Глава 4 . Шнековое бурение
Шнековое бурение является разновидностью вращательного бурения, отличающейся тем, что удаление с забоя и транспортирование по скважины разрушенной породы осуществляют одновременно с кой скважины не потоком очистного агента, а за счет свойств вращающейся шнековой колонны. Обычно шнековое бурение осуществляют сплошным забоем, при необходимости шнековое бурение можно вести с отбором ненарушенных образцов породы (керна) с помощью 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 VI категорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных и в породах с включением небольших валунов. Широко распространено шнековое бурение ввиду того, что при бурении в большинстве пород происходит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой.
Шнековое бурение используют при сейсморазведке, взрывных скважинах при открытой разработке угольных карьеров, инженерно-геологических, гидрогеологических, мелких водозаборных скважинах, разведке стройматериалов 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.
Схема работы бурового снаряда при шнековом бурении скважин показана ниже (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема работы бурового снаряда при шнековом бурении скважин [15]:
1 – скважина; 2 – шнек; 3 – коронка; 4 – порода
При вращении шнека разрыхленная буровой коронкой 3 порода 4 перемещается вдоль винтовой поверхности 2 вверх. Порода подается непрерывно, чем обеспечивается очень высокая производительность установок (до 40 – 60), а в некоторых случаях и 200 м в смену). Этот способ бурения не требует промывки скважины, что обеспечивает работы в зимних условиях и в безводной местности.
Рис. 4.2. Шнековое бурение
4.1. 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 не применяют.