Шнековое бурение (от нем. Schnecke - улитка, завиток, бесконечный винт) является разновидностью вращательного бурения. Его применяют при проходке скважин на небольшую глубину в мягких (I-III) и средней твердости (IV-VI) породах, в том числе в гравийно-галечных и в породах с включением небольших валунов. При шнековом бурении дно скважины эффективно очищается от образовавшегося грунта, отделенная от забоя порода не перемалывается и не истирается долотом, что способствует достижению высоких механических скоростей проходки. В процессе углубки скважины разрушенная порода непрерывно транспортируется на поверхность шнеками (рис.1), вращающимися с большой частотой. Необходимость в промывке скважины отпадает, что особенно важно при бурении на воду.
Рис. 1. Шнеки: а — с шестигранным соединением; б — полые с резьбовым соединением; в — магазинный.
Главным преимуществом шнекового бурения является то, что в процессе бурения поднимаемая порода непроизвольно закрепляет стенки скважины. По сравнению с диаметром шнека, долото и, следовательно, диаметр скважины в призабойной зоне больше на 5-20 мм. В зазор между шнеками и стенками скважины попадают поднимающиеся по шнекам фрагменты разрушенной породы, и вращающейся ребордой «втираются» в стенки, придавая им нужную устойчивость. Этот механизм закрепления стенок осуществляется как в глинистых породах, так и при бурении в гравийно-галечных отложениях, где в процессе транспортировки породы мелкая галька «забивается» между крупными гальками в стенках скважины ребордой шнеков, тем самым обеспечивая высокую устойчивость стенок. Для всех остальных видов бурения проходка гравийно-галечных отложений является трудно выполнимой задачей.
Используется шнековое бурение при сооружении мелких скважин различного назначения, например, мелкие водозаборные скважины, взрывные скважины при открытой разработке угольных карьеров. Такой вид бурения можно применять при разведке стройматериалов или сейсморазведке (бурение для погружных зарядов взрывчатых веществ), а также в сочетании с геологоразведочным бурением, для забуривания скважины в начальном интервале с рыхлыми породами, наиболее трудными для бурения с промывкой.
Буровое оборудование для шнекового бурения состоит из долот, утяжеленных бурильных шнеков и шнековых колонн.
Охлаждение шнеков и долот осуществляется посредством их быстрого опускания в мягкие породы с изменением температурного режима.
Для шнекового бурения используют буровые станки или установки с подвижным вращателем. Применение станков шпиндельного и роторного типов невозможно из-за конструкция шнеков.
Требования к станкам:
-
достижение вращения шнеков с частотами от 1 до 5 сˉ1
-
развитие значительного крутящего момента
-
обеспечение осевого перемещения шнеков с ходом подачи не менее длины шнеков (1-3 м)
-
регулирование осевой нагрузки как вниз дополнительно к весу шнеков, так и вверх - бурение с разгрузкой.
Принимая во внимание повышенные скорости бурения, что позволяет использовать минимальное количество времени на сооружение скважины, станки шнекового бурения должны обладать высокой мобильностью. На практике для шнекового бурения применяют переносные или самоходные буровые установки.
