Шнековое бурение
Все большее развитие получает вращательное шнековое бурение в породах невысокой твердости, не требующее применения промывочной жидкости. Шнеки — трубы диаметром 60 и 73 мм с навитой на них спиралью. Разрушенная долотом порода попадает на винтовую поверхность шнеков, вращающихся с большим числом оборотов, и выносится наверх к устью скважины. Шнековое бурение обеспечивает большие механические скорости, так как лезвие долота не перемалывает и не истирает уже отделенную от забоя породу. Процесс очистки забоя скважины при шнековом бурении идет непрерывно и параллельно разрушению породы. Отделенная от забоя порода попадает на быстро вращающийся винт — шнек. Под действием центробежных сил она прижимается к стенкам скважины. Непрерывно набегающая винтовая лента шнека поднимает ее вверх к устью скважины, причем часть породы втирается ребордой ленты в стенки скважины. При шнековом бурении забой скважины эффективно очищается от разрушенной породы, что обеспечивает большие механические скорости бурения в породах до IV категории по буримости. С большой механической скоростью бурятся слабо сцементированные отложения мелкой гальки и щебня, так как последние не разрушаются, а целиком выносятся на поверхность. Плохо работает шнековый транспортер в вязких глинах, которые налипают на шнеки и препятствуют транспортировке выбуренной породы.
Охлаждение долота и шнеков осуществляется за счет быстрой углубки в мягкие
породы. Глубина шнекового бурения от 5 до 50—80 м. Применяют шнековое бурение
для проходки минных, инженерно-геологических и поисковых скважин (с
использованием кольцевых буровых наконечников, позволяющих получать керн), а
также в сочетании с другими способами при гидрогеологических исследованиях.
Преимуществами шнекового бурения мелких скважин в мягких породах являются большая скорость углубки; непрерывная транспортировка породы без подъема бурового инструмента; возможность бурения без промывки. Недостатки — незначительная глубина бурения, большая потребная мощность для вращения тяжелой шнековой колонны.
Инструмент для бурения шнеками состоит из долота, шнековой утяжеленной бурильной трубы и колонны шнеков. Для повышения ресурса долота армируют резцами из твердого сплава. Диаметр долота на 15—20 мм больше диаметра шнека, чтобы колонна шнеков могла свободно вращаться в скважине, на стенках которой образуется шламовая корка.
Наибольшее распространение получили двух- и трехлопастные долота. Трехлопастное долото имеет литой стальной корпус с зубчатыми лопастями с наклоном по винтовой линии. Лопасти армированы твердосплавными восьмигранными резцами. Шнек состоит из трубы, к наружной поверхности которой приварена по спирали наклонная стальная лента толщиной 5—6 мм.
Шаг спирали равен 0,7—0,9 наружного диаметра шнека. Длина шнеков 1,3—3 м, диаметры 70—300 мм и более. Для соединения шнеков к их концам привариваются полузамки, которые выполнены в виде шестигранной втулки и шестигранного хвостовика, закрепленных между собой пальцами и пружинной защелкой. Нижние шнеки имеют более толстостенные реборды для увеличения массы и прочности шнека. Шнеки могут соединяться также резьбой. Колонковый (полый) шнек служит для бурения с отбором керна. Для бурения с отбором керна собирают такой снаряд: колонковый шнек, несколько обычных шнеков и специальные бурильные трубы диаметром 73 мм. Колонковые шнеки применяют диаметром 180 и 135 мм, а коронки к ним соответственно 198 и 148 мм. Колонковый шнек с одной стороны имеет наружную правую резьбу для соединения с коронкой, с другой — хвостовик для соединения со шнеками. Тонкостенная разрезанная вдоль труба, помещенная внутри шнека, является керноприемной трубой. Подняв шнек после наполнения керном, отвинчивают коронку, захватывают крюком за отверстия керноприемной трубы и извлекают ее вместе с керном из трубы шнека. Керноприемную трубу разъединяют на две половины и вынимают керн.
Для извлечения керна из скважины без подъема шнековой колонны применяются шнеки с большим проходным отверстием. На канате внутрь шнековой колонны опускается грунтонос, который закрепляется защелками-фиксаторами в нижнем шнеке. Наполнив грунтонос керном, дают натяжение канату ловителя. Специальное устройство освобождает защелки от упоров, и грунтонос с керном поднимают на поверхность, а в скважину сразу же опускают заранее подготовленный порожний грунтонос.
Шнековое бурение скважин диаметром 50—100 мм на глубину до 7—10 м при инженерно-геологических изысканиях, поисковых и съемочных работах можно производить механическим пробоотборником МП-1 или мотобурами Д-10М и М-1, которые состоят из бензодвигателя «Дружба», редуктора или двухступенчатой коробки передач. Ведомый вал редуктора патроном соединяется со шнеком. Благодаря малой массе, не превышающей 15 кг, такой агрегат легко переносится одним человеком в специальном рюкзаке.
Для бурения шнеками скважин глубиной до 15 м применяется установка У КБ-12/25.
В комплект установки включен буровой насос НБ1-25/16, что позволяет при необходимости производить бурение колонковым способом.
Выпускается также самоходный вариант этой установки УКБ-12/25С на автомашине УАЗ-469Б. На базе установки У КБ-12/25 разработан колонковый мотобур КМ-10.
Для бурения шнеками гидрогеологических, сейсмических, поисковых и структурно-картировочных скважин глубиной до 80 м применяется самоходная установка УШБ-16. Установка УШБ-16 приводится от двигателя автомашины ЗИЛ-131, на которой она смонтирована.
Геологическая документация при шнековом бурении обеспечивается изучением поднимаемой шнеками породы. Для уточнения участков, с которых отбирается проба, бурение ведут ограниченными интервалами.