Среди различных видов бурения существует способ, широко используемый в разных областях — от разведки недр до строительства. Это колонковое бурение скважин, одна из разновидностей роторного. Широта применения данного способа при создании горной цилиндрической выработки связана с уникальной особенностью. Используется полое цилиндрическое долото, в результате порода разрушается не по всему объему выработки, а только по краям окружности. Остается нетронутым цилиндрический фрагмент породы, так называемый керн.
Технология колонкового бурения
Именно эта способность делать керны, в которых сохраняется послойная геологическая структура, сделали колонковый метод бурения незаменимым при геологической разведке. Как при обычном бурении с использованием шарошечного долота установка для колонкового бурения может быть смонтирована на автомобильном шасси. Колонковый метод также использует в процессе проходки промывку глинистым раствором. Раствор не только облегчает бурение, смазывая место контакта инструмента с породой, снижая нагрузку, но и охлаждает долото, продлевая его ресурс. Кроме облегчения условий бурения использование глинистого раствора укрепляет стенки скважины от обрушения. В зависимости от условий работы вместо или вместе с промывочной жидкости могут использоваться специальные поверхностно-активные вещества, задача которых снизить сопротивление грунта и уровень вибрации.
В качестве инструмента при колонковом бурении применяют твердосплавные или алмазные коронки. Упрощенно такую коронку можно описать как цилиндрический фрагмент трубы с узким или широким кольцевым рабочим краем по торцу. Именно за счет этой «пустотелости» внутри колонкового долота остается цилиндрический кусок нетронутой породы — керн. Место, где остается цилиндрический фрагмент породы, называется керноприемником. Для достоверности результатов геологических изысканий к качеству керна, то есть к его сохранности, предъявляются особые требования.
твердосплавные буровые коронки
С целью продления срока жизни колонкового долота часть скважины может быть сделана обычным шарошечным долотом. Когда это бывает нужно? Например, надо исследовать конкретный геологический слой в диапазоне глубин от 100 до 120 м, а от поверхности до глубины 100 м идет очень твердая скальная порода, керны из которой нам не нужны. Чтобы зря не изнашивалось колонковое долото, до 100 м проходим шарошкой. Затем буровая колонна поднимается и долото меняется на колонковое. Также иногда для эффективной работы колонкового долота в твердых породах используют буры-расширители для калибрования и расширения ствола с целью исключить затяжку бурового снаряда при его подъеме.
Для проведения разведочного бурения достаточно создания горной выработки небольшого диаметра. То есть колонковое долото для взятия пробы породы может быть значительно меньше диаметра проектируемой скважины. Если исследование кернов даст отрицательный результат, то Вы заплатите только за разведку, то есть потеряете гораздо меньше, чем если сразу без разведки бурили большим диаметром.
Другие аспекты колонкового бурения
Алмазная колонковая коронка очень широко используется в строительстве для сверления стен и перекрытий. Коронка легко проходит сквозь бетон, кирпич, камень - в результате остается практически идеальное отверстие.
бетон просверлен алмазной коронкой (слева)
Колонковое долото позволяет бурить не только вертикальные, но также наклонные и горизонтальные скважины. Метод является очень производительным и эффективным, керны могут подниматься на поверхность практически с любой доступной для буровиков сегодня глубины — более 10 километров (Кольская сверхглубокая). Бурение для взятие пробы производится не только с твердой поверхности, но также со специальных плавучих платформ для исследования шельфа.
геологические керны
Кроме геологических исследований, колонковое бурение скважин очень широко используется для взятия пробы при изучении строения горных ледников, древних покровных льдов Антарктиды, старых деревьев (в керне видно срез годовых колец) и т.д.
