Шнековое бурение и области его применения
Шнековый механизм был изобретен древнегреческим ученым Архимедом еще в 3-м веке до нашей эры. Тогда он был предназначен для системы подъема воды. Со временем шнек стали применять и в других видах машин для наклонного, горизонтального и вертикального передвижения сыпучих, вязких, жидких и полужидких материалов.
Сегодня шнековый механизм используют на различных предприятиях по производству стройматериалов, химической, горнодобывающей и пищевой промышленности (для конвейеров и экструдеров), в бытовых приборах (мясорубки, шнековые соковыжималки), а также в конструктивном решении некоторых видов стрелкового оружия и вездеходных машин.
Особенно широко шнековый механизм стал использоваться для бурения в горных породах. Шнековый способ бурения показал себя как наиболее перспективный и экономически выгодный метод бурения в геологических слоях со слабой сопротивляемостью к разрушению.
Принцип шнекового бурения
Шнек, как часть механизма буровой установки, представляет собой трубу с приваренной к ней по спирали режущей стальной лентой. Кромка режущей ленты может быть направлена под разными углами по отношению к направляющему стержню. В зависимости от степени прочности грунта, угол наклона режущих лопастей предусмотрен от 30 до 60 градусов для мягких пород и до 90 градусов для наиболее прочных слоев.
Для соединения шнековых полотен используют резьбовое или замковое соединение. Наиболее распространено шестигранное замковое соединение, что обеспечивает точное соединение концов шнекового полотна и способствует возможности вращение как в правую, так и в левую сторону. Это позволяет легко извлекать шнековый механизм из скважины, а также тампонировать скважину путем обратной подачи грунта.
В нижней режущей части шнекового бура прикрепляется шнековое долото, материал и конструкция которого зависит от типа грунта, где предстоит произвести бурение. При этом диаметр шнекового полотна должен составлять чуть меньше от диаметра шнекового долота, для беспрепятственного вращения шнека внутри скважины с единовременным уплотнением стенок скважины.
Материал, из которого изготовлен шнековый бур, должен быть достаточно прочен и устойчив к коррозийным процессам. Для производства шнекового ствола используют сталь определенных марок, а для режущей шнековой кромки – специальные высокопрочные сплавы.
Принцип шнекового бурения заключается в том, что разрушение грунта в процессе углубления шнекового бура в геологические слои происходит одновременно с выносом отработанной породы на поверхность по спирали шнекового полотна. Это избавляет от периодического промывания скважины буровыми растворами и минимизирует необходимость охлаждения бура в процессе бурения, так как извлечение грунта шнековым методом дает естественное охлаждение шнекового механизма.
Виды буровых шнеков
В зависимости от степени проходимости, буровые шнеки бывают двух видов:
- обычные шнеки для бурения в мягких породах;
- утяжеленные шнеки – для бурения в более твердых грунтах.
Обычные шнеки предназначены для шнекового бурения в слабообводненных и обводненных почвах, промерзлых грунтах и в условиях вечной мерзлоты, песчаных, глинистых и крупнообломочных породах.
Кроме увеличения производительности шнекового бурения в твердых грунтах, утяжеленные шнеки обеспечивают устойчивость и более плавное вращение бура в неоднородных геологических породах.
Существует два вида конструкционного решения бурового шнека:
- стандартный шнек, состоящий из направляющей трубы и спирали – для стандартного непрерывного бурения;
- колонковый (или магазинный) шнек, с более широкой направляющей трубой для приема образцов грунта – чаще всего применяется в геологической разведке.
Стандартные шнеки применимы для бурения скважин на воду и всех видов эксплуатационных скважин, не требующих периодических высокоточных апробирований образцов почвы.
Магазинные шнеки, состоящие из полой трубы, предназначены как для взятия образцов почвы с заданных глубин, так и доставки в глубину скважин взрывчатых веществ. Полые шнеки применяют также для взятия образцов воды с различных водных горизонтов.
Преимущества шнекового бурения
Прежде всего, экономичность и простота шнекового бурения заключается в том, что процесс сверления и процесс удаления грунта из скважины ведется одновременно и не требует дополнительной промывки скважины.
Основные преимущества шнекового бурения:
- минимальные финансовые затраты на бурение скважин;
- высокая скорость проходки скважин благодаря большой производительности шнекового транспортера;
- экономия времени при шнековом бурении скважин за счет отсутствия необходимости отдельно изымать грунт и промывать скважину;
- низкая степень нагрева шнекового механизма в процессе трения о грунт и возможность одновременного охлаждения.
Кроме того, при шнековом бурении скважина укрепляется естественным путем за счет уплотнения мелких частиц грунта по стенкам скважины непосредственно в процессе бурения шнековым буром. Это дает возможность дополнительной экономии ввиду отсутствия необходимости применения буровых укрепляющих смесей.
Сферы использования шнекового бурения в Украине
Благодаря простоте и экономичности использования шнекового бурового оборудования, шнековое бурение получило широчайшее применение во многих сферах хозяйственной деятельности в Украине:
- геологическая разведка;
- добыча полезных ископаемых;
- системы водоснабжения;
- все виды строительства.
Использование шнекового бурения связано со следующими видами скважин:
- геологоразведочные скважины;
- эксплуатационные скважины на нефть и газ;
- скважины на воду;
- скважины под сваи.
Факторы, влияющие на стоимость шнекового бурения
Шнековый метод бурения считается одним из самых недорогих способов бурения в Украине, и его цена колеблется в пределах 100 гривен за погонный метр.
В целом, цена шнекового бурения, как и другие виды бурения, может зависеть от таких факторов, как:
- удаленность участка бурения, связанная с транспортными расходами;
- топливно-энергетические расходы на буровые установки;
- глубина и диаметр бурения;
- коэффициент проходимости грунтов на месте бурения;
- количество скважин, которое необходимо пробурить на участке и так далее.
Геологические особенности различных регионов нашей страны отличаются друг от друга различным составом грунтов, а также условиями, в которых ведутся буровые работы. Поэтому цена одного погонного метра скважины при шнековом бурении может значительно отличаться в зависимости от геологии региона Украины. В любом случае, стоимость шнекового бурения включает в себя все вышеуказанные факторы и определяется в сугубо индивидуальном порядке.
