Технология колонкового бурения
Разведка месторождений на твердые полезные ископаемые, выполнение гидрогеологических и инженерно-геологических исследований осуществляется методом колонкового бурения. В зависимости от рельефа, подъездного пути и проектной глубины используются стационарные станки Зиф 650 или из ряда ЗиФ 1200.
Самоходные буровые установки УКБ на шасси автомобилей высокой проходимости Маз, КАМаЗ или КРаЗ бурят скважины до 500 метров с приводом от верхнего ДВС. Площадка вокруг запроектированной точки заложения скважины разравнивается для монтажа бурового оборудования. По завершении установочных работ в заданном направлении, ведется забурка скважины, с последующим закреплением устья направляющей трубой. В устойчивых породах, промывка ствола ведется с применением воды. В неустойчивых грунтах используются глинистые растворы, которые призваны укреплять стенки ствола от осыпания и разрушений.
Поскольку колонковое бурение скважины ведется на высоких оборотах, то во избежание интенсивного трения бурильных труб о стенки ствола, применяются специальные эмульсии. Обычно, эти поверхностно-активные включения (ПАВы) ориентированы на уменьшение вибрации бурильной колонны и их износа.
Колонковое бурение сопровождается разрушением породы не сплошным забоем, как при проходке артезианских скважин. Этот способ ведется, как правило, кольцевой алмазной или твердосплавной коронкой. Метод позволяет через полость коронки извлечь керн – монолитный столбик породы, по составу которой определяется наличие тех или иных полезных ископаемых.
В процессе работ, коронка, колонковая, переходник и набор нижних штанг должны строго соответствовать соосности. В интервалах высокой твердости пород между коронкой и трубой навинчивается твердосплавной расширитель. Это необходимо для калибрования ствола, с тем, чтобы увеличить работоспособность разрушающего инструмента. Помимо этого, перед спуском новой коронки, для разрушения остатков керна, дно скважины обрабатывается долотом. Подобная процедура предохраняет внутреннюю прослойку алмазов на коронке от разрушения керновым остатком.
Особенности колонкового бурения скважин
Колонковый способ, применяют на разведочных, артезианских скважинах большой глубины, в скальных трещиноватых породах. Особенность способа заключается в кольцевом разрушении породы, которая вымывается промывочной жидкостью. Раствор же подается в колонну труб грязевым насосом. Проходка скважин осуществляется вращением бурового снаряда, при котором породоразрушающая дробовая, твердосплавная или алмазная коронка внедряется в грунт. Образуемая при этом кольцевая выработка в виде керна входит в колонковую трубу с последующим подъемом его на поверхность. Метод успешно применяется для проходки на воду в однородных или трещиноватых интервалах на больших глубинах. При прямой промывке, промывочная жидкость по бурильным трубам достигает забоя, остуживает коронку и по зазору между стенкой ствола и колонной труб выбрасывает на поверхность выбуренный шлам. Процесс движения раствора при обратной промывке происходит в обратном направлении.
Промывку можно заменить продувкой воздухом. Преимущество этого варианта в том, что отпадает необходимость в жидкости или растворе. Но метод применим в породах, в которых вода отсутствует.
Достоинства колонкового способа бурения
Метод применим для пород XII категории по шкале Протодьяконова, вертикальной и наклонной конструкции на глубину до 1000 п. м. Важным достоинством колонкового способа считается вынос на поверхность цельного кернового материала. Помимо разведанных водоносных горизонтов, по керну определяется картина геологического разреза для обоснования наличия месторождения полезных ископаемых.
Но главное преимущество в высокой скорости проходки в породах от V категории и выше.
Объем бурения с использованием промывки технической водой или промывочной жидкостью составляет до 85%.
Для удержания стенок скважины, особенно, в водоносных слоях в глинистые растворы добавляются поверхностно-активные эмульсии.
Колонковое бурение обладает и экономическими показателями. Поскольку разрушение породы осуществляется не сплошным забоем, то сокращаются осевые нагрузки и, соответственно, энергетические затраты. Эффектным являются и сами буровые установки, отличающиеся компактностью, маневренностью, способностью вести работы в труднодоступных местах.
Недостатки колонкового способа бурения
В трещиноватых породах нередко происходит заклинивание керна, что приводит к дополнительному извлечению колонковой трубы и выбиванию керна.
Быстрое притупление коронки, вследствие ее перегрева и прихватывания в твердых породах. При этом приходится уменьшать скорость подачи, осевую нагрузку и использовать охлаждающую жидкость.
Маленькое сечение, до 160 мм, что исключает возможность использовать более мощные погружные насосы.
Стоимость колонкового бурения скважины
Стоимость 1 п. м. проходки в зависимости от отдаленности объекта, способа бурения, начального диаметра и конечной глубины, варьирует, обычно от 350 рублей. На цену напрямую влияет категория пород по буримости, коэффициент высотности и уклона, если работы предстоят проводить на склоне. В частности, колонковое бурение диаметром 160 мм по XII категории, на глубину 200 метров, составит 503 рубля за 1 метр погонный.
На стоимость могут влиять разные факторы, которые решаются в индивидуальном порядке.
