Колонковое бурение скважин: технология и нюансы проведения работ

Скважина и колодец

Одним из самых производительных и экономичных способов формирования горных выработок является колонковое бурение. Применяется в геологоразведке и инженерной геологии. Кроме того, это самый простой и быстрый способ доступа к подземным водам для организации водоснабжения.

Все о тонкостях колонкового бурения, необходимом для его осуществления инструменте и особенностях применения вы узнаете из предложенной нами статьи.

Объем колонкового бурения

Колонковое бурение – метод, позволяющий с наибольшей точностью определить глубину залегания кровельного и подошвенного слоев грунта, а также отметку глубины залегания грунтовых вод.

Технология колонкового бурения широко применяется в следующих отраслях:

  • Водоснабжение в промышленности и частном секторе. Бурение скважин для частного водоснабжения, организация водозабора целых поселков или городских кварталов эффективно осуществляется колонковым бурением за счет того, что бур легко проникает на большую глубину. Оболочка керна способна поднимать практически все разбитые горные породы, кроме водонасыщенных и рыхлых несвязных грунтов (песок, гравий, галька);
  • Геологоразведка в горнодобывающей промышленности. При прохождении породы происходит точечное воздействие на землю по радиусу вращения. Другими словами, снаряд, конструктивно аналогичный трубе, бурит сплошной ряд горных пород, не нарушая их структуры и состояния.
  • Здание. Проводить инженерно-геологические изыскания для изучения физико-механических свойств грунтов, состояния горных пород. Колоночная технология позволяет с высокой точностью определять уровни грунтовых вод и брать пробы воды для изучения их агрессивности по отношению к бетону.

При колонковом бурении извлекается керн – столб грунта или прилегающий слой грунта. Керн характеризуется целостной природной структурой, что обеспечивает комплексный анализ изучаемой породы. Бурение колонковой трубой позволяет определить глубину залегания породы с наибольшей точностью для изучения.

Керн от колонкового бурения

Колонковое бурение обеспечивает целостность извлеченного керна, что способствует качественному изучению породы. При этом проводится максимально качественная очистка забоя от щебня

Использование корончатого бура в строительстве значительно облегчает и ускоряет процесс. В подготовленное корончатым буром отверстие легко забивается свая или собирается готовая железобетонная конструкция. Колонковое сверление позволяет делать цилиндрические отверстия в кирпичных и бетонных конструкциях.

Технология проведения работ и оборудование

Известны два способа использования корончатых буров: работа с подачей жидкости на забой или всухую, то есть без бурового раствора.

Бурение без применения бурового раствора применяют, если несвязный грунт насыщен естественной влагой в количествах, достаточных для проходки и извлечения. Также не подается вода в шахтный ствол при проходке через жидкую пластичную, мягкую пластичную и твердопластическую глину/глину, твердую и пластичную песчанистую глину.

Жидкость обязательно используется при бурении каменистых и полукаменистых пород. При отсутствии воды в этом случае заглубление происходит намного медленнее. Кроме того, значительно возрастает вероятность преждевременного выхода из строя бурового долота, в связи с чем сухое бурение считается более дорогим.

Схема колонкового бурения с промывкой

Технология колонкового бурения с промывкой позволяет не только продлить срок службы рабочего оборудования, но и максимально быстро и наименее трудозатратно освободить забой от отбитой породы

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

Негазированную воду под высоким давлением доводят до забоя при освоении скважины в рыхлом несвязном грунте, если не стоит задача отбора керна. В этом случае забой просто промывают струей воды, освобождая вал от поврежденного грунта.

Принцип колонковой методики

Основным элементом колонкового бурения является разрушающий резец, устанавливаемый на дне колонковой трубы. Они называют это копейкой. Для проходки горных пород используются специальные коронки, оснащенные алмазными резцами.

Корончатые сверла

Коронки представляют собой режущие сменные элементы, которые привинчиваются к нижней кромке колонкового бура. Во время сверления их необходимо менять несколько раз

Именно алмазное долото обеспечивает практически беспрепятственный проход бура на большую глубину при проведении водозаборных работ на известняке. То есть при разработке заглубленных в коренные породы скважин, в трещинах которых в результате многовековой конденсации образовались запасы чистейшей подземной воды.

Резьба на дрели

Замена буровых долот производится самым простым способом – изношенная деталь снимается, а на колонковый бур навинчивается новая долота

Скала разрезается коронкой, которая вращается с высокой скоростью. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Корона «разрезает» почву только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого вдавлена ​​в колонковый бур.

Интересно:  Бурение скважины желонкой: обзор технологии работ

Для извлечения керна буровой инструмент поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувается из коронки струей воздуха, подаваемой в верхнюю часть трубы. Процесс выдувания ускоряется при постукивании по снаряду молотком.

Удаление сердечника из сердечника

Во время отбора керна просверленный конусообразный сегмент породы проталкивается в колонковый ствол. Для его извлечения колонковый бур извлекают из ствола, демонтируя бурильную колонну. Сердечник выдувается и выбивается из трубки

Колонковые буры при проходке крепких горных пород обладают большей производительностью, чем матричные и конусные буры. Это связано с высокой скоростью вращения бура, что снижает степень усилия на разработку.

Кроме того, куски полностью разрушают породу, которую необходимо «вычерпывать» желонкой или водой, подаваемой под давлением для промывки забоя. По сути, один и тот же отрезок приходится проходить дважды, а то и трижды: сначала уничтожить, потом удалить. Основная технология позволяет вам пройти и опустошить лицо за один раз.

Станки и буровые установки

Выбор машины или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность метода колонкового бурения привела к производству буровых установок и станков по всему миру. Тяжелые тягачи, грузовики и квадроциклы подходят для разведочных буровых установок.

Буровая установка на гусеничном тракторе

Использование тяжелых гусеничных тракторов позволяет проводить колонковое бурение в условиях бездорожья, поверхностных вод и неустойчивого рельефа

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

В ручном вращательном бурении колонковый бур заменяется его историческим предшественником — стаканом. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонкового ствола с заостренным краем на подошве. Стекло вкручивается в землю вручную или с помощью электродрели и все, что в него забито, выносится на поверхность.

Мотобур для механизации ручного бурения

Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования шпуров под установку ограждений и опор ЛЭП применяют бензиновые и электрические двигатели. Они сообщают вращательное движение шнеку или стержневой трубе

Оборудование для проходки и обустройства скважин

При осуществлении колонкового бурения необходимо иметь оборудование, позволяющее работать на глубине, разрабатывать и извлекать широкий спектр пород. При выполнении работ должен быть обеспечен периодический подъем на поверхность разрушенного снарядом материала.

Стандартный набор бурового инструмента

Для качественной работы нужно:

  • Снаряды колонны. Их используют как для горизонтального бурения, так и для вертикальных работ. Стандартным колонковым буром можно бурить под углом до 45 градусов. Тонкостенные керновые прогоны можно применять только для горизонтального бестраншейного бурения при прокладке коммуникаций.
  • NOK. Это инструмент для разрушения породы, который устанавливается на колонковом буре для облегчения вырезания керна в породе. Для бурения в осадочных связных и несвязных грунтах применяют латунные керны. Твердосплавные коронки с алмазными резцами производятся для проходки горных пород, создания отверстий в бетоне, асфальте, кирпичной кладке.
  • Стальная труба. Необходимая обсадная труба для разработки — формирование ствола скважины, производимое одновременно с ее углублением. Их диаметр равен диаметру скважины. Обсадную трубу для водозабора подбирают заранее, ориентируясь на диаметр колонкового бура и насоса, который планируется эксплуатировать в скважине.
  • Стержни. Это узкие трубки, скрученные между собой. Используется для наращивания бурильной колонны. Проще говоря, они поочередно привинчиваются к верхней части колонкового ствола, чтобы он мог передавать вращательное движение на глубине большей, чем высота снаряда. Высота проходки керна + высота бурильной колонны = рабочая глубина.
  • Подписки Необходим для обеспечения сопряжения резьбовых соединений разного диаметра на буровых штангах, вращателях, промывочные сальники и другие компоненты.
  • Промывочные пробки и уплотнения. С их помощью обеспечивается всплытие на поверхность разбитой земли, если нет необходимости брать целый керн. В этом случае вода подается в забой, вымывая под давлением на дневную поверхность отслоившийся грунт.
  • Зубила. Их используют для углубления отверстия в самых труднодоступных для прохождения коронки местах. При использовании долота иногда переходят с вращательного бурения на ударно-канатное бурение.

Представленный инструмент представляет собой стандартный набор для колонкового бурения. В некоторых случаях, в зависимости от сложности разработки, могут потребоваться дополнительные инструменты и оборудование.

Набор стержней для удлинения колонкового бура

При углублении работы к вершине колонковой трубы последовательно привинчивается колонна буровых штанг. Для извлечения оболочки керна на поверхность колонна наматывается стержень за стержнем

Особенности конструкции колонковой трубы

Особенность дизайна снаряда при колонковом бурении она обусловлена ​​максимальным сохранением целостности керна и заключается в кольцевом расположении вокруг свободного прохода. Одним из важнейших свойств является коэффициент керноотбора. Он определяется как отношение диаметра сердечника к внешнему диаметру инструмента.

Инструменты для бурения стандартизированы и различаются в основном только диаметром. По конструктивным признакам стержневые трубы классифицируют на одинарные и двойные. Одиночный выстрел, предназначенный для работы в нормальных геологических условиях, отлично подходит для разработки скважин на воду.

Интересно:  Абиссинский колодец своими руками: технология устройства скважины-иглы

Двойной инструмент с невращающейся внутренней трубой применяется только в геологоразведке. Необходимо отобрать образцы горных пород, которые легко разрушаются под воздействием ряда факторов. Он позволяет взять образец в природном составе, с естественным процентным содержанием минералов и серой породы.

Одноколонный ствол

При отборе проб для инженерно-геологических исследований, при геологоразведке и бурении скважин под установку опор ЛЭП используется одиночный колонковый бур

Все колонковые буры предназначены для продувки, забойного бурения и очистки скважин. В их верхней части имеется технологическое отверстие, через которое нагнетается вода или воздух.

Специфика режущей части снаряда

Любая коронка представлена ​​в виде кольца с расположенной наверху резьбой, необходимой для ввинчивания колонкового ствола, и резцами, расположенными на нижнем конце. Резцы цельнолитые или приварены к этой режущей металлической детали.

Для колонкового бурения используются следующие сверла:

  • Карбид – мелкорезцовые, ребристый.
  • Алмаз — импрегнированный и мелкоалмазные.

Твердосплавные режущие элементы предназначены для бурения «мягких» грунтов. С их помощью бурение производится во всех типах глинистых пород любой консистенции, полускальных породах, малой влажности и влажных песках плотного состава и средней плотности. Для проходки песчаника и мергеля берут коронки вольфрамово-кобальтовыми резцами.

Мелкорезцовые корончатые буры предназначены для бурения пород средней твердости с низким абразивности. Они оснащены фрезами с восьмиугольным или квадратным вырезом. При размещении резцов на разной высоте также достигается ступенчатая поверхность, преимущества которой были изложены выше.

Ребристое буровое долото для проходки керна

С помощью реберных долот улучшается циркуляция бурового раствора за счет расширения диаметра скважины

Ребристые буровые долота предназначены для бурения средних твердых пород абразивности. Резцы для таких коронок состоят из стального цилиндрического или призматического штабика с карбидной вставкой. При этом даже при износе коронки эффективность работы не снижается.

Буровые установки с алмазными резцами предназначены для бурения высоких скальных и полускальных пород абразивности.

Сверло с промышленными алмазами

Для повышения прочности и улучшения шлифовальных свойств технические алмазы впрессовываются в литейную матрицу в процессе производства. В последнее время природные кристаллы часто меняют на искусственно выращенные

Количество ребер определяется конструкцией венца и его диаметром – их может быть от трех до шести. Ускорение процесса разрушения породы может быть достигнуто перемещением ребер вверх относительно торца долота. Таким образом обеспечивается ступенчатое забойное отверстие и облегчается прохождение промывочной жидкости.

Трубы для обсаживания ствола скважины

Бур и корпус колонкового бура изготавливаются по ГОСТ 51682-2000. В геологоразведке и инженерной геологии их применяют для предотвращения обрушения грунта на поверхность, что не дало бы возможности понять, на какой глубине один геологический слой сменяется другим.

При устройстве водозаборных работ обсадные трубы образуют стенки колодца. В собранную из них обсадную колонну погружена другая, рабочая, колонна труб. Сейчас его чаще всего собирают из пластика. Эксплуатационная колонна оборудована фильтром для задержания песчинок и гравия во время закачки.

Наиболее часто используются кожухи с ниппельным соединением. При этом трубы имеют с одной стороны внутреннюю резьбу, а с противоположной — наружную. Вал резьбовой трубы очень легко и быстро монтируется.

Домашняя нить

И колонковые буры, и кожух имеют резьбу снаружи на одном конце и внутри на другом. Это позволяет быстро и легко установить обсадную колонну. Размеры резьбы унифицированы — в качестве колонковой трубы может служить любая обсадная труба, к ней достаточно прикрутить долото и навершие

Это кожух, предназначенный для сварных соединений. В частном секторе их не используют из-за трудоемкости процесса монтажа колонки.

И корпус, и керноприемник изготавливаются из стали марки 45 группы прочности «К». Для повышения стойкости к поверхностному износу концы трубок закалены. В зависимости от применяемого бурового оборудования и диаметра погружного насоса в устройстве для частного водозабора применяют трубы диаметром от 100 до 200 мм.

Этапы колонкового бурения

Перед началом работ необходимо изучить кадастровый план и подготовить рабочую поверхность. Необходимо обеспечить беспрепятственный доступ к месту бурения как самой буровой установки, так и машины с промывочной жидкостью.

Следующий шаг – выкопать яму объемом не менее 2 кубометров – это позволит избежать необходимости в дополнительном резервуаре. Яма предназначена для отвода грунтовых вод и отработанной промывочной жидкости. Для установки основной части ствола необходимо разбить землю.

Далее выбранное буровое долото соединяется с колонковым стволом и выбираются обсадные трубы, которые будут наращиваться по мере их углубления. Установку необходимо надежно зафиксировать, после чего сверлильный станок запускается.

Технология колонн с прямой и обратной промывкой

Технология керна с промывкой забоя водой позволяет наиболее простым и эффективным способом освободить ствол от разбитой породы

Интересно:  Оголовок для скважины своими руками: устройство, монтаж, установка

По мере углубления и заполнения колонкового бура его периодически поднимают на поверхность и очищают от грунта, захваченного инструментом при бурении. После этого освободившееся от керна долото можно снова опустить в скважину для продолжения бурения.

Для подъема колонна бурильных труб, состоящая из колонкового ствола и штанг, демонтируется. То есть стержень за стержнем последовательно отделяются до тех пор, пока колонковая бочка не будет вытащена из бочки.

Лучшим вариантом разработки скважины для частников является колонковое бурение, сопровождающееся промывкой. В этом случае нет необходимости брать пробы. Самое главное быстро сформировать вал и очистить его от грязи Параллельно идет подготовка к предстоящей операции.

Для мытья можно использовать любую воду, вполне подойдет из близлежащего пруда или реки. Бурение можно производить и всухую, если скважина разрабатывается на песок. Обычно в этом случае хватает пары ведер воды в качестве бурового раствора только для охлаждения снаряда на дне.

Колонная технология в строительстве

По колонковой технологии бурят отверстия в бетонных и железобетонных конструкциях, фундаментах и ​​каменных стенах

При работе в сыпучих песках с пониженной влажностью рекомендуется добавлять в рабочий раствор жидкое стекло или глиняную массу для укрепления стенок шпура. В любом случае при прохождении буром горизонта с неустойчивым строением будет оправдано укрепление стенок скважины обсадной трубой.

Технологические особенности процесса

В процессе выемки можно регулировать скорость вращения бура. Следует отметить, что бур легко преодолевает пласты осадочных пород на малых скоростях. Но при прохождении коренных пород требуется увеличение скорости вращения. Методом колонкового бурения можно проходить слои разного состава и любой твердости.

Необходимо учитывать тот факт, что буровую установку необходимо размещать на подготовленной ровной горизонтальной площадке. Угол проходки можно регулировать, если диаметр разрабатываемой скважины не превышает 1 метра. Затем вертикальность работы поддерживается наличником.

Обсадную трубу можно использовать повторно, если ее снять с шахты сразу после бурения. Корончатый ствол — снаряд многоразового использования, чего не скажешь о кронах. Для бурения в осадочном горизонте их требуется не менее двух, а то и больше. При строительстве колодца на известняке невозможно с точностью предсказать количество изношенных коронок.

Каменное долото

Для продления срока службы алмазного керна после установки или замены дно скважины необходимо обработать долотом. Эта мера значительно повысит скорость проникновения

Буровая установка может быть смонтирована на транспортном средстве большой грузоподъемности или на гусеничном ходу спецтехнику при работе в труднопроходимой местности. Более легкая мобильная техника может использоваться для колонкового бурения скважин на воду.

Достоинства и недостатки колонкового метода

За счет точечного действия коронки по ее радиусу обеспечивается точная резка и удаление твердого стержня на поверхность. Технология применима для бурения горных пород до XII категории можно работать как перпендикулярно, так и под углом.

Одним из важнейших показателей колонкового метода считается высокая производительность и скорость бурения.

Кроме того, можно выделить следующие преимущества:

  • Объем бурения с использованием промывочной жидкости или технической воды – 85%;
  • Введение в рабочий раствор активных эмульсий позволяет сохранить стенки скважины в исходном состоянии;
  • За счет снижения осевых нагрузок за счет того, что порода не разрушается сплошным образом, достигается снижение энергозатрат.
  • Метод позволяет работать со всеми типами горных пород, включая базальт и гранит.
  • При использовании сборной мобильной машины есть возможность работать в труднодоступных местах.

Наряду с преимуществами колонковое бурение имеет и недостатки:

  • При работе в трещиноватых породах часто случаются остановки керна, а это значит, что для выбивания приходится вытягивать трубу.
  • При езде по твердым горам клев быстро притупляется из-за перегрева и управляемости. Чтобы этого избежать, необходимо применять охлаждающую жидкость и уменьшать расход. В результате скорость бурения снижается.
  • Небольшая часть (до 200 мм) бурения не позволяет использовать мощные погружные насосы.

При разработке скважин на воду с использованием глинистого раствора при вскрытии водоема велика вероятность заиления водоносного горизонта.

Выводы и полезное видео по теме

Видео 1. Начальный этап бурения скважины колонковым методом:

Видео 2. Колонковое бурение скважины в гранитной породе:

Началу работ по колонковому бурению скважины должен предшествовать финансовый расчет. Соблюдение норм безопасности и правил эксплуатации оборудования сводит к минимуму риск выхода оборудования из строя, тем самым обеспечивая высокую эффективность работы, скорость бурения и снижая финансовые затраты.

Хотите поделиться известными только вам тонкостями колоночной техники? У вас есть полезная информация по теме статьи? Пожалуйста, пишите комментарии в форме блока ниже, задавайте вопросы и публикуйте фото по теме статьи.

Оцените статью
SV-Aqua.ru