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

Подборка вопросов

• 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:

• Мерзлом;
• Рыхлом;
• Мягком.

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.

Шнековое бурение

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

Шнеки:

• 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.