Применение буровых шнеков
Буровой шнек представляет собой элемент бурильной колонны, который одновременно участвует в передаче вращения и обеспечивает транспортирование разрушенного грунта от забоя к устью скважины. За счет винтовой спирали частицы породы перемещаются вверх по мере вращения колонны. Такая схема позволяет во многих случаях вести проходку без постоянной промывки буровым раствором, что упрощает организацию работ и уменьшает количество вспомогательного оборудования на площадке.
Шнековое бурение особенно эффективно в дисперсных и относительно мягких грунтах. Оно применяется при инженерно-геологических изысканиях, устройстве технических и водозаборных скважин небольшой глубины, строительных работах, исследовании грунтов и других задачах, где необходимо быстро пройти верхнюю часть геологического разреза.
В каталоге «Геобурмаш» представлены шнеки трех основных конструктивных групп: с шестигранным, резьбовым и резьбовым муфто-замковым соединением. Мы предлагаем изделия различных диаметров, длины, шага и ширины спирали, что позволяет формировать колонну под конкретную буровую установку и условия проходки.
Шнеки с шестигранным соединением
Шестигранное соединение относится к распространенным вариантам для шнековых колонн малого и среднего диаметра. Передача момента происходит через грани соединительного элемента, благодаря чему не требуется закручивание секций по рабочей резьбе.
В ассортименте «Геобурмаш» представлены исполнения с соединениями Ш17, Ш19, Ш22, Ш27, Ш41 и Ш55. Например, шнек ШБ-72 может иметь диаметр трубы 36 мм, длину 1000 или 1500 мм, шаг 55 мм и ширину спирали 18 мм. Для более крупного ШБ-120 встречаются исполнения с диаметром шнека 120 мм, длиной 1000–1500 мм и шириной спирали 30 мм. По согласованию с заказчиком возможна любая длина шнека.
Такие шнеки удобны при частых спуско-подъемных операциях и на буровых установках, конструкция которых изначально рассчитана на соответствующий шестигранник.
Шнеки с резьбовым соединением
Вторая группа соединяется посредством резьбы. В каталоге представлены, в частности, исполнения СП19, СП22 (двухзаходная) и СП28.
Для шнеков диаметром 62 мм применяются трубы диаметром 25 мм, спираль шириной 18 мм и шагом 55 мм.
Резьбовое соединение обеспечивает компактную конструкцию и надежную передачу нагрузки при условии правильной сборки. Однако состояние резьбы требует регулярного контроля. Загрязнение, замятие витков или работа с неполностью затянутой секцией ускоряют износ и могут осложнить последующее развинчивание колонны.
Шнеки с резьбовым муфто-замковым соединением
Для более мощных шнековых колонн используются муфто-замковые соединения. В ассортименте завода «Геобурмаш» присутствуют варианты З-50 и З-63,5. Эта группа включает шнеки увеличенного диаметра.
Например, для ряда изделий ШБ-135, ШБ-150 и ШБ-155 указаны труба диаметром 76 или 89 мм, длина шнека 1000 либо 1500 мм, шаг спирали 115 мм и ширина 30 мм. В каталоге шнеки с резьбовым муфто-замковым соединением представлены в диапазоне от 92 до 180 мм.
Увеличенное сечение центральной трубы и более мощный соединительный элемент позволяют работать при более высоком крутящем моменте. Такие исполнения применяют там, где диаметр скважины и сопротивление грунта требуют более жесткой колонны.
В целом ассортимент «Геобурмаш» включает шнеки диаметром от 62 до 180 мм. В зависимости от исполнения используются центральные трубы диаметром 25, 36, 42, 60, 76 и 89 мм, а ширина спирали может составлять от 18 до 45 мм.
Конструкционные особенности
Буровой шнек состоит из трубы, винтовой спирали и соединительных элементов.
Труба
Труба выполняет функцию силового элемента.
Чем больше диаметр трубы и толщина ее стенки, тем выше жесткость элемента, однако одновременно увеличивается масса колонны. Поэтому размеры должны соответствовать мощности буровой установки, глубине скважины и фактической нагрузке.
У оборудования «Геобурмаш» диаметр трубы зависит от типоразмера шнека. Например, для ШБ-62 используется труба 25 мм, для ШБ-72 – 36 мм, а в части крупноразмерных исполнений применяются трубы 76 и 89 мм.
Спираль
Винтовая лента выполняет транспортную функцию. После разрушения грунта долотом частицы попадают на витки и при вращении постепенно перемещаются вверх.
Для эффективности этого процесса имеют значение 2 параметра:
Ширина спирали.
Шаг между соседними витками.
Например, у ШБ-62 шаг 55 мм и ширина спирали 18 мм. Для шнеков диаметром 82 мм эти показатели достигают 70 и 20 мм соответственно, а у крупных муфто-замковых исполнений с наружным диаметром 180 мм шаг увеличивается до 130 мм, ширина – до 45 мм.
Параметры спирали нельзя рассматривать отдельно от свойств грунта. Слишком малое пространство между витками может способствовать налипанию вязкой глины. Слишком большая подача при слабой транспортирующей способности, напротив, приводит к накоплению разрушенного материала в призабойной зоне.
Соединительный элемент
При бурении нагрузка передается последовательно от одного шнека к другому. Поэтому качество соединения имеет не меньшее значение, чем прочность самой трубы.
У шестигранного соединения нагрузка воспринимается рабочими гранями. У резьбового варианта крутящий момент передается через резьбовую пару. Муфто-замковое соединение рассчитано на более нагруженную колонну и используется в крупноразмерном инструменте.
Длина шнека
В каталоге широко представлены шнеки длиной 800, 1000 и 1500 мм. Выбор зависит от конструкции мачты, рабочего хода вращателя, глубины бурения и удобства наращивания колонны. Возможно изготовление любой длины по требованию заказчика.
Более длинный шнек уменьшает количество соединений на заданной глубине. В то же время короткие секции удобнее при работе малогабаритной техникой, ограниченной высоте мачты или необходимости точнее контролировать интервалы проходки.
Области применения буровых шнеков
Главное преимущество шнековой технологии заключается в непрерывном механическом удалении разрушенного грунта. Поэтому метод особенно востребован при проходке нескальных и слабосвязанных пород.
Инженерно-геологические изыскания
Шнековое бурение широко используется для изучения верхней части геологического разреза. При проходке суглинков, супесей, глин и некоторых песчаных грунтов метод позволяет получать информацию о смене слоев.
Для более детального отбора образцов в составе шнекового оборудования могут применяться специальные трубы с поршнем для поинтервального отбора керна. Такой инструмент также представлен в ассортименте завода «Геобурмаш».
При инженерных изысканиях важно учитывать, что материал, вынесенный обычной шнековой спиралью, частично перемешивается. Поэтому для определения естественного сложения, влажности и механических характеристик грунта используют специализированные грунтоносы и другие средства отбора монолитов.
Бурение скважин на воду
Шнеки могут использоваться для проходки верхних интервалов водозаборных скважин, прежде всего в сухих и устойчивых грунтах. Технология позволяет быстро вскрыть рыхлые отложения и подготовить ствол под дальнейшее углубление или установку обсадной колонны.
При попадании в интенсивно водонасыщенный песок эффективность транспортирования материала может снижаться. Стенки ствола становятся менее устойчивыми, поэтому требуется корректировать технологию, своевременно выполнять обсадку либо переходить на другой способ проходки.
Более подробно об этом процессе мы рассказывали в этой статье.
Строительное бурение
Шнековый инструмент применяется при устройстве отверстий и скважин под опоры, анкеры, сваи и другие элементы строительных конструкций.
Для таких работ особенно важен правильный диаметр. Он подбирается не только по размеру проектного отверстия, но и по мощности вращателя. Увеличение диаметра повышает объем разрушаемого грунта за один оборот, сопротивление вращению и требуемый крутящий момент.
Геологоразведочные и вспомогательные скважины
На разведочных объектах шнековая проходка может использоваться для быстрого бурения рыхлых покровных отложений перед переходом к колонковому или другому методу.
Это особенно рационально, когда верхняя часть разреза представлена грунтами, в которых применение более сложного бурового снаряда не дает технологического преимущества.
Ключевые аспекты выбора и эксплуатации
Шнек нельзя выбирать только по требуемому диаметру скважины. Необходимо учитывать грунт, глубину, характеристики установки, конструкцию соединения и предполагаемый режим работы.
Выбор диаметра
Наружный диаметр определяет размер формируемого ствола и непосредственно влияет на нагрузку на привод.
Чем больше шнек, тем выше:
объем грунта, разрушаемый за один проход;
сопротивление вращению;
масса бурильной колонны;
требуемый крутящий момент.
Поэтому установка крупного шнека на маломощную установку не повышает производительность. Наоборот, двигатель и трансмиссия могут работать в перегруженном режиме.
Соответствие грунту
Шнековая технология наиболее эффективна тогда, когда разрушенный материал способен перемещаться по спирали.
В вязких глинах следует контролировать налипание грунта и очистку витков. В сухих песках важно учитывать возможность осыпания стенок. Гравийные включения, галька и валуны создают ударные нагрузки и могут резко увеличивать момент сопротивления.
При переходе к более твердым породам эффективность обычного шнекового бурения существенно снижается. В таких условиях требуется другой породоразрушающий инструмент или иной способ бурения.
Выбор долота
Сам шнек выполняет прежде всего транспортную функцию, а непосредственное разрушение грунта происходит долотом.
В каталоге «Геобурмаш» представлены двух- и трехлопастные долота с угловым косым резцом, конструкции с прямой ступенчатой лопастью, долота истирающего типа, а также исполнения «ледобур», перообразные и пикообразные варианты.
Поэтому производительность шнековой колонны определяется не только геометрией спирали. Если долото не соответствует породе, увеличение осевой нагрузки или частоты вращения обычно приводит лишь к ускоренному износу.
Контроль соединений
Перед каждым спуском следует осматривать соединительные элементы. Не допускаются трещины, выраженный износ рабочих граней, повреждение резьбы и деформация элементов.
Резьбовые соединения необходимо очищать перед началом работы. При сборке нельзя допускать перекоса шнеков. Шестигранные элементы контролируют по состоянию граней и посадочных поверхностей.
Режим бурения
Оператор должен контролировать частоту вращения, осевое усилие и скорость углубления. Шнек должен успевать выносить грунт из зоны забоя.
Если скорость подачи слишком высока, межвитковое пространство заполняется, растет сопротивление вращению и возможна блокировка колонны. При резком увеличении крутящего момента проходку необходимо остановить и установить причину, а не пытаться преодолеть препятствие дополнительной нагрузкой.
Износ спирали
В процессе работы наружная кромка спирали постоянно взаимодействует со стенкой скважины и разрушенной породой. Особенно интенсивно износ происходит в абразивных песках и грунтах с твердыми включениями.
Необходимо контролировать не только витки, но и сварные соединения спирали с центральной трубой.
Очистка и хранение
После подъема шнек очищают от налипшего грунта. Особое внимание уделяют соединениям. Засохшая глина внутри резьбы или шестигранника усложняет следующую сборку и ускоряет износ.
При хранении шнеки желательно размещать на стеллажах или опорах. Не рекомендуется длительно оставлять инструмент непосредственно на влажном грунте.
Перед повторным использованием проверяют прямолинейность труб, состояние спирали и отсутствие повреждений после транспортировки.
Правильно подобранный буровой шнек должен соответствовать сразу нескольким параметрам: диаметру скважины, типу грунта, мощности буровой установки, конструкции буровой колонны и способу соединения шнеков. Ассортимент «Геобурмаш» включает шестигранные, резьбовые и резьбовые муфто-замковые исполнения диаметром от малых шнеков 62 мм до крупноразмерных моделей порядка 180 мм, что позволяет комплектовать инструмент для различных задач шнекового бурения.
При этом ресурс оборудования определяется не только прочностью нового изделия. Регулярная очистка, контроль соединений, правильное сочетание шнека и долота и работа без перегрузок существенно влияют на надежность колонны и производительность бурения.
Если у вас остались вопросы, позвоните нам по телефонам 8 (343) 201-41-55 или 8-800-302-83-83, и мы проконсультируем вас по ассортименту и характеристикам бурового оборудования.