2.2 Технические средства для шнекового бурения. Буровой инструмент для шнекового бурения
В шнековом бурении определяющую роль играет буровой инструмент, от которого и произошло название вида бурения. В практике шнекового бурения выделено три разновидности и соответственно три компоновки технологического бурового инструмента: бескерновое шнековое бурение осуществляют следующим инструментом: непрерывным шнеком (SOB или SFA способ) или колонной обычных шнеков в комплекте с конусным буром, лопастным буром или долотом. Шнеко-колонковое бурение ведут с использованием магазинного шнека с коронкой и колонны обычных шнеков; бурение с отбором керна производится колонной полых шнеков с использованием съемного керноприемника или съемного шнекового долота. В строительной отрасли России в течение многих лет бескерновое шнековое бурение было преобладающим. В последние два десятилетия все большее распространение получают технологии устройства буронабивных и буроинъекционных свай, в которых применяются полые шнеки.
При проходке мягких пород процесс разрушения породы не требует значительных затрат энергии, и скорость бурения может быть высокой. При этом большой объем выбуренной породы требует его своевременного и качественного удаления, от чего зависит эффективность бурения. При бурении в мягких и рыхлых породах, где не требуется создания значительных породоразрушающих нагрузок, в комплекте со шнеками применяют двух- и трехлопастные долота режущего типа со спиральными или плоскими лезвиями, армированными твердым сплавом, а также различные типы лопастных буров на плоских резцах. Для пород средней твердости, где требуется более высокая износостойкость инструмента, применяют долота округленного профиля со значительно большей насыщенностью твердым сплавом, лопастные буры с круглыми режущими зубьями или конусные буры. Конусные буры также оптимальны для использования в более сложном грунте VI-VIII категории.
При шнеко-колонковом бурении и бурении полыми шнеками породоразрушающий инструмент представлен специальными шнековыми бурами или коронками, разрушающими породу по кольцевому забою. Лопастные шнековые буры обычно имеют от 3 до 6 лопастей, армированных твердым сплавом, с гладкой или ступенчатой режущей поверхностью. Шнековый инструмент с оголовком в виде конусного бура имеет лучшие породоразрушающие свойства за счет иных углов резания и сочетания режущих и скалывающих усилий, а, следовательно, более высокую производительность, нежели лопастные шнековые буры.
2.3 Буровые шнеки
Основой бурового инструмента для шнекового бурения служат буровые шнеки составляющие колонну с непрерывной спиральной ребордой от полота или коронки на забое до поверхности. В зависимости от разновидности бурения применяют три основных вида шнеков: обычные, в том числе и утяжеленные, магазинные и полые. Наиболее часто применяют обычные буровые шнеки (рис.2), которые носят также название стандартных буровых шнеков.
Рис.2.3.1 Стандартный буровой шнек. 1 – хвостовик; 2 – труба; 3 – виток; 4 – втулка.
Шнек — это труба с навитой на ней спиральной ребордой. Спираль получают путем навивки стальной ленты на специальную винтовую оправку, затем ее надевают на трубу шнека, растягивают вдоль трубы до получения нужного шага и приваривают. К концам трубы шнека приваривают соединительные элементы. Наружный диаметр шнека составляет 0,88— 0,95 от диаметра долота или бура, что обеспечивает свободное вращение шнековой колонны и способствует закреплению стенок скважины. Обычные шнеки различаются размерами по наружному диаметру спиральной реборды диаметром трубы шнека, шагом спиральной реборды, общей длиной и устройством соединительных элементов.
Для разных буровых установок применяют разнообразные шнеки, отличающиеся размерами и устройством соединений, что часто исключает их взаимозаменяемость. Заменой колонны шнеков может служить непрерывный шнек большой длины. Чаще всего подобный инструмент применяется на зарубежных буровых установках, но в России также есть буровая техника, на которой применяется непрерывный шнек. Например, бурильно-сваебойные машины ОАО «Стройдормаш» БМ-811, БМ-831 и БМ-833.
Кроме обычных шнеков, применяют также утяжеленные буровые шнеки, отличающиеся от обычных увеличенной толщиной до 10—16 мм реборды, приваренной к трубе двумя швами (сверху и снизу). Данный тип шнеков применяется при работе в сложном грунте. Как правило, в колонну при встрече валунно-галечных отложений вставляют 2—3 утяжеленных шнека. Утяжеленные шнеки, кроме повышенной прочности, обеспечивают также плавность вращения шнековой колонны.
Соединения обычных буровых шнеков могут быть двух типов — замки (трех, четырех или шестигранные, в зависимости от конструкции шнеков) и резьбовые соединения. Наиболее распространены и имеют наибольшие достоинства шестигранные соединения. При таком типе соединений на одном конце шнека имеется наружный шестигранник с поперечным отверстием, а на другом — внутренний шестигранник с таким же отверстием. При соединении шнеков в колонну наружный шестигранник входит во внутренний другого шнека, поперечные отверстия совпадают и в них забивают запорный палец. Шестигранное соединение в отличие от резьбового обеспечивает точное совпадение спирали реборды одного шнека со спиралью следующего и получение непрерывной спирали по всей колонне шнеков. Не менее важно то, что при таком соединении шнековую колонну можно вращать как вправо, так и налево. Это позволяет легко извлекать шнеки в случае их прихвата породой, а также осуществлять тампонирование скважины, транспортируя при левом вращении породу к забою скважины. Для бурения с отбором ненарушенных образцов породы из отдельных интервалов скважины на нижнем конце шнековой колонны устанавливают магазинный (колонковый) шнек.