2.1. Шнековое бурение

Шнековое бурение (от нем. Schnecke — улитка, завиток, винт) является разновидностью вращательного бурения. Специфика технологии заключается в том, что удаление с забоя и транспортирование по скважины разрушенной породы осуществляют одновременно с проходкой скважины не потоком очистного агента, а за счет свойств вращающегося непрерывного шнека или шнековой колонны. Обычно шнековое бурение осуществляют сплошным забоем. Также можно вести шнековое бурение с отбором ненарушенных образцов породы (керна) с помощью полых магазинных шнеков или съемных грунтоносов.

Шнековое бурение — наиболее распространенный и наиболее универсальный способ из всех видов неглубокого бурения. Его применяют при бурении скважин глубиной до 50—80 м в породах от I до VIII категорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных, в породах с включением валунов, в грунтах со скальными включениями. Одной из причин широкого распространения шнекового бурения является и то, что при применении данной технологии в большинстве пород происходит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой. В строительной отрасли шнековое бурения используют для бурения под различные виды свай – под забивные сваи (в том числе лидерное бурение), буровые набивные и инъекционные сваи. Также шнековое бурение является стартовой площадкой для применения других технологий устройства фундаментов (струйная цементация грунтов (jet-grouting), «стена в грунте» и др.). Шнековое бурение производится также при производстве работ по укреплению фундаментов и грунтов, решении задач подземного строительства.

В геологической отрасли шнековое бурение используют при сейсморазведке (бурение для погружных зарядов ВВ), взрывных скважинах при открытой разработке угольных карьеров, инженерно-геологических, гидрогеологических, мелких водозаборных скважинах, разведке строительных материалов и некоторых других геологоразведочных скважинах. Такой вид бурения можно успешно применять в комбинации с геологоразведочным бурением, для забуривания скважины в начальном интервале, представленном рыхлыми наиболее трудными для бурения с промывкой породами.

Физические основы шнекового бурения

Физику процесса шнекового бурения отличают три важных момента: охлаждение породоразрушающего инструмента, транспортирование разрушенной породы на поверхность и закрепление стенок скважины поднимаемой породой. При вращательном бурении неизбежно трение породоразрушающего инструмента о породу и его нагревание: чем быстрее и больше силы трения, тем больше выделяется тепла и сильнее нагревается инструмент. При недостаточном охлаждении, т. е. отводе будет происходить значительный износ инструмента или даже его расплавление — «прижог». В шнековом бурении при отсутствии потока очистного агента охлаждение породоразрушающего инструмента происходит вследствие отдачи тепла непосредственно породе, эффективность охлаждения обеспечивается высокой скоростью бурения. В твёрдых скальных породах, где скорость бурения низка из-за недостаточного охлаждения инструмента, шнековое бурение обычно не применяют. Транспортирование разрушенной породы по принципу шнекового транспортера Транспортирование разрушенной породы осуществляется по принципу шнекового транспортера. Такие транспортеры для перемещения сыпучих материалов известны давно и широко применяются в различных областях техники: в цементной промышленности, на зерновых элеваторах, в сельхозмашинах и в обычной бытовой мясорубке. Как работает шнековой транспортер при бурении скважины? Шнек состоит из центрального трубчатого стержня, к которому приварена спиральная реборда, представляющая собой винтовую поверхность. При бурении вертикальных скважин элементарный участок винтовой поверхности может быть представлен как наклонная плоскость с углом наклона а, в плане представляющая собой диск (рис.1).

Рис. 1. Схема динамики подъема частицы породы при шнековом бурении