Слой щебня представляет собой особую зону сопротивления при бурении, особенно в условиях городской застройки, где он часто используется как подсыпка под асфальтовыми покрытиями или в качестве дренажного основания. Его фрагментарная структура, высокая абразивность и отсутствие цементирующих связей делают прохождение этого слоя технически сложным и ресурсоёмким этапом буровых работ.
Щебень оказывает агрессивное воздействие на буровой инструмент, вызывая его ускоренный износ, особенно при использовании стандартных шнеков и коронок с напайками. При толщине слоя более 0,5 м значительно возрастает риск заклинивания бурильной колонны и ухудшения качества извлекаемого керна. Для повышения эффективности рекомендуется применять буровые коронки с алмазным или твердосплавным армированием, а также использовать промывку с увеличенной подачей, чтобы своевременно удалять обломки из зоны бурения.
Оптимальная скорость бурения при прохождении щебня – не более 10–15 см/мин при контролируемом подаче. Давление на долото следует подбирать с учётом гранулометрического состава: чем крупнее фракция, тем ниже должно быть осевое усилие. Необходимо также регулярно выполнять ревизию бурового инструмента, особенно при бурении скважин под инженерно-геологические изыскания, где важно сохранить структуру пройденного слоя для последующего анализа.
Дополнительную сложность создаёт вероятность наличия пустот между щебёночными включениями, что может привести к провалам бурильного оборудования. В таких условиях желательно использовать обсадные трубы или обсадные башмаки, минимизируя вероятность осыпания стенок скважины и выхода бурового раствора за пределы контура. Тщательное планирование и выбор техники с учётом свойств слоя – ключ к успешному бурению через щебень.
Выбор типа бурового инструмента для работы в щебне
При бурении через слой щебня эффективность и ресурс инструмента зависят от его конструкции и материала. Щебень характеризуется высокой абразивностью и нестабильной структурой, что требует специального подхода к выбору бурового оборудования.
Шарошечные долота с усиленными подшипниками и твердосплавными вставками подходят для прохождения среднеразмерного и крупнофракционного щебня. При этом необходим малый угол атаки резцов и повышенная масса долота для увеличения осевой нагрузки без риска разрушения режущей части.
Пневмоударники эффективны при наличии плотных прослоек внутри щебеночного слоя. Используются в сочетании с коронками с симметричным расположением твердосплавных штырей. Оптимальный диаметр коронки – на 10–15% больше проектного диаметра скважины для компенсации отклонений из-за смещения щебня.
Алмазные коронки нецелесообразны при сплошном щебне: высокая скорость износа связующего материала и повышенный риск выкрашивания сегментов. Возможна их эксплуатация только при наличии в составе щебня значительного количества цементирующего наполнителя.
Резьбовое соединение инструмента должно иметь повышенную устойчивость к вибрациям: рекомендуется использовать коническую или ступенчатую резьбу с антивибрационными вставками. Материал бурильной трубы – легированная сталь с пределом текучести не ниже 850 МПа.
Выбор инструмента должен учитывать не только гранулометрический состав щебня, но и плотность его укладки, степень водонасыщенности и наличие посторонних включений (например, глины или песка), которые могут влиять на скорость разрушения породы и перегрев режущей части.
Настройка режима подачи и оборотов при проходке щебня
Обороты шпинделя следует регулировать в диапазоне 150–300 об/мин. При бурении на высоких оборотах увеличивается риск перегрева и разрушения режущего элемента. Оптимальной считается скорость 180–220 об/мин при стандартной плотности щебня. При бурении через крупнофракционный щебень допустимо кратковременное снижение оборотов до 130–150 об/мин с одновременным уменьшением подачи.
При первых признаках вибрации или неравномерного звука в канале подачи необходимо немедленно снизить подачу до 0,03 мм/об и уменьшить обороты до 120 об/мин, сохраняя при этом постоянное давление промывочной жидкости. Низкое давление приведёт к накоплению шлама и блокировке коронки.
Категорически не рекомендуется использовать постоянные режимы, применяемые для мягких пород. Щебень требует динамической корректировки параметров в зависимости от плотности, влажности и наличия цементации. Эффективной является система автоматического контроля момента на шпинделе с обратной связью, обеспечивающая своевременное уменьшение подачи при увеличении сопротивления.
Методы стабилизации стенок скважины в сыпучем материале
При бурении через слой щебня и других сыпучих пород основное внимание уделяется предотвращению обрушения стенок скважины. Для этого применяются специализированные методы стабилизации, адаптированные под особенности рыхлых грунтов и высокий риск осыпания.
Применение обсадных труб – один из наиболее эффективных способов. Обсадка вводится по мере углубления, препятствуя осыпанию щебня внутрь ствола. Используют стальные трубы диаметром, соответствующим типу бурового инструмента, с плотной посадкой без зазоров. Важно обеспечить герметичность соединений и точную центровку обсадки, чтобы избежать деформаций при вибрационных нагрузках.
Второй метод – бурение с одновременной подачей бурового раствора с высоким уровнем фильтрационной устойчивости. Суспензии на основе бентонита с добавками полимеров создают стабилизирующую корку на стенках. Оптимальная плотность раствора – 1,1–1,25 г/см³. Температура и химический состав контролируются в режиме реального времени для предотвращения разжижения массива щебня.
Также применяется метод погружной обсадки с использованием телескопических обсадных систем. Это позволяет эффективно проходить рыхлые участки без остановки бурения. Конструкция предусматривает возможность механического расширения нижнего кольца, обеспечивая плотное прилегание к стенкам на всем протяжении.
Дополнительную стабилизацию можно достичь за счёт временного армирования скважины геотекстильными рукавами, предварительно пропитанными связующими составами. Такие оболочки формируют внутри стабилизированную полость, позволяющую безопасно опустить буровой инструмент на проектную глубину.
Применение перечисленных методов должно сопровождаться непрерывным мониторингом параметров бурения: момент крутящего инструмента, объем оборотной жидкости, частота осыпаний. Это позволяет вовремя корректировать стратегию проходки и минимизировать риск обрушения стенок скважины.
Применение промывочных растворов при бурении через щебень
При бурении через щебеночные слои необходимо использовать специально адаптированные промывочные растворы, обеспечивающие устойчивость стенок скважины, эффективное удаление выбуренной породы и предотвращение прихватов. Щебень отличается высокой абразивностью и нестабильностью, что требует точного выбора состава раствора.
- Для бурения через крупнообломочные фракции рекомендуется использовать растворы с повышенной плотностью – не менее 1,15 г/см³. Это снижает риск обрушения стенок и способствует стабилизации ствола скважины.
- Растворы на основе бентонитовой глины с добавлением полимеров (например, КМЦ или ПАА) обеспечивают оптимальный баланс между вязкостью и фильтрацией. Вязкость должна поддерживаться на уровне 35–45 сек по ВЗ-4, что улучшает вынос щебня из забоя.
- Для повышения устойчивости фильтрационной корки добавляют ингибиторы размыва и сжимающие агенты (например, сульфат кальция), особенно при прохождении водонасыщенных щебеночных пластов.
- Недопустимо использование растворов с низкой плотностью и текучестью – они не обеспечивают достаточной гидростатической поддержки и приводят к осыпанию щебня внутрь скважины.
- В процессе бурения важно постоянно контролировать показатели раствора: плотность (ареометром), водоотдачу (аппаратом Белла), пластическую вязкость и статическое напряжение сдвига (реометром). При ухудшении параметров необходимо немедленно корректировать состав путем добавления реагентов.
При использовании системы рециркуляции раствора обязательна установка мощного вибросита и гидроциклона, способных эффективно отделять крупные обломки щебня и предотвращать их повторное попадание в циркуляцию.
Контроль износа бурового оборудования в щебенистом слое
Проходка щебенистого слоя сопровождается абразивным воздействием на буровой инструмент. Максимальному износу подвергаются долота, штанги и буровые коронки, особенно в зоне контакта с остроугольным щебнем. Для контроля степени износа необходимо регулярно проводить визуальный осмотр режущей части инструмента каждые 10–15 метров бурения. Особое внимание следует уделять наличию сколов твердосплавных вставок, трещин и деформаций корпуса.
Измерение длины бурового инструмента позволяет зафиксировать потери металла: при сокращении длины на 2–3% от номинальной, рекомендуется замена. Использование ультразвуковых толщиномеров эффективно для определения скрытых очагов коррозии и усталостных трещин.
Анализ скорости бурения в сравнении с нормативной на данном типе породы указывает на снижение эффективности инструмента. Снижение проходки более чем на 30% без изменения геологических условий – признак критического износа.
Для снижения износа применяются буровые коронки с армированными сегментами из поликристаллических алмазов и штанги с наплавкой твёрдого сплава в зоне контакта. Использование смазочно-охлаждающих жидкостей с антикоррозионными добавками снижает фрикционную нагрузку на инструмент в щебенистом слое.
Применение RFID-меток на буровых элементах позволяет отслеживать количество спускоподъемных операций и накопленный метраж бурения. По достижении эксплуатационного предела, установленного производителем, оборудование подлежит списанию вне зависимости от внешнего состояния.
Ошибки при бурении через щебень и способы их предотвращения
Основная ошибка при прохождении слоя щебня – недостаточный выбор типа долота. Для этого грунта необходимы ударно-канатные или роторные долота с усиленной режущей частью, иначе инструмент быстро изнашивается и застревает.
Неправильный подбор режима бурения – частая причина осложнений. Высокая скорость вращения приводит к вибрациям и разрушению ствола, а слишком малая снижает эффективность разрушения щебня. Оптимальный режим: скорость вращения 60-90 об/мин, подача 0,3-0,5 м/мин, с регулярной очисткой скважины.
Ошибкой считается игнорирование промывочной жидкости с подходящей плотностью и составом. Использование только воды приводит к осыпанию стенок и ухудшению удаления обломков. Для стабилизации проходимости необходимы буровые растворы на базе глинистых минералов или полимеров с плотностью 1,1-1,3 г/см³.
Недостаточное внимание к систематической очистке скважины вызывает закупорку щебнем, что увеличивает нагрузку на оборудование и риск деформации обсадной трубы. Рекомендуется применение насосов с высокой производительностью и периодическая обратная промывка.
Отсутствие контроля параметров бурения – частая ошибка. Регулярный мониторинг крутящего момента, давления на долото и расхода промывочной жидкости позволяет выявлять отклонения и корректировать режимы без остановки работ.
Для предотвращения застревания долота необходимо использовать специальные вибрационные или импульсные режимы бурения, а также периодическую прокачку воздуха или газа для удаления мелких фракций щебня.
При прохождении слоя щебня обязательна установка бурового оборудования с системой автоматического контроля и стабилизации параметров, что минимизирует риск аварий и повышает скорость проходки.
Вопрос-ответ:
Какие особенности бурения скважин через слой щебня стоит учитывать?
Прохождение слоя щебня представляет определённые сложности из-за его рыхлой и неоднородной структуры. Во время бурения инструмент может сталкиваться с нестабильностью стенок скважины, что приводит к обрушению. Для снижения риска применяют специальные буровые растворы, поддерживающие давление, и используют усиленные крепления. Также важен подбор долота с учётом абразивности материала.
Как влияет состав щебня на выбор метода бурения?
Состав щебня может варьироваться от мягких горных пород до твёрдых минералов. Если материал содержит большое количество острых фрагментов, это повышает износ бурового оборудования. В таких случаях рекомендуют использовать ударно-вращательное бурение с усиленной системой охлаждения и очистки долота, чтобы сохранить работоспособность техники и повысить скорость проходки.
Какие меры помогают предотвратить загрязнение скважины при бурении через слой щебня?
Основной риск — попадание щебня в скважину и образование пробок. Для минимизации загрязнения применяют буровые растворы с высокой вязкостью, которые удерживают выносимые частицы на поверхности. Также важно контролировать скорость подачи и циркуляцию раствора, чтобы обеспечить эффективное удаление разрушенного материала и предотвратить засорение.
Почему иногда приходится менять оборудование при бурении скважин через слой щебня?
Щебень часто содержит острые и абразивные частицы, которые быстро изнашивают стандартные долота и обсадные трубы. При длительной работе оборудование теряет эффективность, что увеличивает время и стоимость работ. Поэтому при бурении таких участков применяют более износостойкие материалы или сменные насадки, что позволяет сохранить оптимальную производительность.
Как подготовиться к бурению скважины в зоне с большим содержанием щебня?
Перед началом работ проводят детальное геологическое изучение участка, чтобы оценить размеры и плотность щебеночного слоя. Это помогает подобрать подходящее оборудование и методику бурения. Рекомендуется также подготовить запас материалов для усиления скважины и заранее разработать план по управлению выносом обломков, чтобы избежать задержек и аварийных ситуаций.
Загрузка...
