Колонковое бурение как безошибочный метод определения месторасположения скважины на воду. Колонковое бурение скважин: описание технологии Колонковый бур

Колонковое бурение скважин - это одна из технологий, которая определяет ровное вырезание скважины в породе с помощью острых резцов, установленных на специализированной трубе. Ее отличием от стандартного бурения является использование особого бура с нарезными краями, которые лишь вырезает по краям породу, сохраняя ее внутренние и внешние края цельными. Также такое колонковое бурение проходит по быстрому способу, скорость которого в разы превосходит классический метод с разрушительным действием окружающей породы.

Образованный керн в дальнейшем изымается. Это один из эффективных способов для определения состава твердой породы на конкретном участке.

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.

Технология колонкового бурения скважин

Технология такого процесса подразумевает использования нескольких типов оборудования. Их отличие составляет в потенциальной мощности и типе передвижного кузова. Например, передвижной гусеничный транспорт с установленной системой будет иметь преимущество на участках с мягкой породой.

Важно учесть, что создание нефтяных месторождений должно проходить при высоких оборотах механизма, так как сама коронка имеет риск быстрого износа. Это эффективный способ для создания глубоких скважин.

Процесс промывки самой коронки, что предотвращает ее нагревание, обеспечивается водой или раствором из глины. Обычно, возле самой буровой установки и насоса установлен отдельный небольшой резервуар для хранения промывочной жидкости.

Такая технология в данном случае ведется при помощи колонковой трубы, коронки и буровой трубы, что проходит через весь участок породы. Сальник на поверхности приводит в действие механизм промывки системы.

Бурение колонковым способом требует наличия определенного списка оборудования:

1. Снаряды колонковые. Они существуют двух основных типов: с тонкими простенками и стандартные. Первые применяются для горизонтального бурения любых типов пород, в то время как вторые – для вертикального и незначительного уклона при горизонтальном создании скважин.
2. Колонковое бурение подразумевает наличие обсадной трубы, диаметр которой определяется габаритами самой коронки. Она эксплуатируется для сохранности боковых простенков.
3. Сальники, что используются для промывки всего механизма бурения.
4. Технология бурения твердых или рыхлых пород часто не обходится без наличия коронок с алмазными наконечниками.

Колонковое бурение скважин начинается с этапа формирования площадки. Для этого устанавливается насосное оборудование, которое будет проводить этап создания нефтяных или других типов скважин. Рядом с наносом рациональнее сформировать соответствующую яму для закачки промывочной жидкости. Такой способ позволит не использовать дополнительно резервуар с водой или глиняным раствором.

Колонковое создание скважин может требовать замены основной коронки прямо во время бурения. Для этого трубу вынимают и производят быстрый монтаж новой коронки. Дополнительные остановки могут потребоваться, когда керн заполнит всю буровую трубу (специальный желонок). После этого его также извлекают и по нему определяют уровень пробуренной глубины.

Колонковое создание нефтяных скважин может проводиться, как с водянистой промывкой, так и со специальным указанным выше глиняным раствором. В некоторых случаях возможно применение воздуха под высоким давлением. Однако это актуально в том случае, если сама порода на любой из глубин не содержит воды. Технология применения глиняного раствора актуальна для пород, которые имеют мягкую структуру, и существует риск их преждевременного обвала.

Также может применяться и другой способ укрепления – обсадочный трубы. Они также указывались выше. Дело в том, что существуют слишком мягкие породы и участки на больших глубинах, промытые проточным течением вод. Чтобы избежать риска их обвала, используется установка стальной трубы по контуру (или трубы из другого материала, имеющего устойчивые характеристики к механическому, химическому воздействию). Бурение нефтяных скважин подразумевает применение любой технологии, описанной выше, исходя из геологических требований.

Колонковое бурение на больших глубинах (более нескольких сотен метров) подразумевает использование трубы с автоматическим механизмом – подъемником, который производит поднятие керна на поверхность земли.

Также колонковый метод может проводиться «на сухую», без применения жидкости или глиняного раствора для промывки породы. Это исключает необходимость подключения насосной станции и применения резервуара с водой, но замедляет процесс создания нефтяных и других скважин за счет быстрого износа коронки.

Характеристики алмазного бурения

Колонковое бурение считается одним из наиболее популярных способов инженерно-разведывательных изысканий, который зачастую применяется для изучения месторождений полезных ископаемых.Вместе с тем, технология колонкового бурения скважин может использоваться не только в горнодобывающей промышленности. Данный метод нередко применяется на территориях частного землевладения – с его помощью осуществляется доступ кподземным водам для организации автономного водоснабжения.

Быстровращательное сверление грунта, в процессе которого порода разрушается по кольцу, а не по всей площади, называется колонковым бурением скважин. Основным инструментом в этом случае выступает коронка – пустотелый цилиндр с заостренными резцами, твердость которых зависит от разрабатываемой породы.

К сведению. Для крепких пород применяется алмазный резец, для средних – победитовый или вольфрамовый, а для пород небольшой крепости используется стальной режущий инструмент.

Область применения

Как уже отмечалось, колонковая технология бурения скважин наиболее часто применяется для разработки различных горных месторождений.В отличие от типичного роторного долота, полностью разрушающего грунт во время прохода, коронка действует более точечно, вырезая породу по своему радиусу. Таким образом, после прохода образуется своеобразный столбик с цельной структурой – керн, по которому проводится анализ породы в данной местности.

Интересно знать. Помимо разведывательных изысканий данный способ используется в строительной сфере.Для сверления отверстий большого диаметра в железобетонных конструкциях подобная технология считается наиболее удачной.

При разработкескважинна воду бур с коронкой очень удобно применять для твердого грунта. В случае небольшого диаметра отверстия (до 150 мм) работы осуществляются достаточно быстро – от нескольких десятков до нескольких сотен метров за смену. Иногда проход коронкой используется, чтобысоздать направляющий ход для шнекового бурения. Такой метод существенно упрощает и ускоряет рабочий процесс.

Проход колонковым буром часто применяется для лучшей реализации шнековойтехнологии

Основные особенности

К специфическим особенностям колонкового бурения скважин можно отнести следующие моменты:

• порода извлекается цельными кусками, что дает возможность точно изучить разрез грунта;
• буровые работы производятся под разными углами;
• технология позволяет обрабатывать грунты с различным уровнем твердости;
• скважины можно существенно углублять при незначительном диаметре отверстия;
• буровое оборудование является достаточно маневренным, поэтому нередко используется в условиях сложного ландшафта.

Большой выбор коронок позволяет разрушать породы любой твердости

Колонковое бурение скважин: технология и оборудование

Существует два способа применения подобного бура: работа на сухую и с промывкой.Поскольку не всегда есть возможность обеспечить достаточный объем воды, очень часто рабочий процесс осуществляется без применения жидкости. В этом случае углубление происходит не очень быстро. Кроме того, вероятность слома коронки является значительной, поэтому сухоебурениесчитается довольно затратным мероприятием.

Извлечение породы с использованием промывки– более надежный метод, который, к тому же, позволяет углубляться в грунт гораздо быстрее. Его часто используют, когда необходимо пробурить скважину большой глубины, затратив на это минимально возможное время.

Схема колонкового бурения скважиныс применением промывочного раствора

Принцип работы

Рабочий инструмент вращается на высоких оборотах, разрезая с помощью коронки горную породу. При этом частоту вращения можно регулировать: для мягкого грунта устанавливаются сравнительно небольшие обороты, для твердых пород – более высокие.

Посколькукоронка разрезает грунт только по краю,образовавшаяся в процессе внутренняя часть должна извлекаться на поверхность. Для этого существует два способа:

1. Бур поднимается на поверхность, после чего из него извлекается керн.
2. Используется специальная труба-подъемник, по которой порода транспортируется наверх.

К сведению. Для крепких пород колонковые буры считаются более производительными, чем шарошечные и матричные долота, так какпри разработке скважины прикладывается меньше усилий.

Бурильный станок и инструмент

Бурильноеоборудование для колонкового бурения скважин, как правило, устанавливают на шасси классических автомобилей – Урал, КАМАЗ, МАЗ. Хотя дляработы в условиях сложных рельефов может использоваться гусеничная спецтехника.

Бурильные установки для реализации колонковой технологии

Для работ данного вида применяется такой инструмент:

• Стандартные или тонкостенные снаряды (трубы). Первые могут использоваться как для вертикального, так и для горизонтального (углового) сверления. Вторые применяются исключительно для горизонтальных работ.
• Породоразрушающий элемент – коронка. Наиболее универсальными считаются алмазные резцы, которые одинаково успешно разрушают твердый и рыхлый грунт.
• Штанги для наращивания глубины скважинного отверстия.
• Промывочные сальники, обеспечивающие подачу промывочного раствора и отвод потока жидкости с керном.
• Переходники для стыковки буровых штанг, промывочных сальников, вращателей.
• Долота, которые применяются для увеличения глубины скважины в особо сложных местах.

Бурильные трубы для приема керна и поддержания правильного направления скважинного отверстия

Этапы бурения

Технология колонкового бурения скважин реализуется следующим образом:

1. Подготавливается поверхность, которая очищается от мусора и посторонних предметов.
2. На небольшом расстоянииот планируемого отверстия роется яма глубиной около 2 м для промывочной жидкости.
3. В земле пробивается небольшое отверстие для размещения бура.
4. По мере углубления прохода в трубе скапливается грунт. При полном заполнении ееподнимают на поверхность.
5. Порода из трубы извлекается с помощью молотка. Удары необходимо наносить методично и не слишком сильно, чтобы не повредить металл.
6. После извлечения породы бур опускается обратно в скважину. Процесс повторяется до момента достижения необходимой глубины отверстия.

По составу извлеченного керна можно судить о структуре грунта на разной глубине

Дополнительные нюансы

Состав промывочной жидкости подбирается в соответствии со спецификой работ.Например, если для колонкового бурения скважины применяется алмазный инструмент, промывка осуществляется специальной эмульсией. Для песчаных грунтов в раствор добавляется состав (жидкое стекло, глинистая масса и т.п.), который укрепляет стенки скважинного отверстия.

Важно. Если работы производятся в грунте с неустойчивой структурой, использование промывочной жидкости для укрепления стен является неэффективным. В этом случае скважину необходимо укреплять обсадными трубами в процессе углубления.

Для работы в твердых породах следует изначально подготовить запасные коронки. Чем прочнее грунт, тем стремительнее изнашивается инструмент. Поэтому чтобы не останавливать процесс, лучше в запасе иметь несколько аналогичных экземпляров.

Видео: колонковое бурение скважины

Различные бурильные технологии могут существенно отличаться друг от друга, при этом каждая будет максимально полезна в определенных условиях.Эксплуатация колонкового бура позволяет за максимально короткие сроки создать в грунте отверстие требуемой глубины. Однако для реализации данного метода необходимо применение спецтехники. Поэтому чтобы его воплотить в жизнь, следует воспользоваться услугами профессиональных бурильщиков.

Существуют разные механические способы бурения, причем большинство из них может применяться для схожих целей, но все без исключения имеют свои уникальные особенности. Таким образом, колонковое бурение скважин, технология которого достаточно простая, может применяться для обычного проделывания отверстий в породе, но может быть использовано для добычи керна.

Рисунок 1. Схема колонкового бурения.

Основная технология

Такое бурение скважин чаще всего осуществляется для выявления и анализа залегающих пород (геологическое исследование). Шасси для такой техники может быть использовано от любого стандартного грузового авто, но при особых случаях используются более массивные и дорогие модели.

Вся работа осуществляется на высоких оборотах, поэтому рабочий инструмент подвергается сильной нагрузке. Для понижения износа используются специальные поверхностно-активные включения, благодаря которым уменьшается вибрация. Промывка ствола, в свою очередь, осуществляется при помощи воды, но временами приходится использовать глинистые растворы для обеспечения защиты от осыпаний и разрушений.

Колонковое бурение отличается от остальных способом работы – алмазная (либо твердосплавная) коронка движется только по краю, оставляя породу изнутри нетронутой, а после заполнения рабочего ствола грунт попадает в шнек и изымается. Подобный вариант позволяет делать четкий анализ пород в их последовательном расположении.

Рисунок 2. Буровые коронки и резцы.

При работе коронка, переходник и набор нижних штанг должны четко соответствовать соосности, а при работе с особо твердыми породами придется воспользоваться твердосплавным расширителем (калибрование ствола для повышения работоспособности). Перед тем как запустить для работы следующую алмазную коронку, дно нужно обработать при помощи бурильного долота (рис. 1), которое сыграет положительную роль в плане долговечности инструмента (минимизируется разрушение остатком керна).

После того как колонковое бурение проведено, а результаты его изучены, можно начинать шнековое бурение скважин. Использование шнека без предварительной разведки бессмысленно, т.к. можно потратить слишком большие суммы денег и не добиться никакого результата.

Вернуться к оглавлению

Дополнительные аспекты

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.

Рисунок 3. Схема работы шнекового подъемника.

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.

Существует множество типов бурения, причем каждый из них используется для своих целей и обладает целым рядом особенностей.

На сегодняшний день существует множество видов бурения. Они различаются в зависимости от целей использования скважины.

Колонковое бурение скважин осуществляется для геологоразведки, т.к. позволяет в предельно короткие сроки добраться до самых недр породы.

Основные понятия и особенности

Для разведки самым эффективным способом в 21 веке остается именно такое бурение скважин, технология которого предусматривает не дробление и извлечение породы, а сохранение ее в первозданном виде. Достигается это при помощи специальных насадок, которые производят резку лишь по периметру, тогда как в центре все остается нетронутым.

Максимальный диаметр – 160 мм, но чаще всего используются меньшие варианты, т.к. это позволяет проходить сквозь породу гораздо быстрее. Массивные более удобны в случаях, когда предстоит работать с пластами твердых пород, которые могут изогнуть или вовсе сломать небольшие коронки. При работе используются алмазные или твердосплавные коронки, т.к. все остальные варианты неспособны выдержать подобной нагрузки.

Традиционно используются различные методы буровых работ.

Технология колонкового бурения с промывкой: 1- насос для бурения; 2- шланг для нагнетания воды; 3- сальник; 4- колонна бурового инструмента; 5- переходник; 6- колонковая труба; 7- коронка; 8- желоба; 9- отстойник; 10- бак для промывочной жидкости

На сухую бурится достаточно часто, т.к. далеко не всегда есть возможность запасти необходимый объем воды и поддерживать его в надлежащем состоянии. Данный вариант медленный, причем достаточно дорогой, т.к. шанс на слом у коронки значительно повышается.

Бурение скважин с промывкой более надежно и позволяет продвигаться гораздо быстрее. Такой вариант весьма удобен в тех случаях, когда нужно сделать очень глубокие колодцы, причем начальный этап деятельности не интересует.

Извлеченный керн находится ровно в таком состоянии, как до этого находился под землей, благодаря чему можно осуществлять изучение материала на любой глубине. Поднимается вверх он 2-мя способами:

1. Труба извлекается наружу, и из нее выбивается порода. Удобно на небольшой глубине, т.к. не потребуется присутствия дополнительной сложной техники.
2. По специальной трубе-подъемнику керн выходит на поверхность. Другого варианта быстро извлечь породу с глубины в 1000 м не существует.

Рабочая деятельность

Машина для колонкового бурения скважин отличается высокой скоростью вращения бура.

Внешне машина для бурения скважин таким способом ничем не отличается от привычного шнекового, но на практике скорость вращения бура гораздо выше.

Перед началом работ нужно выкопать яму под промывочную жидкость. Глубина ямы делается обычно 1,5-2 м минимум, т.к. работа предстоит долгая. После этого вся остальная рабочая площадка очищается и разравнивается. Лишь на данном этапе можно начинать сборку машины для бурения скважин.

После того как все собрано, нужно смонтировать систему очистки промывочной жидкости от шлама (лишней извлеченной породы). Для воды используются более тонкая очистка, тогда как глиняный раствор очищается путем грубой очистки.

Схема бурения скважин организуется следующим образом:

1. Пробивается ход в земле на нужную глубину.
2. Во время буровой деятельности попутно идет ведро желонка. Именно в данной желонке скапливается порода, а при достижении максимального уровня ее извлекают.
3. После того как желонка извлечена, на ее место фиксируется сменная.
4. При помощи молотка ведро опорожняется. Удары наносятся по нижней части методично, но не очень сильно, дабы не повредить металл. При этом из трубы извлекаются продолговатые элементы породы, которые нужно осторожно руками собирать и откладывать для дальнейшего изучения.
5. За время опорожнения желонки ей на смену приходит новая, после чего рабочая деятельность начинается с самого начала.

Дополнительные аспекты и итоги

Типы алмазных коронок: a – однослойная; б – многослойная; в – импрегнированная; 1 – объёмные алмазы; 2 – подрезные алмазы; 3 – матрица; 4 – корпус коронки; 5 – матрица, насыщенная мелкими алмазами.

Если есть необходимость осуществлять колонковое бурение на высоких оборотах алмазной коронкой, то придется использовать для промывки специальные эмульсии.

При работе в особо сложных условиях (твердые породы или абразив) нередко приходится приостанавливать деятельность, дабы заменить коронки. Чем прочнее порода, тем быстрее происходит затупление, поэтому всегда приходится иметь в запасе несколько экземпляров.

Самую большую сложность представляют скважины, которые обваливаются при работе, несмотря на глиняный раствор. Они требуют немало дополнительных вложений, т.к. приходится монтировать обсадные трубы.

После того как удалось обнаружить искомый пласт, нужно довести работы до самого его основания. После этого производят все необходимые вычисления, дабы добиться предельно точных данных об обнаруженном месторождении.

В самом конце инструмент извлекается, а скважина тампонируется. Вся дальнейшая деятельность осуществляется другой спецтехникой, которая при необходимости расширит уже готовую скважину до нужных размеров, после чего будут идти дальнейшие разработки.

Существенно отличаются друг от друга, причем полезность каждой доказывается регулярно. Колонковое бурение позволяет за предельно короткие сроки достичь требуемой глубины, вне зависимости от дистанции.

Именно этот вариант считается лучшим среди всех аналогов в геологоразведке, т.к. позволяет добиться идеального результата в предельно короткие сроки.

Среди различных видов бурения существует способ, широко используемый в разных областях - от разведки недр до строительства. Это колонковое бурение скважин, одна из разновидностей роторного. Широта применения данного способа при создании горной цилиндрической выработки связана с уникальной особенностью. Используется полое цилиндрическое долото, в результате порода разрушается не по всему объему выработки, а только по краям окружности. Остается нетронутым цилиндрический фрагмент породы, так называемый керн.

Технология колонкового бурения

Именно эта способность делать керны, в которых сохраняется послойная геологическая структура, сделали колонковый метод бурения незаменимым при геологической разведке. Как при обычном бурении с использованием шарошечного долота установка для колонкового бурения может быть смонтирована на автомобильном шасси. Колонковый метод также использует в процессе проходки промывку глинистым раствором. Раствор не только облегчает бурение, смазывая место контакта инструмента с породой, снижая нагрузку, но и охлаждает долото, продлевая его ресурс. Кроме облегчения условий бурения использование глинистого раствора укрепляет стенки скважины от обрушения. В зависимости от условий работы вместо или вместе с промывочной жидкости могут использоваться специальные поверхностно-активные вещества, задача которых снизить сопротивление грунта и уровень вибрации.

В качестве инструмента при колонковом бурении применяют твердосплавные или алмазные коронки. Упрощенно такую коронку можно описать как цилиндрический фрагмент трубы с узким или широким кольцевым рабочим краем по торцу. Именно за счет этой «пустотелости» внутри колонкового долота остается цилиндрический кусок нетронутой породы - керн. Место, где остается цилиндрический фрагмент породы, называется керноприемником. Для достоверности результатов геологических изысканий к качеству керна, то есть к его сохранности, предъявляются особые требования.

С целью продления срока жизни колонкового долота часть скважины может быть сделана обычным шарошечным долотом. Когда это бывает нужно? Например, надо исследовать конкретный геологический слой в диапазоне глубин от 100 до 120 м, а от поверхности до глубины 100 м идет очень твердая скальная порода, керны из которой нам не нужны. Чтобы зря не изнашивалось колонковое долото, до 100 м проходим шарошкой. Затем буровая колонна поднимается и долото меняется на колонковое. Также иногда для эффективной работы колонкового долота в твердых породах используют буры-расширители для калибрования и расширения ствола с целью исключить затяжку бурового снаряда при его подъеме.

Для проведения разведочного бурения достаточно создания горной выработки небольшого диаметра. То есть колонковое долото для взятия пробы породы может быть значительно меньше диаметра проектируемой скважины. Если исследование кернов даст отрицательный результат, то Вы заплатите только за разведку, то есть потеряете гораздо меньше, чем если сразу без разведки бурили большим диаметром.

Другие аспекты колонкового бурения

Алмазная колонковая коронка очень широко используется в строительстве для сверления стен и перекрытий. Коронка легко проходит сквозь бетон, кирпич, камень - в результате остается практически идеальное отверстие.

Колонковое долото позволяет бурить не только вертикальные, но также наклонные и горизонтальные скважины. Метод является очень производительным и эффективным, керны могут подниматься на поверхность практически с любой доступной для буровиков сегодня глубины - более 10 километров (Кольская сверхглубокая). Бурение для взятие пробы производится не только с твердой поверхности, но также со специальных плавучих платформ для исследования шельфа.

Кроме геологических исследований, колонковое бурение скважин очень широко используется для взятия пробы при изучении строения горных ледников, древних покровных льдов Антарктиды, старых деревьев (в керне видно срез годовых колец) и т.д.