню ↑

2.1 Этапы работ

На сегодняшний день известно два основных способа проведения разработки породы с помощью шнека. Один из них называется горизонтальным, второй – вертикальным.

Горизонтальный метод наиболее часто применяется в промышленной сфере и при осуществлении капитального строительства. Для того, что бы проводить работы в заявленном направлении активно применяются высокомощные агрегаты, которые в обязательном порядке снабжены функцией параллельного монтирования обсадной трубы.

Начала процесса бурения с помощью шнекового бура

Вертикальный способ бурения применяется практически во всех случаях. Монтаж установки производится непосредственно над поверхностью, где будут производиться работы.

При проведении таких работ важно соблюдать определенную последовательность действий. Сначала производится тщательная подготовка оборудования и установка агрегата на рабочую платформу.

Далее нужно разрыть котлован и при помощи лазерных измерительных устройств определить точное направление бурения, после чего можно наводить установку с закрепленном на ней агрегатом.

К установке прикрепляется труба обсадного типа, и предварительный подготовительный этап на этом завершается. После этого к шнеку подключаются все остальные его комплектующие и секции.

Далее начинается разработка твердых слоев породы. Бурение вертикального типа осуществляется с ориентировкой на примерно такую же последовательность действий.

Однако, применение такого способа несколько легче, ввиду того, что при этом не обязательно прикреплять и устанавливать обсадную трубу.

Особое внимание уделяется корректному подбору долота и углу направления рабочей ленты, по которой не раздробленные куски породы будут выводиться на поверхность.

При проведении разработки породы очень важно сразу же оценить скорости прохождения и общую производительность вращающегося бура.

В ряде случаев грунт может оказаться достаточно твердым, что существенно затруднит весь процесс. В таком случае шнек или долото подвергаются замене.

Работа должна продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута максимальна глубина, на которую может быть погружен агрегат. Далее производится вытягивание вращающегося элемента и подсоединение новой секции. Работа продолжается в такой же последовательности до полного ее окончания.
к меню ↑

Ссылка на основную публикацию
×
×