Шнеки для бурения скважин, буровой инструмент и технологии бурения

18 декабря 2023

Это один из самых распространенных, а так же высокопроизводительных способов разбуривания, широко применяемый при поисках, разведке нерудных полезных ископаемых, строительного сырья, инженерно-геологических изысканиях, проходке буровзрывных, технических скважин при строительстве.

Применение шнекового бурения ограничено горными породами I-VI категорий по буримости. Глубина скважины, как правило, не превышает 50 метров. В процессе разбуривания порода забоя разрушается лопастными долотами различной конструкции, а вынос шлама осуществляется механическим способом благодаря конструкции бурильной колонны, представляющей собой вращающийся по часовой стрелке шнековый транспортер, собранный из буровых шнеков.

Стандартный непроходной буровой шнек представляет собой трубу, к наружной поверхности которой приварена по спирали наклонная стальная лента (шнековая реборда). От правильного выбора шага витков реборды зависит эффективность выноса разрушенной породы. Как правило, чем меньше шаг витков, тем эффективнее работает шнековый транспортер

Соединение шнеков в колонне, как и соединение нижнего шнека с лопастным долотом, выполняется посредством приваренных к концам трубы полузамков, в форме трехгранных или шестигранных хвостовика и муфты, фиксируемых после соединения пальцем с пружинной скобой или шплинтом.

Читайте так же: Буровые установки в наличии!

Процесс бурения с использованием стандартных шнеков довольно прост. Шнековая колонна с лопастным долотом, смонтированным на нижнем шнеке, устанавливается на забой и приводится во вращение вращателем буровой установки. Одновременно механизмом подачи установки создается осевое усилие на колонну. Вооружение вращающегося долота внедряется в грунт и разрушает его, а лопасти направляют образовавшийся шлам на реборду вращающегося шнека, витки которой выталкивают шлам в направлении устья скважины. Как правило при проходке ствола разрушение забоя и транспортировка разрушенной породы с забоя происходят непрерывно, приостанавливаясь только на время наращивания колонны шнеков.

Индикатором стабильности процесса шнекового бурения является равномерный вынос шлама из устья скважины по мере ее углубки. Значительное уменьшение или полное прекращение выноса шлама шнековой колонной при неизменной или увеличивающейся скорости углубки указывает на необходимость очистки ствола. Эта операция выполняется посредством остановки углубки без остановки вращения, либо путем расхаживания вращающейся колонны (серией отрывов долота от забоя и установки на забой). Очистка ствола без углубки также выполняется при необходимости взятия литологических проб в случае, если имеются признаки смены буримого грунта.

Полые шнеки

Полые шнеки представляют собой трубу, к наружной поверхности которой по спирали приварена стальная лента (реборда), а в верхней и нижней части – муфта и ниппель, служащие для соединения шнеков в колонне. Безрезьбовые соединения требуют несколько больших трудозатрат при сборке колонны, но при этом обеспечивают возможность реверсивного вращения без риска потери инструмента, что является важным преимуществом при бурении в сложных геологических условиях.

Полые шнеки используются при выполнении буровых работ, в ходе которых, либо после их завершения необходим спуск в скважину дополнительного технологического инструмента или материалов.

Предприятиями Геомаш и ОЗБТ производятся полые шнеки для бурения сейсморазведочных, инженерно-геологических и технических скважин.

Шнеки для бурения взрывных скважин (шпуров)

Шнеки для бурения взрывных скважин при сейсмической разведке выпускаются с резьбовыми соединениями и комплектуются двух- и четырехлопастными долотами, снабженными открывающимися крышками, монтируемыми на торцевой части долота между лопастями. Этот тип полых шнеков обеспечивает бурение скважин в неустойчивых и обводненных грунтах с последующим спуском заряда взрывчатого вещества на забой скважины по внутреннему каналу, образованному полой шнековой колонной и лопастным долотом.

Читайте так же: Бурильные трубы и замки от производителя Геомаш

Шнеки производства Щигровского завода «ГЕОМАШ» имеют диаметры от 95 до 170 мм и предназначены для погружения зарядов диаметром от 50 до 94 мм

Полые шнеки для инженерно-геологических изысканий, разведки россыпных месторождений полезных ископаемых и бурения технических скважин выпускаются со шпоночно-шлицевым соединением, воспринимающим крутящий момент и передающим вращением между шнеками в составе колонны и от них на лопастное долото. Соединение фиксируется двумя радиальными резьбовыми пробками, предотвращающими продольное перемещение ниппельных полузамков под весом шнеков при подъеме колонны

В качестве породоразрушающего инструмента при бурении полыми шнеками применяются колонковые долота режущего действия, осуществляющие кольцевое разрушение забоя.

Опробование грунтов может производиться с применением забивных грунтоносов, одинарных колонковых наборов съемных грунтоносов, опускаемых внутрь шнековой колонны на канате лебедки.

При опробовании грунтов и подземных вод полые шнеки не только являются бурильной колонной, но также играют роль временной обсадной колонны, предохраняя от обрушения стенки ствола и защищая пробы от загрязнения грунтом и грунтовыми водами из ранее пробуренных интервалов.

Опробование грунтов может выполняться через колонну полых шнеков ударно-канатным способом забивными грунтоносами, вращательным способом в одинарный колонковый снаряд с твердосплавной коронкой, либо съемными пробоотборными снарядами, фиксируемыми в шнеке, устанавливаемым непосредственно над долотом (лидерный шнек) и после заполнения пробой извлекаемыми ловителем на канате.

Для опробования грунтовых вод применяются желонки либо съемные пробоотборники с тарельчатым клапаном. При необходимости выборочного опробования колонны полых шнеков могут комплектоваться съемным лопастным долотом, устанавливаемым внутри лидерного шнека таким образом, чтобы режущая лопасть опережала вооружение колонкового долота.

После того, как скважина пробурена до верхней границы необходимого интервала, съемное долото извлекается из колонны ловителем на канате, и на забой опускают одинарный колонковый набор, забивной грунтонос или желонку, либо устанавливают в лидерный шнек съемный пробоотборный снаряд.

При поисках и разведке россыпных месторождений применяются комплексы полых шнеков со съемными пробоотборными снарядами, имеющие в целом аналогичную конструкцию и принцип работы.

Полые шнеки могут применяться в качестве временных обсадных колонн при полевых испытаниях грунтов методами динамического зондирования и стандартной пенетрацией (SPT). В частности, по требованиям стандартов ASTM-D, их применение при испытаниях стандартной пенетрацией является обязательной составляющей процедуры.

При бурении скважин технического назначения полые шнеки выполняют функцию бурильных и инъекционных колонн. В этом случае в состав комплектов включают открывающиеся либо раздвижные долота и инъекционные (бетонолитные) переходники. После завершения бурения скважины на верхний шнек колонны монтируется инъекционный переходник, соединенный с нагнетательной линией бетононасоса, и начинают нагнетать раствор при одновременном открытии центрального или боковых окон в корпусе долота. По мере заполнения скважины раствором выполняется подъем шнековой колонны.

Технология бурения с применением стандартных шнеков может быть реализована на любом оборудовании для вращательного бурения, но предпочтение отдается мобильным и переносным буровым установкам с подвижными вращателями. Имеющие механизмы принудительной подачи каретки вращателя с ходом не менее 1000 мм, такие установки обеспечивают создание регулируемого осевого усилия на буровой инструмент, подъем инструмента после завершения сооружения скважины без использования дополнительных грузоподъемных механизмов, оперативное изменение направления подачи бурового инструмента при необходимости выполнения расхаживания колонны.

Буровые установки, выпускаемые предприятиями ОЗБТ и Геомаш, в основном комплектуются подвижными вращателями и реализация шнекового бурения на этом оборудовании была предусмотрена производителями уже на стадии проектирования. Бурение скважин различного назначения стандартными шнеками может быть реализовано на установках УКБ 12/25, ББУ-000, ББУ-002, МБУ, УРБ 2Д3, ПБУ-2, УГБ тяжелой серии, ЛБУ-50-30.

Читайте так же: Обзор и характеристика роторных буровых установок УРБ 3А3, 1БА15 и УРБ-25

Для бурения взрывных скважин при сейсмической разведке полыми шнеками с резьбовым соединением традиционно поставляются установки ПБУ-2 и УРБ 2Д3.

Для бурения скважин при инженерно-геологических исследованиях полыми шнеками с отбором проб грунтов и подземных вод забивными грунтоносами, одинарными колонковыми снарядами, съемными пробоотборниками на канате применяются установки ПБУ-2, УРБ 2Д3, УГБ тяжелой серии, а для разведки россыпных месторождений с применением комплекса полых шнеков со съемным керноприемником – установка УГБ-900.

При шнековом бурении скважин технического назначения с инъекцией растворов через колонны полых шнеков эффективны ЛБУ-50-30 и УГБ-900