Статьи

Шнековое бурение: особенности технологии

Шнековое бурение – самый быстрый и финансово выгодный способ производства скважин в песчаном грунте, песчано-гравийном, мерзлой земле и породах средней твердости.

Применяется технология для получения скважин разведочного типа, на воду, для геолого- и сейсморазведки, при проведении геологии и геодезии участка. Буровые установки со шнеком используются при монтаже фундаментных свай и подпорных стен, опор ЛЭП, инженерных и гидротехнических сооружений.

Конструкция буровой установки

Шнек – металлическая труба с долотом и винтообразно закрепленной вдоль поверхности пластиной. Разрушение грунта происходит путем вращения буровой головки, при этом частицы пород зацепляются лопастями шнека и выводятся на поверхность земли.

Буровая установка состоит из:

стойки, которая закрепляется на буровой платформе с помощью шарнирного механизма;
навесного оборудования, подвижно связанного со стойкой, включающего в себя рабочий орган и каретку с электроприводом;
телескопической буровой колонны – состоит из двух частей, нижняя секция является телом шнека с лопастями и съемной буровой головкой.

Особенности конструкции шнека

Буровая штанга, ось шнека – труба из легированной стали высокой прочности и свариваемости. Лопасти выполнены из стали с высоким содержанием марганца, режущая часть – из высоколегированной стали, которая подверглась цементизации для увеличения твердости материала без приобретения хрупкости.
Фиксация долота осуществляется под углом от 30 градусов к забою. Чем плотнее грунт, тем больший градус угла выставляется.
Чтобы уменьшить степень нагрева шнека в процессе длительной работы, в шнековой трубе предусмотрен канал подачи воздуха или воды к резцу для его охлаждения.
За вращение шнека отвечают специальные механизмы с вращателем, скорость работы которого зависит от проектного диаметра скважины. Бурение скважины инструментом с диаметром оснастки до 200 мм проводится на скорости 100-250 об/мин, оснасткой с диаметром до 100 мм – на скорости до 500 об/мин.

Шнековое бурение зачастую осуществляется совместно с применением обсадных труб или тампонированием скважины, что позволяет укреплять стенки скважины и предупредить обрушение породы одновременно с выработкой грунта. Шахты, созданные таким путем, не требуют промывки, что экономит время и средства заказчика.

Плюсы шнекового бурения

Высокая производительность бурения (от 100 до 300 м за смену), в большинстве своем благодаря тому, что не нужно поднимать инструмент и менять насадки.
Возможность получения скважины сечением до 80 см.
Бурение без использования промывочного раствора, что позволяет использовать технологию в регионах с дефицитом воды и при низких температурах окружающей среды.
Возможность бурения в любое время года и погоду. Кроме того, бурить скважины на воду лучше в мерзлом грунте.
Допускается бурение под углом и горизонтальная проходка.
Во время проходки происходит непроизвольное уплотнение стенок скважины, что минимизирует риск обрушения.
Низкая стоимость бурения, доступная для частных лиц и начинающих предпринимателей.

Недостатки технологии

Шнековое бурение не может использоваться для разработки скальных и каменистых грунтов. При работе с вязкими грунтами отработанные породы могут липнуть к лопастям шнека, что затрудняет и замедляет процесс бурения, иногда делает его невозможным. Кроме того, применение оборудования со шнеком позволят получить скважины глубиной от 150 см до 120 м, что гораздо меньше, чем при задействовании других технологий. Например, роторная скважина может достигать глубины до 9 км.

Виды шнекового оборудования

Ручные мотобуры – компактные и сравнительно нетяжелые (50-200 кг), применяются для разработки скважин на воду и при устройстве фундамента, могут использоваться в стесненных условиях, в том числе в помещениях.
Малогабаритные установки – весят до 1 т, обычно устанавливаются на гусеничном шасси, что обеспечивает возможность проезда по бездорожью к труднодоступным местам. Кроме того, шасси можно использовать как буровую платформу.
Высокопроизводительные, тяжелые и мощнее установки – такое оборудование размещается на шасси грузовика, интегрируется в систему автомобиля, управляется водителем прямо из кабины.

Виды шнекового бурения

Вертикальное бурение

Шнек под воздействие осевой нагрузки внедряется в грунт, разрушает его путем реза и рыхления. Одновременно отработанная порода попадает на спираль буровой колонны и поднимается по лопастям, выводится из забоя. Стандартно измельченный грунт заполняет до 40% пространства между витками, что исключат затруднения при транспортировке. Однако, в процессе бурения часть грунтовой массы все же осыпается обратно в забой, поэтому по завершении буровых работ необходима прочистка и промывка ствола шахты.

Горизонтальное бурение

Проводится при прокладке коммуникационных сетей под постройками, автодорогами, железнодорожными путями, лесным массивом, а также на местности, где другим способом провести монтаж трубопровода невозможно. Деформация поверхности земли при таком бурении незначительная.

Изначально проводится бурение стартового и приемного котлована глубиной, аналогичной проектного уровня расположения горизонтальной скважины. В стартовый котлован опускается буровое оборудование – крупногабаритная машина с подвижным буровым вращателем, характеризующимся повышенным крутящим моментом. Такая установка обладает большим ходом подачи, оснащена износостойкой стальной буровой головкой и зондом для возможности отслеживать процесс бурения. Во время работы машины оператор получает сигналы на монитор, при необходимости корректирует угол наклона бур и направление движения шнека.

Когда шнек входит в конечную точку – приемный котлован, то выполняется замена бура на расширитель и трубу. После чего запускается обратный ход для затягивания трубы в проделанную скважину. По завершении работ установка извлекается из котлована.

Горизонтальное бурение позволяет проводить прокладку трубопровода бестраншейным методом и ниже уровня прохождения грунтовых вод, за одну проходку укладывать трубу длиной до 800 см. Задействование технологии минимизирует время проведения работ и сокращает затраты финансов.

Выбор инструмента для бурения грунтов различного типа

Инструмент для бурения скважин различается по количеству витков и геометрии бура. Для разработки осадочных связных и несвязных пород используется стандартный стартовый шнек, который по мере заглубления наращивается буровыми штангами. Если планируется бурение твердых гравийно-галечных пород, то шнек оснащается долотом с высокопрочными алмазными резцами.

Для бурения валунов и галечных слоев, которые встречаются в осадочных грунтах, выполняется переход на ударно-канатный метод – заостренное долото с усилием забрасывают в забой до тех пор, пока твердая преграда не разрушается. Затем осколки породы извлекаются на поверхность при использовании стакана или желонки. После чего продолжается бурение шнеком.

Для проходки рыхлого песчаного или мягкого суглинистого слоя задействуются шнеки с лопастями, составляющими с забоем угол 30-60 градусов, для бурения глинистых пород – перпендикулярно стенкам будущей скважины.

Итог

Шнековое бурение – простая и экономичная технология проходки грунтов осадочного типа. Производство скважины и вывод из забоя разрушенного грунта происходят одновременно и безостановочно, что экономит трудозатраты бригады бурильщиков, ускоряет процесс и снижает финансовые затраты заказчика.