Exterio05.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Колонковое бурение скважин

Колонковое бурение скважин: краткое описание технологии, методов, способов и особенностей

Технология колонкового бурения скважин – самая популярная в геологической разведке и при добыче водного ресурса. Она имеет массу преимуществ, оптимально подходит для развертывания установки на сложнодоступных участках. Метод признается одним из самых экономичных и продуктивных по объему гидродобычи на единицу времени. Из-за особенного способа проведения работ образуется горная выработка с жесткими краями. Они выдерживают очень высокую нагрузку, а само отверстие может углубляться на расстояние до километра. Поэтому технологию применяют как в производственных целях, крупных масштабах, так и при частном решении задач, например, для создания индивидуальной точки водозабора.

Характеристика колонкового способа бурения

Основное назначение — обеспечить достоверную информацию о веществах, находящихся в массивных образованиях, путем извлечения их на поверхность. Продуктами резания монолитов являются цилиндрические образцы твердой пробы и буровая мелочь — шлам.

Выемка керна осуществляется инструментом для работы в скважине:

  • коронки — кольца трубчатой формы Ø 76, 93, 112, 132, 151 и 190 мм, армированные с рабочего торца твердыми сплавами, или насадки Ø 36, 46, 59 и 76 мм с алмазами, другой конец оснащается трапециевидной резьбой для присоединения к колонковому буру;
  • колонковая труба для размещения керна;
  • переходник на трубчатую буровую колонну, собранную с помощью ниппельных или муфто-замковых соединений.

На торце наружной части колонны находится промывочный сальник. В инструмент для спуско-подъемных операций входят ключи различного назначения, подкладные вилки, элеваторы для захвата бурильных труб. Шлам выносится по затрубному пространству на поверхность водой или глинистым раствором, закачиваемым насосом высокого давления.

Установки колонкового бурения работают под разными углами в твердых массивах. Предельная глубина достигнута при бурении скважины на Кольском полуострове — 12226 м.

Существует несколько разновидностей кернового бурения:

  1. Вращательный способ — алмазный, твердосплавный или бескерновый.
  2. Ударно-вращательный с применением пневмо- и гидроударников.

2 Какие этапы и нюансы колонкового бурения?

Теперь рассмотрим непосредственно технологию бурения, так как в ней тоже есть свои нюансы. На них стоит обратить внимание в обязательном порядке.

Применение технологии колонкового бурения

Буровая установка для колонкового бурения в ходе работы выполняет следующие этапы:

  • Подготовка поверхности, где будет производиться монтаж установки.
  • Формирование ям в грунте в непосредственной близости от площадки для закачки промывочного раствора. После этих работ начинается процесс бурения скважин.
  • Бурение, когда буровой снаряд вращается и проникает в почву. Параллельно с этим процессом в отверстие подаётся промывочная жидкость: вода или специальный раствор.
  • Наполнение трубы керном. Периодически шнек необходимо извлекать на поверхность, по керну можно без труда определить глубину сформированного отверстия.

Первые два этапа выполняются скорее рабочим персоналом. Последние же два — это уже использование непосредственно бурильной системы колонковой разработки.

При работе необходимо обращать внимание на следующие нюансы:

  • Бурение скважин для воды следует производить с промывкой. Воду применяют там, где присутствует устойчивый грунт. Когда обрабатывается песчаная порода, то для промывки применяется специальный раствор, который укрепляет скважину. Для этих целей подходит жидкое стекло или глинистая масса.
  • Вместо промывочного раствора может применяться воздух, который поступает в скважину по колонковой трубе.
  • Когда работа ведётся на неустойчивом грунте, то применение промывочных жидкостей неэффективно. Укрепление скважин производят обсадными трубами.
  • Частота вращения бурового снаряда регулируется в зависимости от прочности грунта.
  • Если работы ведутся в слоях твердых пород, то установка обсадных труб производится на заключительном этапе бурения.

Сферы применения технологии

Так как максимальный диаметр скважины, которую можно пробурить коронками, составляет всего 150 мм, то эта технология применяется преимущественно при геологоразведке или инженерных изысканиях для строительства. При колонковом способе бурения производится отбор и описание керна – столбика породы, который формируется внутри рабочего инструмента буровой установки. После керн может быть отправлен в лабораторию для определения литологического состава и возраста пород.

Читать еще:  Как пробурить скважину своими руками вручную, и что для этого нужно

Колонковое бурение применяется при строительстве водозаборных скважин на слабо изученных территориях или с целью не промахнуться мимо целевого водоносного горизонта.При этом процесс выглядит следующим образом. Сначала бурят скважину коронками колонковых способом с отбором керна. Извлекаемых из скважины керн изучается геологом в режиме реального времени до тех пор, пока не будет отбит целевой горизонт. После этого скважину расширяют до нужного диаметра и устанавливают проектные обсадные колонны. Такой способ позволяет очень точно определить интервалы залегания целевого горизонта и сокращает вероятность аварий при бурении до 90%.

Преимущества и недостатки колонкового бурения

Технология обладает следующими достоинствами:

  • возможность работать с очень твердыми породами;
  • не разрушенный столб керна лучше всего отвечает целям геологоразведки;
  • возможность вести разработку не только вертикально, но и под любым углом, включая горизонтальное расположение ствола (в этом случае проходка с самого начала ведется с обсадной трубой);
  • достигается большая глубина при малом сечении скважины;
  • этот метод немного дороже;
  • при большой глубине бурения коронки быстро снашиваются, нужен запас;
  • при использовании глинистого раствора есть риск заиливания водоносного горизонта.

Наши консультанты бесплатно помогут вам выбрать способ бурения наиболее экономичный, но при этом достаточно эффективный для решения ваших задач.

Преимущества и недостатки колонкового бурения

Среди преимуществ и недостатков колонкового бурения можно выделить следующие моменты:

  • Высокая скорость колонкового бурения, что достигается точным воздействием режущих элементов. Это же снижает и степень разрушения породы грунта. Отсюда высокая производительность и быстрая скорость сдачи объекта.
  • Возможность произвести геологоразведку, что значительно ускоряет дальнейшие этапы шнекового бурения.
  • Большая область применения, включающая в себя строительство, оборудование скважин, а также прочие сферы.
  • Возможность смены коронки, что позволяет за одну смену пробурить огромное количество метров. При этом частота оборотов долот может регулироваться, что дает возможность подстраиваться под тип грунта.

В конечном счете работа по обустройству дешевле, поэтому и конечному потребителю скважина обходится меньше.

Что касается недостатков, то сюда можно отнести необходимость использования промывки, а также глиняного раствора для дополнительного укрепления стенок скважины. Если этого не делать, то сухое колонковое бурение будет стоить еще дороже, чем воспользоваться шнековым буром или роторной буровой установкой.

Преимущества колонкового бурения заключаются в следующем:

  1. извлекается на поверхность столбик пробуренной породы в естественном состоянии. По столбику породы (керну) можно судить о минералогия, составе и структуре пройденных пород и об условии их залегания. При других способах пробуренная порода извлекается в измельченном состоянии.
  2. имеется возможность бурить скважины под различными углами к горизонту (рис. 8). При других способах проходка наклонных скважин более затруднительна или совсем невозможна.
  3. в первую очередь алмазное позволяет пробуривать самые крепкие породы.
  4. позволяет бурить глубокие скважины малыми диаметрами и легким оборудованием, что важно при разведке в отдельных и высокогорных местах.

Наиболее глубокие в мире скважины в крепких породах пробурены колонковым и именно алмазным способом.

Принцип и технология работы

В базовой комплектации оборудование для колонкового бурения размещается на шасси грузового автомобиля, в рабочем состоянии оно способно принимать вертикальное положение, а также наклоняться под необходимым углом. Однако для более сложных работ существуют специальные разработанные платформы на гусеничном ходу. Это свидетельствует о широком применении данного метода в разных климатических условиях.

Читать еще:  Фекальный насос с измельчителем для туалетов и выгребных ям: типы, устройство, особенности

Технология проведения работ заключается в следующем:

  • бурильный механизм устанавливается на месте предстоящего бурения и прочно закрепляется на поверхности земли;
  • возможно использовать различные насадки, что позволяет проводить работы с разными грунтами, включая скальные породы;
  • данный способ позволяет поднять грунт не перемешивая его, это особо важно для последующего изучения почвы;
  • он широко используется в строительстве при бурении котлованов под опорные сваи;
  • позволит быстро произвести добычу воды, создав скважину бытового назначения;
  • предназначен для возведения глубоких скважин, достигающих глубину в несколько тысяч метров.

Предусмотрена возможность менять скорость оборотов бурильной установки, за счет чего контролируется процесс ее нагревания и поднимается эффективность проведения бурильных работ.

Особенности данной технологии

Бурение колонковым способом проходит с помощью полой трубы, окончание которой имеет острые зубья. Они могут иметь алмазное покрытие для более твердых пород. Придаваемым давлением острые резцы по краям трубы врезаются в участок породы для нефтяного бурения и проводят ее разрезание, углубляясь все больше. Внутренняя часть керна остается внутри полости, после чего изымается.

Создание нефтяных или других скважин может также проводится и другими типами коронок:

  • Вольфрамитовые коронки;
  • Алмазные коронки;
  • Стальные коронки.

Выделяют следующие преимущества бурения нефтяных и других скважин колонковым методом:

  • В процессе создания нефтяных и других типов скважин сохраняется целостность керна и боковых зон породы. В дальнейшем ее можно извлекать для научного исследования;
  • Создание нефтяных и других скважин может проводиться под различным углом, независимо от уровня твердости породы и ее физического состава. Для более плотных участков используется подмывание водой или раствором из глины;
  • Технология подразумевает наличие глубоких, но небольших в диаметре скважин;
  • Относительная доступность данного способа, а также легкий вес основной конструкции для создания нефтяных скважин.

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.

Читать еще:  Ливневая канализация закрытого типа: назначение и особенности проектирования

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.

Стоимость 1 п. м. проходки в зависимости от отдаленности объекта, способа бурения, начального диаметра и конечной глубины, варьирует, обычно от 350 рублей. На цену напрямую влияет категория пород по буримости, коэффициент высотности и уклона, если работы предстоят проводить на склоне. В частности, колонковое бурение диаметром 160 мм по XII категории, на глубину 200 метров, составит 503 рубля за 1 метр погонный.

На стоимость могут влиять разные факторы, которые решаются в индивидуальном порядке.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector