Колонковое бурение: особенности технологии и процесс обустройства скважин

Среди различных методов бурения, колонковое бурение, хоть и относится к старым, механическим способам, но остается весьма продуктивным и экономичным. Хозяева загородных домов знают, что колонковое бурение – это метод, который зачастую используется при обустройстве водоснабжения их жилья. Разбираемся, в чем заключается суть метода, какими достоинствами он обладает, каковы его технологические особенности.

Суть колонкового бурения

При классическом бурении, существовавшем до появления данного метода, порода, сквозь которую шел бур, разрушалась по всей площади забоя. Колонковое бурение выполняется специальным колонковым буром. Он разрушает породу по контуру режущей насадки, а в центре забоя она сохраняется цельной, и периодически вынимается в виде керна (цилиндрического столбика). Разрушенная порода извлекается промывкой скважины.

Колонковый бур отвечает за получение скважины заданной глубины и диаметра. Его рабочая часть (коронка) выбирается в зависимости от твердости пород, которые предстоит проходить. Для бурения пород небольшой твердости используют стальные бурильные коронки; для более твердых – победитовые или алмазные коронки.

Сферы применения

Главная особенность колонкового бурения заключается в том, что в результате на поверхность из глубоких горизонтов поднимаются цельные образцы глубоко залегающих пород. Керн содержит важную геологическую информацию, и потому метод востребован в геологических изысканиях, при разведке месторождений полезных ископаемых.

Кроме того, с помощью колонкового бурения решаются и другие задачи.

• Обустройство бытовых и промышленных скважин на воду. Быстровращающийся инструмент обеспечит доступ к водяным горизонтам, как для отдельного дома, так и для предприятия или поселка.
• Геологическое исследование участка. Оно позволяет получить представление об условиях конкретной местности, и дает обоснования для проведения строительства, исключают возможные риски.
• Строительные потребности. При помощи бурового оборудования малого диаметра выполняют отверстия для свайных фундаментов и других задач.

Достоинства и недостатки метода

Технология колонкового бурения скважин обладает рядом достоинств.

• Работы по бурению проводятся оперативно (с высокой скоростью) на грунте любой прочности и устойчивости.
• Бурение возможно даже в очень твердых грунтах; их разрушение происходит за счет замены коронок бурильного инструмента.
• Средняя глубина скважин достигает 1000 метров, но это далеко не предел. Достижение больших глубин возможно благодаря небольшому диаметру скважины.

• Метод характеризуется низкими технологическими затратами. Экономичность объясняется тем, что используется не только электроэнергия, но также вода и воздух.
• Благодаря тому, что керн извлекается из выработки в цельном виде, появляется возможность проводить точные лабораторные исследования. По ненарушенным структурам изучают состав и расположение геологических пород, что позволяет вести разведку полезных ископаемых и водных запасов.
• В отличие от многих других методов бурения для колонкового характерна вариативность. Есть возможность направлять бур не только вертикально, но и горизонтально или под углом к горизонту.

Минусы метода.

• Существует вероятность заклинивания керна.
• Если не использовать промывочную жидкость, коронка быстро затупляется (особенно на высоких скоростях).
• Так как сечение скважины сравнительно небольшое, в будущем невозможно использовать мощные погружные насосы.

Технологические особенности процесса

Колонковое бурение выполняется двумя способами.

• С подачей воды. Скальные и полускальные породы бурятся с обязательной подачей воды в зону бурения. Вода выполняет несколько задач: охлаждает буровой инструмент и размывает грунт; кроме того, выносит породу на поверхность. Подача воды нужна и на рыхлой почве.
• Без воды, на сухую. Такой вариант используется при работе на влажном, глинистом или суглинистом грунте. Бурение на сухую выполняется медленнее, чем мокрое, и используется при обустройстве неглубоких скважин небольшого диаметра.

При производстве буровых работ используется установка, основным элементом которой является колонковый бур – полая труба с расположенной в нижней части насадкой-коронкой. Насадки различаются напылением и видом резцов, что позволяет подбирать инструмент к грунту с разными характеристиками плотности.

Диаметр коронок колеблется в пределах 50-160 мм; они изготавливаются из разных материалов.

• Для прохождения скальных пород задействуют алмазные или твердосплавные коронки, которые тупятся намного медленнее, чем инструмент из другого материала.

• Породы средней твердости проходят при помощи вольфрамовых коронок.
• Если работа ведется в верхних осадочных породах (суглинок, песок), обычно используют стальной инструмент.

Сама буровая установка монтируется на автомобиле. Это обеспечивает маневренность и устойчивость конструкции, что особенно важно, если работа ведется на участке со сложным рельефом. Для обустройства выработки часто используют переносные установки, но у такого оборудования имеются ограничения (их использование ограничено равнинными участками).

Как выполняется колонковое бурение

Колонковое бурение под скважину водозабора включает следующие действия.

• Подготовка поверхности. Специалисты определяют место, где будет установлен буровой станок. Выкапывают ямы, куда будет сливаться промывочный раствор.
• Подготовка оборудования и инструмента. Готовят обсадные трубы и коронки нужного формата.
• Пробивка грунта. Бур входит в почву вращательным движением, постепенно углубляясь и прорезая цилиндрическое отверстие.

• Центральная часть грунта попадает внутрь трубы. После заполнения трубу поднимают наверх и продувают. Рыхлый или водосодержащий слой просто выдувается, нижние, более плотные породы, выдавливаются при помощи воды в виде керна.
• Исследование керна помогает оценить близость залегания водоносного слоя (если идет поиск артезианского горизонта). Если готовится проектно-сметная документация, данные керна помогут выполнить расчеты или скорректировать их.
• По мере увеличения выработки устанавливаются обсадные трубы (наращивание происходит при помощи резьбовых соединений). Подъем и очистка цилиндра постоянно контролируется.

Для промывки скважины чаще всего используют воду и воздух, но возможны и другие варианты промывочных жидкостей. Если стенки скважины осыпаются, их можно укрепить использованием глинистого раствора. Если работа выполняется в сложном, сыпучем грунте, могут использоваться и более дорогие виды промывки: полимерные или пенистые составы, или эмульсии.

Коротко о главном

Колонковое бурение – метод, который применяется для изучения геологии, в обустройстве артезианских скважин и в строительстве. Технология особенно востребована на твердых грунтах благодаря своей эффективности и возможности использования коронок разного диаметра и материала. Оборудование для пробивки скважины может быть переносным или установленным на автомобиль.