Особливості колонкового буріння свердловин
Висока продуктивність сучасних бурових установок дозволяє розробляти свердловини з великим діаметром та глибиною. Якщо ж йдеться про малі робочі параметри, то й сам підхід до технічної реалізації завдання може бути іншим. Наприклад, колонкове буріння дозволяє з мінімальними витратами виконувати вузькі свердловини, підтримуючи високу точність та акуратність при вирізанні породи.
Особливості технології
Колонковий метод застосовується у промисловості та геодезичних дослідженнях вже понад 150 років. Його особливе місце у низці технологій геологічної розробки обумовлено тим, що після завершення роботи залишається цілісний керн. Це циліндричний стовп із матеріалом зі свердловини, який може бути викинутий або збережений для подальшого вивчення породи – залежить від поставлених завдань. Іншими словами, вирізка та технологія виробляється не по всій площі бура, а по краях свердловини. Рух коронки у своїй теж відбувається строго з обох боків, що дозволяє зберігати породу. Разом з цим стовбури заповнюються робочим оснащенням, яке представляють бурові колонкового буріння - коронки, шнеки та керноприймачі. Дана технологія має і ряд обмежень, оскільки в міру поглиблення підвищується тиск на елементи, що ріжуть. З цієї причини максимальна глибина колонкових свердловин досягає лише 150-160 мм, залежно від типу ґрунту та характеристик обладнання.
Сфери застосування методу
Використання колонкових бурів виправдовує себе розробки міцних порід. Здебільшого це стосується гірських родовищ, які досліджуються у наукових чи проектних цілях. Наприклад, в інженерно-геодезичних дослідженнях може знадобитися проба цільного ґрунту з глибиною більше 1 м. Відповідно, метод використовується в розвідувальних дослідженнях,причому не лише у будівельній сфері. У гірничодобувній промисловості перед встановленням гідромеханіки та багатошнекових екскаваторів безпосередньо на місці розробки виконують колонкове буріння, за результатами якого складається проект майбутньої свердловини.
Використовуване обладнання
Основний функціональний агрегат є колонковою бурильною установкою. Вона може доставлятися на робоче місце і надалі використовуватися на спеціальній опорній платформі, або мобільним способом інтегруватися в шасі автомобілів КАМАЗ, МАЗ, Урал та ін. Для виконання робіт у складних умовах застосовується гусеничний транспорт.
Конструкція установки колонкового буріння формується несучим каркасом, двигуном, гідравлічною системою для керування позицією робочих органів, шлангом для промивання свердловини та поверхонь обладнання, а також механізмом кріплення насадок типу SDS. Для управління та енергопостачання можуть використовуватися модульні контрольні пункти та генератори. Оскільки роботи здебільшого виробляються на відстані від центральних комунікацій, то засоби автономного паливного живлення є основним джерелом енергії для такої техніки.
Пристосування та розхідники для буріння
У розробці порід можуть використовуватися різноформатні коронки і допоміжний інструмент. Для високоміцних твердих пластів використовують алмазні та дробові сегменти. Середню породу з погляду міцності ріжуть вольфрамітовими переможними та коронками, а ґрунт малої фортеці обробляють сталевими елементами. У кожному випадку обов'язково застосування засобів обслуговування вибою.
Для подачі води або вилучення керна можуть застосовуватися труби, шнекові пристрої, штанги для збільшення глибини.колонкового буріння та промивні сальники. На складних ділянках при організації багатоступінчастої конфігурації буріння також використовуються спеціальні перехідники з монтажною арматурою, обертачі та стикові вузли.
Робочий процес
На першому етапі цільовий майданчик очищається від сміття, дерну та сторонніх об'єктів. За кілька метрів від точки буріння формується яма для майбутнього зливу розчину для промивання. Її глибина залежить від запланованих обсягів роботи. Потім розміщення самого бура пробоєм створюється отвір, після чого коронка інтегрується в механізм захоплення. На цьому етапі верстат колонкового буріння нарощується після вильоту робочого оснащення за допомогою труб і перехідників. Далі починається обертання труби з різьбярами по краях.
Після кожного проходу із заповненням насадки керном конструкція піднімається. При ручному методі обслуговування робітники витягають породу ударами молотка. У механізованих установках ця операція виконується автоматично за допомогою спеціального штовхача. Потім виконується промивання, і бура знову занурюється в свердловину до моменту досягнення потрібної глибини. Для порід з тендітною нестійкою структурою в міру збільшення глибини проходу використовуються обсадні труби, що зміцнюють. Вони не дають стінам обрушитися та порушити параметри буріння.
Переваги технології
З точки зору можливості одержання акуратного керна, це оптимальний спосіб буріння. В якості альтернативи можна рекомендувати застосування роторного долота, але і в цьому випадку неможливо досягти такої ж точної геометрії різу. Також зберігається висока продуктивність. Потужні установки дозволяють за короткий проміжок часу виконувати серійну обробку цільової площі на кількох позиціях. Тому при комплексному підході дообстеженню технологія колонкового буріння дає можливість вивчення підземної будови ґрунтів.
За допомогою цього методу можна стабільно проходити і високоміцні породи, серед яких гранітні та базальтові. Самі свердловини можуть бути багатовибійними, повсталими та похилими – обладнання дозволяє формувати різні моделі розробки, варіюючи швидкість та розмірні параметри.
Недоліки технології
У числі головних мінусів колонкової техніки буріння називають необхідність застосування розчинів для промивання, обмеження по глибині проходу і жорсткі вимоги до обслуговування інструменту. Найчутливішим під час роботи буде фактор зносу труб. Ріжучі кромки швидко зношуються, після чого потрібно виконувати заточування або повне оновлення робочих сегментів. Тому навіть при розробці порід середньої міцності рекомендується застосовувати алмазне колонкове буріння свердловин із рясним використанням глинистого розчину. Взагалі, що стосується промивання, то без неї неможливо отримати якісний різ по колу керна із збереженням працездатності функціонального оснащення. Багато організацій практикують техніку сухого буріння, але зрештою вона обходиться дорожче і з фінансових, і з технічних ресурсів.
Висновок
Оптимізація технологічних підходів до виконання свердловин у різних напрямках зводиться до автоматизації процесу та скорочення кількості застосовуваних вузлів та агрегатів. Ставка робиться на багатофункціональність і практичність, що досягається, в тому числі, за рахунок підвищення робочих якостей коронок, що застосовуються. У разі колонкового буріння варто підкреслити оптимізацію в самій схемі розробки свердловин. За всіх своїх недоліків, це найкраще рішення для забезпечення неглибокої вибірки породи. Причомуцю технологію теоретично можна використовувати і в побутових умовах, задіявши дрібноформатне оснащення та силове обладнання ручного типу.