Шнековое бурение скважин — преимущества и недостатки

Шнековое бурение позволяет создать скважину глубиной 50-80 м в породах с невысокой твёрдостью, таких как чернозём, песок, торф, глина. Важно, чтобы на пути бурильного инструмента не попадались крупные камни и валуны. Диаметр скважины, полученной таким способом, может достигать 70-400 см, а специальные расширительные приспособления позволяют увеличить его до двух метров.

Как происходит шнековое бурение

Шнековое бурения используют для получения скважин в породах I-IV категории буримости. При прохождении слабоцементированных залежей гальки или щебня можно достичь особенно высокой скорости. Для работы используют специальное оборудование:

• шнековую колонну или транспортёр;
• породоразрушающий инструмент (трёх- или двухлопастное долото).

Шнек состоит из металлической трубы, к которой снаружи приварена лента из металла толщиной 4-6 мм в форме спирали. Шаг спирали равен:

• для вязких пород – 50-70% от диаметра шнека;
• для сыпучих и твёрдых – 86-100 %.

Шнековый транспортёр используют для получения образцов грунта. Он имеет полую трубу с большим проходным отверстием. Отделённый грунт поступает в специальную гильзу, позволяющую получить образец без соединения и перемешивания с отложениями других горизонтов.

Описание процесса бурения

Буровой инструмент внедряется в породу и скалывает её. Отделённый грунт поступает на вращающийся шнек и не требует дополнительного дробления и перемалывания. Шнек быстро вращается, создавая центробежную силу, которая прибивает грунт к стенкам скважины. Благодаря этому канал укрепляется. Остатки разбитого грунта движутся вверх к устью и выбрасываются на поверхность.

Долото быстро проникает в рыхлые отложения, отдавая им избыточное тепло, которое появляется в процессе работы. Площадь контакта резцов и грунта достаточно велика, чтобы металл охлаждался до рабочей температуры. В процессе бурения на стенки скважины наслаивается небольшое количество грунта, поэтому диаметр долота должен на 10-20 мм превышать ширину колонны со спиралевидной лентой.

Обычно коронка вращается с частотой 100-200 оборотов в минуту. Её повышение вызывает вибрацию установки, а снижение – ухудшает доставку грунта на поверхность. Если отложения достаточно рыхлые, резец внедряется в их толщу без прикладывания дополнительной силы под действием:

• веса буровой колонны;
• усилия вращательного механизма;
• реактивного усилия, которое возникает при транспортировке грунта на поверхность.

Дополнительную нагрузку на ось нужно создавать при прохождении мёрзлых или относительно твёрдых грунтов, сухих плотных глин. Она может составлять 15-30 кН.

Прохождение глины и гравия

При прохождении глины шнек забивается, поскольку вязкая порода налипает на его стенки. В таком случае применяют коронки с плавным переходом лопастей в спираль шнека, а также спирали с коротким шагом. Прохождение замедляют до 12-15 см/мин, а частоту вращения максимально увеличивают. Можно дополнительно вливать воду в скважину (10-20 л на каждый метр), включать вибратор. Если шнек всё же забивается, каждые 1,5-2 м углубления его нужно поднимать на поверхность и очищать от наслоения глины.

Отложения мелкого гравия или гальки бурят с повышенной частотой вращения установки – до 300 оборотов в минуту. Чтобы избежать вибраций, над коронкой следует установить 2-3 утяжелённых шнека. Отложения крупной гальки бурят при 30-40 об./мин без дополнительной осевой нагрузки.

Стоимость и сроки проведения работ

В отличие от других видов бурения, шнековый способ отличается высокой производительностью и низкой стоимостью. Цена и сроки обустройства скважины зависит от её глубины, назначения и от характера грунта. Работа выполняется достаточно быстро в сравнении с роторным и ударно-канатными способами бурения.

Преимущества и недостатки технологии

Использование шнеков для обустройства скважин имеет ряд преимуществ:

• высокая скорость проходки (до 40-80 м/ч);
• слабое изнашивание техники и буровой коронки, поскольку сопротивление грунта достаточно низкое;
• нет необходимости дополнительно охлаждать оборудование;
• монтаж и демонтаж установки происходит достаточно быстро;
• можно получить широкую скважину.

Недостатки технологии:

• бурение возможно только в мягких отложениях;
• высокий расход мощности;
• небольшая глубина скважин.

Недостатки метода ограничивают область его применения, но не сказываются на производительности оборудования, не усложняют работу с ним, поэтому такой способ бурения остаётся одним из самых популярных.

В каких сферах применяют шнековое бурение

Шнековый способ бурения используют при инженерно-геологических изысканиях, при проходке разведочных и зондировочных скважин в пластичных глинистых грунтах. Сфера применения технологии включает прохождение лидерных скважин под столбцы для забора или сваи, опоры освещения, а также разведку под строительство и месторождения мела.

Шнековые установки просты в управлении и монтируются на колёсный транспорт, поэтому высоко мобильны. Этот метод бурения чаще всего используется при обустройстве скважин для воды ввиду его высокой производительности. Но его можно применять только в рыхлых грунтах, что создаёт некоторые территориальные ограничения.