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.
Колонковое бурение скважин: что это такое
Это процедура, при которой буровая установка осуществляет вращательные движения с целью разрушить горные породы. При этом разрушение происходит не по всей площади, а по кругу, оставляя в центре керн, то есть нетронутый участок цилиндрической формы. Буровой насос нагнетает мощный поток воды, которым производится вымывание разрушаемой породы. Установки включают множество механизмов, в том числе для спуска и подъема инструмента, его вращения. В зависимости от типа горных пород (прочности и других механических характеристик) выбирается оснастка. В роли режущих кромок выступают долота (коронки). Они бывают разных форм.
Технология настолько успешна, что она нашла множество сфер применения. От гидродобычи до разведки полезных ископаемых.
Характеристика и краткое описание колонкового бурения скважин
Керном называется столбик из искомого материала (горная порода, например) цилиндрической формы. Он с использованием шнекового подъемника поднимается из глубин на поверхность, когда цель всего процесса – разведывание грунтовых слоев. Такая процедура делает возможным подробное составление геологического разреза.
Используемое оборудование позволяет углубляться внутрь на расстояние до 1000 м. Оно оснащено инструментами, способными пробить любую породу. Вторая задача техники – регулярная поставка керновых проб наверх.
Метод настолько эффективен, что его использовали в Заполярье при освоении Кольской сверхглубокого колодца (12 262 м в глубину) для решения научных задач. Она была занесена в книгу рекордов Гиннеса как самая глубокая.
Не менее распространена технология при открытии водных горизонтов на глубине. Добыча воды кристальной чистоты – одна из приоритетных задач.
Сферы использования колонкового способа бурения скважин
В первую очередь метод был создан для исследовательско-научных целей. В рамках геологической разведки можно с высокой точностью определить, на каком расстоянии от поверхности располагаются те или иные грунтовые слои (их кровля и подошва, т.е.верхняя и нижняя границы). Не только твердые породы, но и зеркало подземных вод определяется по такой технологии.
Отрасли, где находит применение методика:
- Гидродобыча. Это как частное водоснабжение, так и крупная водоподготовка, в промышленных масштабах. Такой водозабор очень эффективен, поскольку бурение происходит на большую глубину. Это позволяет снабдить чистым, питьевым водным ресурсом целый квартал, небольшой дачный поселок. При этом снаряд очень хорошо поднимает вверх любой тип почвы, кроме водонасыщенных рыхлых материалов. Но справиться с ними (это песок, глина, некоторые другие примеси) легко можно с помощью установки фильтра грубой очистки. Фильтрующее оборудование промышленного или частного масштаба выгодно заказать в нашей компании «Вода Отечества».
- Геологическая разведка. Она в основном применяется в горнодобывающей промышленности. В чем особенность метода? Дело в особом вращательном инструменте, который фактически напоминает трубку. С его помощью прорезывается цилиндр, а внутри керн остается целостным. Так можно исследовать не только химические характеристики почвы, но и механические, физические качества грунтовых слоев. То есть структура в ходе добычи материала не нарушается.
- Подготовка к строительству. В ходе инженерных изысканий производится георазведка на строительном участке. Колонковый метод бурения позволяет определить сразу несколько показателей – уровень грунтовых вод, пробы почвы и некоторые другие факторы. Конечно, в таком случае глубина погружения инструментов не очень большая.
- Исследовательская деятельность. Отличным примером здесь является Кольская сверхглубокая скважина, целью которой было определение структуры земной коры, а также оболочки ядра Земли. То есть предприятие имело исключительно научные задачи.
- Строительство. Поскольку отверстия получаются ровные, цилиндрические, то в подготовленные ямки очень удобно устанавливать сваи для фундамента, можно произвести монтаж железобетонного основания. Кроме того, достаточно острые и крепкие инструменты позволяют пробурить насквозь даже бетонные блоки или кирпичную кладку.
Бурение с помощью колонковой трубы позволяет достать образец грунта в целостной форме, а также определить точную глубину пролегания пород. Таким образом, технология применяется в большом количестве сфер. В частном использовании основная задача процесса – гидродобыча, создание индивидуальной точки забора и водоподготовки на участке.
Колонковое бурение предназначено для горной выработки. В зависимости от того, с каким природным материалом приходится работать, есть две применяемые методики:
- С подачей жидкости. Буровой раствор обязательно подают в зону резания при работе со скальными, твердыми пластами. Если воды не будет, то процесс сильно замедлится, а само режущее оборудование в скором времени выйдет из строя, затупится. Промывка не только ускоряет процедуру, но и позволяет очень эффективно освободить рабочую зону от остатков горной породы. Особенно это важно, когда планируется сделать очень глубокую скважину. Также технология применяется, когда на участке очень рыхлые почвы, а взятие керна (целостного пласта) не является приоритетным. В таком случае забой омывается водой, а ствол выработки очищается от частичек грунта.
- На сухую. Способ можно назвать более дорогостоящим, однако, он предпочтительнее, когда выработка производится на несвязных (рассыпчатых) грунтах, а также в том случае, если они пропитаны достаточно большим количеством влаги. В том числе, это супесь, глина, суглинок различной пластичности.
Принцип алмазного колонкового бурения
Один из основополагающих элементов установки – труба. Она будет того диаметра, в зависимости от необходимого размера кернового стержня. На ее окончании располагается коронка – это режущий инструмент.
Деталь на подошве необходима для разрешения грунта. Резец является сменным, он прикручивается на время, за одну крупную выработку придется поменять ее несколько раз.
Замена осуществляется очень простым способом – на винтовую резьбу.
Если предстоит разрезать скалистые или иные твердые породы, то предпочтительно использование алмазной коронки.
Именно оснастка с напылением из алмазов используется при водозаборе на больших глубинах. Поскольку для того, чтобы добраться до кристально чистого водного ресурса, понадобится прорубить достаточно глубокий тоннель через известняк и другие слои. Ведь влага конденсируется очень глубоко, в разломах коренных пород.
В ходе работы коронка вращается очень быстро – количество оборотов регулируется пультом, режим выбирают в зависимости от того, насколько прочный предстоит прорезать грунт. Если вращения будут чрезмерно стремительными, при соприкосновении с очень твердыми материалами резец может затупиться или вовсе сломаться.
Центральная часть цилиндра попадает внутрь трубы. Чтобы извлечь собранный там керн, производится разборка колонны с извлечением штанги. Затем используется мощная струя воздуха (вывод можно ускорить, если параллельно простукивать участок кувалдой).
После этого очищенный инструмент снова погружают в выполненное отверстие.
Такие буры признаны наиболее эффективными, их производительность значительно выше, чем у матричных и шарошечных долот. Это объясняется высокой скоростью вращения инструмента – сил затрачивается намного меньше, как и времени. И еще одно немаловажное преимущество – нет необходимости промывать и прочищать затем забой от разрушенных пород, поскольку они очень удобно вынимаются в виде керна.
Станки и установки колонкового бурения
Видов аппаратов несколько, все они зависят от диаметра и глубины желаемого отверстия, а также от назначения скважины и типа грунта, где проводятся геологические работы. Технологически устройства не отличаются друг от друга, однако, сильно могут варьироваться размеры.
Например, для разведывательных целей обычно применяются достаточно компактные установки, которые монтируются на разном транспорте – тракторах, грузовиках.
Некоторые гусеничные виды тягачей предполагают возможность выработки на участках без автомобильной дороги – подъехать к ним можно только на таких машинах. В России наиболее часто аппаратуру ставят на КАМАЗ, МАЗ, Урал.
Иногда и на более легкий автотранспорт, в тех случаях, когда предстоит несложная работа, например, на строительной площадке.
Когда нужны небольшие лунки, а это иногда требуется при ландшафтном дизайне (установить лавочку), частном строительстве, при монтаже ЛЭП-опор, тогда применяются ручные буры, которые работают по тому же принципу, но менее автоматизированы. Например, остатки грунта нужно доставать вручную. Длина и диаметр получаемых отверстий, конечно, ограничены.
Бурильная деятельность производится в несколько шагов:
- Подготовка: выбор участка, его освобождение от мусора, а также от кустарников. В отдалении создается яма для сбора грунтовых вод.
- Сборка и установка оборудования, его закрепляют в подготовленной лунке. Коронка заранее накручена на трубу.
- Включается станок, он запускает вращательное движение.
- Когда полость заполняется керном, инструмент поднимают, осторожно выбивают грунт.
- Если заглубление большое, то применяют специальные подъемники, которые выкачивают породу вместе с влагой (жидкость стекает в зону выработки и охлаждает резцы).
- Чтобы не происходило обвала скважины, устанавливают обсадные трубы.
Технологические особенности
Некоторые нюансы:
- Если порода мягкая, то вращение может быть медленным. Чем тверже, тем быстрее движение.
- Если диаметр отверстия не превышает одного метра, то есть возможность производить бурение под небольшим углом.
- Короткие трубы (до 60 см) можно использовать несколько раз, более крупный инструмент – одноразовый.
- Чтобы алмазная коронка не затупилась сразу, перед ее запуском в работу следует пробить дно скважины долотом, размягчить его.
- Важно правильно закрепить установку, она должна стоять на ровной горизонтальной поверхности.
Плюсы и минусы
Преимущества:
- Точное, направленное действие на конкретную область, очень ровный срез и получение прямого цилиндрического отверстия.
- Сохранение керна – образца грунта с изначальными свойствами и структурой.
- Максимальная производительность, небольшое количество прикладываемых усилий и относительно малые временные затраты.
- Ценность в исследовательском плане. Появляется возможность изучить строение геологических пластов, водных горизонтов.
- Преодоление даже самых прочных природных ископаемых – базальта и гранита.
- Возможность финансовой экономии, если правильно использовать высокую производительность и производить расчеты заранее.
- Мобильность установки.
Если говорить о недостатках, то стоит упомянуть возможную ошибку при бурении, когда специалисты нечаянно заливают водоносные горизонты технической жидкостью. Кроме того, при работах приходится часто менять резцы и даже сами трубы – они достаточно скоро изнашиваются, особенно если не предпринимать меры по их сохранности.
Оборудование для проходки скважин
Очень важно правильно подобрать все составляющие, в зависимости от предстоящих работ. Кроме того, в ходе процесса необходимо регулярно производить замену резцов, а также осуществлять осмотр и техническое обслуживание. Ниже перечислим элементы.
Набор инструментов
Вот что понадобится:
- Снаряды. Тонкостенные применяются для горизонтальных отверстий, а стандартные используются под любым углом. Часто они нужны при прокладке инженерных систем.
- Коронки. Это те самые резцы, которые предназначены для точечного разрушения пород. Они могут быть из латуни или из твердых сплавов, с алмазным напылением.
- Обсадные трубы. Они формируют цилиндрическую форму скважины.
- Штанги. Это как переходники или удлинители, нужны для работ на больших глубинах.
- Шнековые подъемники для транспортировки отработанного материала.
- Промывочные сальники и прочие комплектующие.
Конструкция специально предназначена для сохранения в целости керна, поэтому изнутри вся она без сильных выступов. При выборе учитывают не только диаметр, но и такой показатель, как коэффициент керноотбора.
Есть два вида инструмента:
- Одинарный. Подходит для бурения в простых условиях, в основном применяется для гидродобычи.
- Двойной. Конструктивно он отличается тем, что внутренняя труба не вращается, что позволяет сохранить пробу почвы в нетронутом виде. Эта технология применяется в геологической разведке.
Особенности коронки
Кольцо с резьбой (цельнолитой или приваренной) прикручивается к подошве трубы. Они отличаются по материалу изготовления (алмазные, твердосплавные, вольфрам-кобальтовые и пр.), а также по своему строению (мелкорезцовые, ребристые, с восьмигранными или квадратным сечениями и т. д.). Их также различает диаметр и количество ребер.
Обсадные трубы
Они нужны, чтобы края колодца не осыпались. Могут быть стальными, но при водоподготовке сейчас намного чаще используют легкие пластиковые. Кроме того, они могут быть снабжены фильтрующими устройствами, пескоуловителями.
Функции бурильной колонны
По сути, это вал, не цельный, а ступенчатый, имеющий способность удлиняться. Его основная задача – это соединение режущего инструмента (вращающихся коронок) с наземной установкой.
Выводы
Подводя итоги, следует отметить высокую производительность метода, его повсеместное использование, а также достаточно большие перспективы. В качестве завершения темы посмотрим видео про колонковое бурение скважин:
Технологи колонкового бурения скважин
Колонковое бурение скважин — один из самых производительных способов прохождения породы с сохранением целостности керна. Рассмотрим инструмент и буровые установки для колонкового бурения, преимущества и недостатки.
Колонковое бурение – метод, позволяющий с наибольшей точностью определять глубину расположения кровли и подошвы грунтовых слоев, а также глубинную отметку зеркала грунтовых вод.
Колонковая буровая технология широко применяется в таких отраслях:
- Водоснабжение в промышленной и частной сфере. Бурение скважин для частного водоснабжения, организация водозабора целых поселков или городских кварталов эффективно выполняется колонковым бурением благодаря тому, что бур легко проникает на большие глубины. Колонковый снаряд способен поднять практически любую разрушенную породу кроме водонасыщенных и рыхлых несвязных грунтов (песков, гравия, гальки);
- Геологоразведка в горнодобывающей промышленности. При проходе горной породы происходит точечное воздействие на грунт по радиусу вращения. Другими словами, снарядом, конструктивно напоминающим трубу, выбуривается цельный массив горных пород без нарушения их структуры и состояния.
- Строительство. Проведение инженерно-геологических исследований для изучения физико-механических свойств грунтов, состояния пород. Колонковая технология предоставляет возможность с высокой точностью выявить УГВ и отобрать пробы воды для изучения их агрессивности по отношению к бетону.
В ходе колонкового бурения извлекается керн – столбик грунта или смежных грунтовых слоев. Керн характеризуется цельной естественной структурой, что обеспечивает проведение всестороннего анализа изучаемой породы. Бурение колонковой трубой позволяет с наивысшей точностью определить глубину залегания породы с целью изучения.
Использование колонкового бура в строительстве существенно облегчает и ускоряет процессы. В подготовленное колонковым буром отверстие легко забивается свая либо монтируется готовая железобетонная конструкция. Колонковое бурение позволяет создавать цилиндрические отверстия в кирпичных и бетонных конструкциях.
Эта технология может применяться для пород 12-й категории. Используется она как под углом, так и перпендикулярно грунту.
К достоинствам способа можно отнести тот факт, что технология осуществляет вынос на поверхность кернового материала. Это позволяет определить состояние геологии в данной местности, что поможет обосновать наличие или отсутствие здесь месторождений полезных ископаемых.
Важным преимуществом технологии считается и то, что скорость работы очень высока.
Кроме того, выделяют следующие преимущества:
- Объем бурения с использованием промывки технической воды достигает 85%.
- Использование в составе раствора активных эмульсий позволяет удерживать стенки скважины в первоначальном состоянии, что немаловажно для работы.
- Технология довольно экономичная. При работе энергетические затраты меньше, чем в других случаях, так как осевые нагрузки меньше и процесс осуществляется периодами.
- Метод применим при работе с любыми породами.
Колонковое бурение имеет также несколько недостатков:
- При использовании его под углом в трещинах породы может возникнуть заклинивание керна. Это приведет к необходимости его выбивания, для чего используется колонковая труба.
- Кроме того, в ходе процесса колонка затупляется очень быстро, так как она сильно перегревается при работе с твердыми породами.
- Малое сечение бурения. В связи с этим использование мощных погружных насосов исключается.
Подобная технология в частной жизни чаще всего применяется перед тем, как начать шнековое бурение скважин на воду, поскольку этот вариант самый надежный из существующих, он всегда дает результат в 100%.
Небольшой диаметр (до 160 мм) позволяет работать достаточно быстро. Таким образом, за смену может быть преодолено от нескольких метров до нескольких сотен метров в зависимости от пород.
Нередко вместо промывки водой используется продувка воздухом, т.к. это значительно дешевле и эффективнее. Такой способ не может быть использован только в одном случае, а именно если присутствует вода в самой толще.
Использование колонковой технологии позволяет работать почти со всеми типами пород на глубине до 1000 м, и во время всего процесса на поверхность подается каждый следующий срез пласта.
После завершения подобной деятельности шнековое бурение скважин на воду осуществляется довольно легко и быстро, т.к. направляющий ход уже имеется. К тому же большим плюсом будет точное знание всех сложных моментов, для которых можно использовать специальные коронки, что опять же ускоряет рабочий процесс.
Иногда используется шнеко-пневматическое бурение, причем подобные методы обладают максимально высоким КПД. Их ограничение связано лишь с жидкостями, т.к. в этом методе снова используется сжатый воздух, которым взвешивается порода для скорейшего ее удаления.
Технология колонкового бурения применяется для исследовательских работ. Для этих целей подойдёт классические автомобильные шасси на которое устанавливают бурильную установку, но на сложных рельефах могут использоваться и специальные машины. Например, устройства на гусеничном приводе или даже специальные системы, которые используют исключительно для бурения.
Станок колонкового бурения работает на высоких оборотах с момента запуска и до завершения технологического процесса. Это обусловливает тот факт, что колонки для скважины быстро изнашиваются под воздействием высоких нагрузок. Впрочем, скорость вращения можно регулировать, например, если надо пройти участок с мягкими породами, что склонны к осыпанию.
Для продления её жизнеспособности применяются специальные устройства, которые снижают вибрационные действия. Колонковый способ предполагает обязательную процедуру промывки. Буровой станок колонкового бурения использует для этих целей воду или специальные растворы, которые способствуют защите скважины от разрушений и обвалов.
Алмазное устройство осуществляет бурение только по краю. Внутренняя порода заполняет ствол шнека и поднимается на поверхность. Колонковый способ предполагает, что все используемые в работе инструменты соответствуют соосности формируемой скважины.
Буровой станок колонкового бурения способен работать с высокопрочными породами. Более того, в таких условиях он даже производительнее стандартных матричных или шарошечных долот, так как прилагает меньше усилий для разработки аккуратных отверстий в грунте.
Установки для колонкового бурения на автомобильном шасси
Для этих целей необходим специальный твердосплавный инструмент. Алмазное породоразрушающее устройство подлежит замене или восстановлению в случае потери своих физических кондиций. Новую коронку перед использованием следует обработать бурильным долотом. В некоторых случаях достаточно просто заменить кольцо с резцами на коронке.
После того, как механизмы бурового станка колонкового бурения выполнили свою миссию, в работу включаются шнековые машины, которые завершают процесс бурения скважины.
В качестве грунторазрушающего устройства применяется специальный инструмент с твердосплавными режущими частями или алмазными вставками.
На кольцеобразном корпусе из легированной стали крепятся специальные замки для установки режущих пластин из твердого сплава. Пластины крепятся винтами и, по мере износа или притупления, заменяются на новые. На корпусе выполняется трапецеидальная многозаходная резьба для установки на бурильную колонковую трубу.
Конструкция коронки и технология способа бурения позволяет проходить самые твердые скальные породы при сохранении достаточной производительности. Этому способствует также применение воды или глинистого раствора в процессе проходки ствола. Кроме назначения выноса продуктов бурения из скважины, эти среды работают и как смазывающе-охлаждающие жидкости.
Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.
Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.
Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.
Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.
В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы.
Колонковые буры при прохождении прочных пород обладают большей производительностью, чем матричные и шарошечные долота. Это обусловлено высокой скоростью вращения бура, благодаря чему снижается степень прикладываемых усилий на разработку.
Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.
Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.
Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.
При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.
Проходка скважин.
Проходка скважин колонковым способом осуществляется с промывкой для удаления бурового шлама или без нее. В первом случае в состав оборудования установки включается насос высокого давления, что усложняет технологический процесс, но делает его более эффективным.
Бурение состоит из следующих этапов:
- Подготовка площадки под размещение станка. Место забуривания очищают от мусора и посторонних предметов, выравнивают поверхность до горизонтального состояния.
- Проходка шурфа для раствора и отвода потока жидкости. Яма располагается поблизости от будущей скважины и выкапывается на глубину ≥2 м. В тех же целях используют сварные баки или другие емкости.
- Монтаж буровой установки, ее оснастка и сборка инструмента. Верхняя труба закрепляется во вращателе станка.
- Бурение. Снаряд проникает в грунт за счет вращения и осевого давления, передаваемого на армированный торец коронки. Одновременно на забой скважины нагнетается вода или промывочный раствор.
- Разгрузка керноприемника. В зависимости от применяемой технологии, действие выполняется с извлечением буровой колонны или без этой операции, если оснастка установки предполагает работу со съемным керноприемником. Извлекают породу из трубы, помогая высвобождению образца легкими постукиваниями молотка по корпусу цилиндра.
- Возврат колонны или носителя керна в скважину и продолжение бурения с чередованием операций до достижения проектной глубины выработки.
Состав промывочной жидкости зависит от многих факторов, основные из них — тип применяемой коронки и состояние пересекаемых слоев породы. При алмазном бурении используют специальную эмульсию, в других случаях — глинистый раствор. Пересекая песчаный грунт, для укрепления стенок выработки в раствор добавляют жидкое стекло.
Замена мокрому удалению бурового шлама — выдувание его из скважины при помощи сжатого воздуха, подаваемого на забой выработки. Участки с неустойчивыми породами проходятся с применением обсадных труб.
В процессе углубления возможна регулировка частоты вращения бура. Нужно отметить, что слои осадочных горных пород бур легко преодолевает на низких оборотах. А вот при прохождении коренных скальных пород требуется повышение частоты вращения. При колонковом способе бурения можно проходить пласты различного состава и любой твердости.
Необходимо учитывать тот факт, что буровая установка должна располагаться на подготовленной выровненной горизонтальной площадке. Угол проходки можно регулировать в случае, если диаметр разрабатываемого отверстия скважины не превышает 1 метра. Затем вертикальность выработки поддерживается обсадной колонной.
Обсадные трубы можно использовать повторно, если сразу после проходки извлечь их из выработки. Колонковая труба – снаряд многоразового использования, чего нельзя сказать о коронках. Для бурения в осадочном горизонте их требуется не меньше двух, а то и более. При сооружении скважины на известняк предсказать число стертых коронок с точностью невозможно.
Буровую установку можно монтировать на автомобильную технику с высокой грузоподъемностью либо на гусеничную спецтехнику в случае проведения работ в условиях сложного рельефа. Более легкую мобильную технику можно использовать при бурении колонковым способом скважин на воду.
Труба колонковая
Колонковые трубы — это специальный вид геологоразведочного оборудования, предназначенный при бурении скважин в качестве направляющей ствола скважины и приемника горной породы.
Где применяются колонковые трубы
Данный вид бурового оборудования применяется для создания скважин в любых разновидностях горных пород. Их основные функции: принять и удержать керновый материал при его подъёме на поверхность;
сохранить правильное направление ствола скважины при бурении.
За бурение в монолитных породах отвечают одноколонковые трубы, а в смешанных – двойные. Допускается повторное использование колонковых труб по прямому назначению.
Изготовление и характеристики колонковых труб
Колонковые трубы для геологоразведочного бурения должны соответствовать требованиям стандартов ГОСТ 6238-77 и 51682-2000. Производятся конструкции из высокопробной стали групп прочности Д, К и М.Изделия диаметром 25 и 33,5 мм поставляют длиной 1,0; 1,5 и 3,0 м;диаметром 44 мм – длиной 1,0; 1,5; 3,0 и 4,0 м;
диаметром 57; 73; 89. 108 мм – длиной 1,0; 1,5; 3,0; 4,0 и 6,0 м.
На их концах нарезана внутренняя трапецеидальная резьба. Отличительная особенность колонковых труб – правая резьба. Особые требование предъявляются к прямолинейности колонковых труб.
Колонковая труба с ниппельным соединением
Трубы соединяют с ниппелями, которые должны быть толще стенок трубы для повышения прочности соединения. Также допускается безниппельное соединение.
Чтобы повысить устойчивость поверхности к износу, колонковые трубы по их концам на расстоянии порядка 500 мм подвергаются закалке с применением токов высокой частоты (ТВЧ). Для таких изделий твердость поверхности должна быть не менее 40 единиц по Роквеллу. А чтобы исключить «заедание» резьбы, ниппеля обрабатываются способом карбонитрации. Твердость поверхности по резьбе — не менее 50 ед. Роквелла. Длина ниппелей стандартная и составляет 170 мм.
ЗАО «Горные технологии» предлагает колонковые трубы для геологоразведочного бурения и ниппели к ним, изготовленные на собственном производстве из сертифицированных высококачественных материалов в соответствии с принятыми нормами и стандартами качества.
Размеры и масса труб и ниппелей типа НС.
Отправить заявку
Двойные колонковые трубы ТТ, Т2, Т6 и породоразрушающего геологоразведочного инструмента TECSO S.A., Испания
Фирма “TECSO S.A.” является одним из Европейских лидеров в производстве бурового геологоразведочного оборудования и инструмента. Производится следующая номенклатура: одноколонковые трубы диаметром бурения от 46 мм. до 146 мм.
; двойные колонковые трубы (наборы) типов ТТ, Т2, Т6 с сборе и комплектующие к ним различных диаметров от 46 до 146 мм.; колонковые наборы ССК (W-L) , комплектующие к ним, а также комплексы ССК (W-L) диаметров от 46 мм. до 146 мм.
(AQ- PQ); трубы бурильные и обсадные ниппельные и безниппельные, гладкоствольные колонны ССК различных диаметров; буровой инструмент алмазный и твердосплавный: коронки и расширители калибраторы диаметром от 46 до 146 мм.
; вспомогательный инструмент (вертлюги-сальники, ключи, наголовники, аварийный инструмент, трубодержатели и т.д.); насосы промывочные плунжерные; пробоотборники и т.д.
Буровой инструмент “TECSO S.A.
” выпускается в соответствии с метрическими и дюймовыми международными стандартами, поэтому по типоразмерам он полностью взаимозаменяем с инструментом других изготовителей.
Производство и контроль качества сертифицирован в системе ISO 9001, а также имеет ряд других Европейских сертификатов. Также продукция “TECSO S.A.” имеет сертификат соответствия ГОСТ Р РФ.
Двойные колонковые трубы, технические характеристики.
Колонковые трубы и коронки “TECSO S.A.” обеспечивают отличный выход керна, высокую скорость и экономичность бурения. Их можно использовать как с зарубежными, так и российскими бурильными трубами на зарубежных и отечественных буровых станках. Для всех типов колонковых труб поставляется буровой инструмент.
Типы двойных колонковых труб компании “TECSO S.A.”
| Тип колонковой трубы | Диаметр бурения/скважины, мм. | Диаметр керна/Внутренний диаметр коронки, мм. | Рекомендуемый диаметр бурильной трубы, мм. | Скорость вращения, об./мин. | Усилие подачи, к Н. | Промывка, л/мин. | Ориент. скорость бурения, см./мин. |
| Двойные колонковые трубы (наборы) серии ТТ | |||||||
| ТТ 46 | 46 | 35,5 | 43,0 | 1200-1800 | 22 | 10-25 | 15-10 |
| ТТ 56 | 56 | 45,5 | 55,0 | 1000-1400 | 25 | 15-30 | 10-25 |
| Двойные колонковые трубы (наборы) серии Т2 | |||||||
| Т2 46 | 46 | 32,0 | 43,0 | 1200-1800 | 25 | 10-25 | 15-30 |
| Т2 56 | 56 | 42,0 | 55,0 | 1000-1400 | 30 | 15-30 | 10-25 |
| Т2 66 | 66 | 52,0 | 55,0 | 850-1450 | 14-20 | 27-44 | 9-18 |
| Т2 76 | 76 | 62,0 | 63,5; 70 | 750-1250 | 16-24 | 16-25 | 8-16 |
| Т2 86 | 86 | 72,0 | 70,0 | 650-1100 | 18-27 | 44-70 | 7-14 |
| Т2 101 | 101 | 84,0 | 70,0 | 550-950 | 28-38 | 93-147 | 6-12 |
| Двойные колонковые трубы (наборы) серии Т6 | |||||||
| Т6 76 | 76 | 57,0 | 70,0 | 750-1250 | 20-30 | 16-25 | 8-16 |
| Т6 86 | 86 | 67,0 | 70,0 | 650-1100 | 23-35 | 44—70 | 7-14 |
| Т6 101 | 101 | 79,0 | 70,0 | 550-950 | 28-38 | 84-116 | 6-12 |
| Т6 116 | 116 | 93,0 | 70,0 | 500-850 | 31-46 | 136-190 | 6-10 |
| Т6 131 | 131 | 108,0 | 70,0 | 400-700 | 35-53 | 146-205 | 4-9 |
| Т6 146 | 146 | 123,0 | 85,0 | 400-600 | 34-59 | 212-297 | 4-8 |
| Тройные колонковые трубы (наборы) серии Т6 S | |||||||
| Т6 101 S | 101 | 72,0 | 70,0 | 550-950 | 32-40 | 78-110 | 5-10 |
| Т6 116 S | 116 | 86,0 | 70,0 | 500-850 | 35-55 | 130-180 | 5-8 |
| Т6 131 S | 131 | 101,0 | 70,0 | 400-700 | 40-55 | 140-190 | 4-8 |
| Т6 146 S | 146 | 116,0 | 85,0 | 400-600 | 50-60 | 200-280 | 3-7 |
Двойная колонковая труба типа Т2 компании “TECSO S.A.”
1 — коронка; 2 — кольцо кернорвательное; 3 — корпус кернорвателя; 4 — удлинительный патрубок; 5 — расширитель-калибратор; 6 — внешняя труба; 7 — внутренняя керноприёмная труба; 8 — шайбы; 9 — стопорное кольцо; 10 — уплотнительное кольцо; 11 — переходник колонкового набора; 12 — шток подшипникового узла; 13 — корпус подшипникового узла; 14 — упорное кольцо; 15 — регулировочная шайба; 16 — шариковые подшипники; 17 — гайка.
Некоторые типы породоразрушающего инструмента для двойных колонковых труб
|
Коронка алмазная импрегнированная, изготовленная из качественных синтетических алмазов. Выпускается “прямого” и “W-образного” профиля. Выпускается семь типов матриц различной высоты: М1- М7 для бурения пород, различных по крепости и абразивности от средне- крепких до крепчайших и от неабразивных до сильно абразивных. Прекрасно подходят для высокооборотного производительного колонкового бурения. |
|
|
Коронки алмазные однослойные применяются для колонкового бурения пород различных по крепости и абразивности. Однослойные коронки с различной крупностью зерна (8-10, 10, 10-15, 20-25, 30-40, 40-60 и 60-80 шт./кар.) отлично подходят для бурения некрепких пород, пород средней крепости и крепких. Имеют различные профили: “полусфера”, “полная сфера”, “ступенчатая” и т.д. |
| Однослойные расширители-калибраторы предназначены для калибровки и обеспечения цилиндричности скважины. Выпускаются “прямого” и спирального профиля. |
| Твердосплавные коронки типа CARBOTEC, изготовленные из твердосплавных (“ВК” карбид вольфрама) спёков-конгломератов размером от 2 до 6 мм. на медно-никелевой матрице, предназначены для бурения некрепких пород – пород средней крепости до сильно абразивных. |
| Твердосплавные (“ВК” карбид вольфрама) резцовые коронки предназначены для бурения слабых и некрепких пород различной абразивности низкооборотным колонковым бурением. |
Некоторый опыт эксплуатации двойных колонковых труб
В 2008 году коронки и колонковые трубы “TECSO S.A.” работали в Иркутской области в ЗАО “СИБИРСКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ”, которая ведет разведку золоторудного месторождения в Бодайбинском районе.
Участок буровых работ “Светлый” представлен: песчаники кварц-полевошпат хлорит серицитовые; часто окварцованные алевросланцы, сланцы филлитовые того же состава часто окварцованные; прослои темно-серых углеродистых сланцев; кварцево жильные зоны метаморфизированные, не редко гидротермально проработанные; кварцево-жильные зоны с 10% кварца. Все породы характеризуются выше средней абразивностью и динамической прочностью. Категория пород по буримости от 7 до 10. Задача заключалась в оперативном проведении бурения с получением кондиционного керна в пределах 95% с максимальным сохранением структуры пород.
Бурение велось российской установкой КБ-4С с буровым станком СКБ-41. Конструкция скважины: от 0 до 5,0 м. бурение скважины “всухую” (в связи с необходимостью выхода керна 100% по делювиальным отложениям) твердосплавными коронками СМ6 O112 мм.
С последующим обсаживанием пройденного интервала обсадной трубами O108 мм. на нижний сальник; от 5,0 до 10,0 м бурение производилось двойными колонковыми трубами типа Т2 86 с расширителем с обсаживанием пройденного интервала обсадными трубами O89 мм.
На нижний и верхний сальник; от 10,0 до 250,0 м. дальнейшее бурение скважины до проектной глубины осуществлялось двойными колонковыми трубами 76 Т2 с импрегнированными алмазными коронками, тип матрицы М4 “TECSO S.A.” с однослойными расширителями того же производителя.
В качестве очистного агента при бурении использовалась техническая вода.
Всего пробурено 3564 метров скважин. Израсходовано коронок (“TECSO S.A.” Т2 76 матрица М4) — 27 при средней наработке на отказ — 132 м, расширителей однослойных — 22, при наработке на отказ — 139 м. Механическая скорость бурения составила от 6,0- 12,8 п.м./час. Выход керна — 97% с сохранением всех структур проходимых пород.
Двойная колонковая труба: принцип работы и сфера применения
Двойная колонковая труба представляет собой инструмент, целью использования которого является увеличение показателя выхода керна при бурении, а также для улучшения показателя его сохранности. Кроме того, применение двойных колонковых труб позволяет увеличить показатель проходки, что также является немаловажным доводом в пользу применения такого инструмента.
Выделяется 2 типа двойных колонковых труб: устройство с вращающейся внутренней трубой и с неподвижной. Основным фрагментом конструкции данного инструмента является узел подвески – то есть место соединения внутренней трубы, выступающей в роли керноприемника, при помощи специального переходника, в котором предусмотрены отверстия для прохода промывочной жидкости.
Каждый из этих инструментов имеет свою область применения, где он наиболее эффективен. Так, труба с невращающейся внутренней частью используются в алмазном бурении рыхлых и разрушенных твердых пород.
Кроме того, они могут применяться и проведении работ на участках переслаивания пород с различными показателями твердости.
В случае с зафиксированной упорными шарикоподшипниками внутренней трубой при попадании в нее керна она перестает вращаться, что позволяет избежать самозаклинивания керна, увеличить процент его выхода и показатель проходки за один рейс.
Подвижная внутренняя труба также предотвращает самозаклинивание благодаря создаваемому восходящему потоку промывочного раствора, керн гораздо эффективнее входит в принимающую трубу. Показатель проходки также повышается. Применяются такие устройства при работе в монолитных породах со средним показателем твердости, а также для работы в твердых трещиноватых породах.
Тип применяемой промывочной жидкости (вода или глинистый раствор), а также конкретный тип коронок зависит от вида используемого инструмента. Аналогично выбору породоразрушающего инструмента и промывочного агента в каждой конкретной ситуации осуществляется индивидуальный выбор режима бурения, исходя из выбранного оборудования и геолого-технических условий.
Колонковое бурение скважин технология
Выбор месторасположения скважины на воду должен быть основан на результатах исследований, в том числе гидрогеологических. Один из самых точных методов исследования недр — бурение разведывательной скважины. Один из самых востребованных видов бурения разведывательной скважины — колонковое.
Содержание
Основное отличие колонкового бурения — разрушение проходимой породы по периферии забоя с полным сохранением ее центральной части в колонковой колонне.
Чтобы было понятно: если на перфоратор прикрепить круглую коронку, вгрызться ею в цемент, получим мини-модель колонкового бурения, показывающую сам принцип — в цементе будет вырезан тонкий круг, центр останется в целости и сохранности.
Правда, «керн» мы не вырвем из цемента (нечем заклинивать), но не суть — именно так проходит колонковое бурение скважин.
Установка на колесной базе
- Коронку соединяют с колонковой трубой.
- Колонковую трубу соединяют с бурильными трубами, наращиваемыми по мере проходки.
- Верхнюю бурильную трубу закрепляют в шпинделе бурового станка, работающего от двигателя посредством ременной передачи.
- Станок вращает трубы, коронка разрушает породу по периферии забоя.
- Образующийся в центре керн наполняет колонковую трубу.
- Насос подает промывочный раствор через шланг, сальник, бурильные трубы.
- Выходящий на поверхность раствор выносит разрушенную породу, проходит по желобам, где оседает шлам.
- Очищенный раствор насос вновь подает на забой.
При полном заполнении колонковой трубы керном его заклинивают, отрывают и поднимают наверх вместе со снарядом. Для этого прекращают бурение. Процесс останавливают и для смены рабочей коронки, когда она приходит в негодность (затупляется).
Режим бурения определяют по следующим параметрам:
- вид коронки,
- количество оборотов,
- объем и качественные характеристики промывочной жидкости,
- осевая нагрузка.
Зачастую используют утяжеленные бурильные трубы, и это не прихоть — их применяют не только для повышения нагрузки на коронку и снижения износа оборудования, но и в целях предотвращения отклонения скважины от вертикали.
В зависимости от состояния забоя в качестве промывочной жидкости используют:
- аэрированный раствор,
- глинистый раствор,
- пены,
- полимерные жидкости,
- сжатый воздух,
- эмульсии.
Керн извлекают двумя способами:
- Подъем бурильной колонны — столбик пород заклинивают и отрывают от забоя, поднимают вместе с колонной.
- Гидротранспорт — через бурильную колонну керн непрерывно подается на поверхность под давлением промывочного состава.
Второй метод считается перспективным. Продолжают разработки по его усовершенствованию, включая плавную регулировку скорости вращения в автоматическом режиме.
Скорость колонкового бурения скважин высока:
- роторным методом — 100–3000;
- турбинным — 60–900 оборотов в минуту.
В колонковом бурении используют:
- колонковую трубу;
- колонну бурильных труб;
- коронку или колонковое долото (в зависимости от абразивных свойств и твердости исследуемых пород);
- муфтово-замковые, ниппельные соединения;
- промывочный сальник;
- тройной переходник;
- шламовую трубу.
В спускоподъемных операциях используют ключи, подкладывающие вилки, элеваторы.
Коронка — кольцо, сделанное из трубной заготовки. На изготовление идут:
На рабочем конце коронки находятся резцы, изготовленные из алмазов или твердых сплавов. По сути, коронка — кольцо с расточенной на конус внутренней поверхностью и правой трапецеидальной наружной резьбой в верхней части.
Впервые метод был предложен еще в 1862 году господином Лешо. Минуло полтораста лет с хвостиком, а колонковое бурение до сих пор востребовано, да еще считается перспективным. Причина длительности нахождения метода на пьедестале в его преимуществах:
- столбике керна, извлекаемом на поверхность в целости, что открывает возможность тщательного исследования недр: керн показывает пласты в разрезе, ни один другой способ не дает таких точных данных;
- использовании сравнительно легкого оборудования;
- возможности бурения с отклонением вплоть до горизонтального: с применением этого метода проходят вертикальные, восстающие, многозабойные, наклонные скважины;
- проходке любых пластов, включая базальтовые и гранитные;
- малом диаметре пробуренной скважины (при разведке месторождений нефти — до 305 мм; воды — до 151 мм) при откровенно большой ее глубине.
Кольская сверхглубокая скважина была пробурена этим способом. На 7000 м произошел обрыв колонны в нестандартных грунтах; дальше бурили с отклонением и достигли отметки в 12 262 м — беспрецедентный результат в разведывательном бурении.
В обустройстве скважин на воду колонковое бурение — один из самых точных методов разведки. Он обеспечивает качественное вскрытие водоносного пласта, не оставляя места для предположений — поднятый на поверхность керн наглядно демонстрирует структуру пройденных грунтов и пород.
Не забываем: от качества вскрытия пласта напрямую зависят срок службы скважины и ее дебит. Они-то и составят экономию, хотя изначально кажется, что с разведывательным бурением выйдет дороже. Кроме того, пробуренную скважину можно использовать, продолжив ее обустройство после поднятия керна на поверхность (если его не подавали гидротранспортом).
Колонковое бурение проводят приблизительно как показано в ролике. То есть достоверны техника и сам процесс, а вот детали требуют пристального внимания.
По всей видимости, дыру сделали исключительно для съемок. Вокруг предполагаемой скважины нет приямков. Промывочная жидкость ведет себя как ей хочется. Выбросы бесконтрольны.
На деле жидкость должна поступать в специально обустроенное заглубление, где выносимая порода будет оседать. Насос перекачает оттуда раствор и заново направит его на промывку забоя.
В углубление раствор поступает по специальным желобам. Эти земляные работы проводят на предварительном этапе.
Мы не зря приводим в пример именно этот ролик: знание, как не надо делать — половина успеха. Самостоятельное колонковое бурение абсолютно бессмысленно: грамотно проанализировать керн могут только специалисты, и обращение к ним — необходимость.
Однако контролировать этих специалистов вполне возможно и даже нужно. Показанное в видео неприемлемо. Даже если промывочную жидкость не используют вторично, то отвести ее должны туда, куда вам надо, а не уделывать весь участок выбросами породы.
Загрузка...
