Глава 27. Шнековое бурение

Шнек - вал с винтообразной лентой. Шнековый способ бурения является разновидностью вращательного бурения. Вынос гор­ной породы с забоя осуществляется механическим способом при помо­щи шнекового транспортера. Такая особенность позволяет:

- устранить промывку скважин, а значит размывание стенок сква­жины, необходимость- использования оборудования для промывки скважин, снизить затраты труда, времени, материалов и денежных средств для приготовления промывочных жидкостей;

- увеличить длину рейса, т.к. не требуется извлекать керн, и сни­зить таким образом время на вспомогательные операции;

- анализировать состав перебуриваемой горной породы на забое в процессе бурения.

Это один из высокопроизводительных и широко распростра­ненных способов бурения. Средняя производительность бурения со­ставляет 28 м/сут, максимальная - до 70 м/сут. При бурении песков и глины I-III категории механическая скорость бурения достигает 700 м/ч, в галечниках - до 30 м/ч. Его широко применяют при съемке, поисках и разведке нерудных и строительных материалов, инженерно-геологических исследованиях и при бурении скважин в мягких горных породах I-V категории по буримости.

В процессе бурения на вращение шнековой колонны вследствие ее большого трения о стенки скважины и трения транспортируемой горной породы затрачивается значительное количество энергии. С уве­личением глубины скважины возрастает и расход энергии, поэтому воз­можность эффективного использования этого способа при бурении скважин диаметром от 65 до 475 мм ограничивается глубиной 60-80 м.

При бурении вязких глин, валунно-галечниковых отложений воз­никают значительные трудности, поэтому в этом случае переходят на ударно-канатный способ бурения.

Недостатками этого способа являются получение некачественной (перемешанной) пробы и нечеткая отбивка контактов горных пород

27.1. Оборудование. Буровой снаряд

Для шнекового бурения в зависимости от глубины сква­жины применяют различные буровые установки: от легких переносных мотобуров до тяжелых самоходных установок с подвижными вращате­лями, в большинстве случаев комбинированные установки, предназна­ченные не только для шнекового, но и для ударно-канатного бурения (МП-1, Д-10М, КМ-10, ПБУЛ0, УКБ-12/25, УПБЧ00Р, УРБ-1В2, УШБ-ТМ, УГБ-1ВС, ШАК-4, ЛБУ-50, УШ-2Т, УРБ-2А2 и др.).

Для шнекового бурения можно выделить три компоновки буро­вого снаряда: снаряд бескернового бурения; снаряд колонкового (кернового бурения); снаряд со съемным керноприемником.

До настоящего времени надежной конструкции шнековых колон­ковых снарядов и снарядов со съемным керноприемником нет и в прак­тике разведочного бурения они применяются весьма редко.

Снаряд бескернового бурения состоит из шнековой ко­лонны и долота, шнековая колонна из шнеков, соединяемых между собой при помощи резьбовых соединений, быстросъемных замков и шпоночно-шлицевых соединений

Рис. 27.1. Технологический инструмент: а - шнек: 1 - присоедини­тельный элемент; 2 — труба; 3 — спираль; 4 - хвостовик; 5 - отвер­стие; 6 - стопорный палец; 7 - шарик; б — полый шнек: / - коронка: 2 - наружная труба; 3 - гильза; 4 - хвостовик

Шнек (рис. 27.1, а) представляет собой трубу 2 с приваренной на ней спиральной стальной лентой 3, а по ее концам замками. Быстросъемные замки состоят из двух частей: шестигранного стержня-хвостовика 4, приваренного в верхней части шнека, и шестигранной муфты, прива­ренной к нижней части шнека. При соединении шнеков стержень встав­ляют в муфту и крепят фиксаторными пальцами 6, пропущенными через поперечные отверстия муфты и стержня 5, палец 6 фиксируется под­пружиненным шариком-стопором 7, установленным в шестигранном стержне.

Если шнековое бурение производят с промывкой, то к концам шнека приваривают резьбовые замки (типа ниппельных замков). Однако резьбовые соединения не позволяют при расходке снаряда и его ревер­се, в случае прихвата снаряда создавать левое вращение снаряда. По­этому в последнее время для бурения скважин с промывкой водой было разработано шпоночно-шлицевое соединение шнеков.

Чтобы уменьшить затяжки резьбы шнеков, используют упоры, вертикальные шпонки и т.д.

Для разведочного бурения применяют шнеки со спиральной лен­той толщиной 5—7 или 8—10 мм (утяжеленные шнеки) с шагом, равным 0,4-0,7 и 0,8-1,0 от наружного диаметра шнека (табл. 27.1).

Таблица 27.1

Диаметр, мм		Шаг спира­ли, мм	Угол подъема спи­рали, град	Длина шнека, мм	Масса шне­ка, кг
трубы	шнека
50	80	75	14,0	1 500	11,1
60	100		11,0		14,7
	135	100	12,0	1250	13,7
	150			3 000	44,6
73	180	125		1 500	31,6
89	200	167	13,0		41,9
127	260	182	12,0	2 200	67,0
168-	300	200	9,5		115,0
	475		7,5		155,0

Снаряд колонкового бурения (рис. 27.1, б) состоит из обычной шнековой колонны, в нижней части которой устанавливают полый шнек (шнековую колонковую трубу 2) с гильзой 3 внутри и ко­ронкой 1. После забуривания скважины на длину полого шнека снаряд поднимают и керн извлекают.

Снаряд со съемным керноприемнмком (рис. 27.2) (подоб­ный снарядам ССК) представлен колонной полых шнеков 5 с большим проходным каналом для возможности спуска керноприемника, коронки 2 и съемного керноприемника.

Рис. 27.2. Шнековый колонковый снаряд со съемным керноприемником

Керноприемник спускают в шнековую колонну на канате, он со­стоит из головки 10, утяжелителя 9, фиксаторного устройства 8, верт­люга (подвески) 6, 7 для возможности вращения вращающихся частей керноприемника относительно разъемной керноприемной трубы 4 и на­конечника 1 с пружинным кернодержателем (пауком) 3.

Рис. 27.3. Долота для бурения в породах перемежающейся твердости и в галечниковых отложениях

Рис. 27.4. Трехлопастное долото: 1 - лопасть; 2 – твердосплавные резцы; 3 - корпус; 4 - шейка; 5 - винтовая лопасть; 6 - хвостови7 - палец стопорный; 8.— фиксатор.

Рис. 27.5 Долота для бурения скважин в хрупких плотных породах: 1 - лопасть; 2 - винт; 3 - хвостовик; 4 - палец; 5 - твердосплавные резцы

Рис. 27.6. Долото режуще-скалывающего действия для бурения со шнековым транспортером продуктов разрушения пород: 1 - лопасть; 2 — хвостовик; 3 — палец

Полая шнековая колонна может быть использована не только для отбора керна съемными керноприемниками, но и для откачки воды, пенетрации, в качестве обсадной колонны при встрече твердых горных пород, когда осуществляется переход на бурение твердосплавными или алмазными коронками и др.

Рис. 27.7. Долота конструкции СКБ НПО «Геотехника» для буре­ния в мягких породах и перемежающейся твердости: а - 1ДРШ-М; б - 1ДРШ-МС; 1 — корпус; 2,3- лопасти; 4 - твердосплавные резцы

При бескерновом шнековом бурении применяют различные лота: с овальным лезвием для перемежающихся и мерзлых галечников (рис. 27.3), трехлопастные для твердых пород (рис. 27.4), ступенчатые для хрупких пород (рис. 275), спиральные для мягких пород (рис. 27.6). Режущую часть долот армируют твердым сплавом. Наиболее широкое распространение получили однолопастные долота режущего типа 1ДРШ-М, 1 ДРШ-МС с калибрующим сектором (рис. 277).