Шнековый способ позволяет получить высокие механические скорости бурения, особенно при бурении мягких пород и слабосцементированных галечников.

Основные параметры режима бурения — осевая нагрузка на долото и частота вращения буровой колонны.

Увеличение осевой нагрузки, как правило, повышает скорость бурения. Однако при этом возрастает и объем разрушаемой породы, что может привести к образованию на витках шнека пробок породы. При бурении в породах, представленных устойчивыми песчано-глинис-тыми отложениями, осевая нагрузка должна быть не более 4…5 кН.

Породы средней твердости бурят с принудительной нагрузкой на долото до 8… 10 кН.

Как только на шнеках начинают образовываться пробки, давление снимают и расхаживают буровой снаряд.

С увеличением частоты вращения шнеков механическая скорость бурения во всех случаях возрастает, особенно при бурении рыхлых пород. Как показывает опыт шнекового бурения, частота вращения буровой колонны должна быть в пределах 1,7…3,3 с-1. При бурении с частотой вращения меньше 1,7 с-1 ухудшается транспортировка породы, а при частоте вращения 3,3 с-1 происходит вибрация инструмента, поэтому при такой частоте вращения обычно очищают шнеки при холостом вращении буровой колонны. Для этого перед наращиванием очередного шнека колонну 60…75 с вращают без подачи снаряда на забой.

Водоносные пески мощностью до 2,5…3 м бурят при больших частотах вращения колонны и максимальной нагрузке на долото. После бурения песчаного интервала и внедрения долота в подстилающие устойчивые породы необходимо несколько раз провести расхаживание шнековой колонны для создания и уплотнения корки на стенках скважины.

В неустойчивых породах (плывунах или водоносных песках) большой мощности бурят с одновременным креплением стенок скважины обсадными трубами. Здесь колонна шнеков вращается внутри обсадных труб, которые под действием собственной массы опускаются по мере углубления скважины. Частота вращения не больше 1 с-1.

Основное условие, определяющее эффективность бурения глинистых пород, — обеспечение непрерывного выноса разрушенной породы на поверхность. Для этого необходимо использовать долота, конструкция которых обеспечивает плавный переход с режущих лопастей на спираль шнека.

При бурении вязких плотных глин на забой периодически подливают воду.

При шнековом способе бурения бурильщик должен внимательно следить за выносом породы из скважины и нагрузкой на приводной двигатель. При образовании пробки породы на витках шнека прекращается вынос породы на поверхность и увеличивается расход мощности на вращение колонны. В этом случае приподнимают снаряд над забоем на 0,5…0,7 м и вращают его 1… 2 мин с максимальной частотой для очистки шнеков от породы. Когда ликвидировать образующиеся пробки породы невозможно, бурят рейсами, то есть периодически поднимают буровой снаряд. Для этого долото и 1…2 шнека опускают в скважину на колонне гладких труб. После углубления на 1… 1,5 м снаряд извлекают. Производительность бурения при рейсовом способе резко снижается.

Галечниковые отложения бурить шнековым способом эффективнее, чем вращательным с прямой промывкой, так как шнеки транспортируют даже крупную гальку без предварительного дробления ее. При бурении галечниковых отложений долота быстро изнашиваются, режущие грани затупляются и скорость бурения снижается, поэтому их армируют твердосплавными резцами. Чтобы улучшить вынос гальки на поверхность, рекомендуется бурить при частоте вращения снаряда до 5 с-1.

—

Все большее развитие получает вращательное шнековое бурение в породах невысокой твердости, не требующее применения промывочной жидкости. Шнеки — трубы диаметром 60 и 73 мм с навитой на них спиралью. Разрушенная долотом порода попадает на винтовую поверхность шнеков, вращающихся с большим числом оборотов, и выносится наверх к устью скважины. Шнековое бурение обеспечивает большие механические скорости, так как лезвие долота не перемалывает и не истирает уже отделенную от забоя породу. Процесс очистки забоя скважины при шнековом бурении идет непрерывно и параллельно разрушению породы. Отделенная от забоя порода попадает на быстро вращающийся винт—шнек. Под действием центробежных сил она прижимается к стенкам скважины. Непрерывно набегающая винтовая лента шнека поднимает ее вверх к устью скважины, причем часть породы втирается ребордой ленты в стенки скважины. При шнековом бурении забой скважины эффективно очищается от разрушенной породы, что обеспечивает большие механические скорости бурения в породах до IV категории по буримости. С большой механической скоростью бурятся слабо сцементированные отложения мелкой гальки и щебня, так как последние не разрушаются, а целиком выносятся на поверхность. Плохо работает шнековый транспортер в вязких глинах, которые налипают на шнеки и препятствуют транспортировке выбуренной породы.

Охлаждение долота и шнеков осуществляется за счет быстрой углубки в мягкие породы. Глубина шнекового бурения от 1,5 до 50—80 м. Применяют шнековое бурение для проходки минных, инженерно-геологических и поисковых скважин (с использованием кольцевых буровых наконечников, позволяющих получать керн), а также в сочетании с другими способами при гидрогеологических исследованиях.

Преимуществами шнекового бурения мелких скважин в мягких породах являются большая скорость углубки; непрерывная транспортировка породы без подъема бурового инструмента; возможность бурения без промывки. Недостатки — незначительная глубина бурения, большая потребная мощность для вращения тяжелой шнековой колонны.

Инструмент для бурения шнеками состоит из долота, шнековой утяжеленной бурильной трубы и колонны шнеков.

Для повышения ресурса долота армируют резцами из твердого сплава. Диаметр долота на 15—20 мм больше диаметра шнека, чтобы колонна шнеков могла свободно вращаться в скважине, на стенках которой образуется шламовая корка.

Наибольшее распространение получили двух- и трехлопастные долота. Трехлопастное долото имеет литой стальной корпус с зубчатыми лопастями с наклоном по винтовой линии. Лопасти армированы твердосплавными восьмигранными резцами.

Шнек состоит из трубы, к наружной поверхности которой приварена по спирали наклонная стальная лента толщиной 5—6 мм.

Шаг спирали равен 0,7—0,9 наружного диаметра шнека. Длина шнеков 1,3—3 м, диаметры 70—300 мм и более. Для соединения шнеков к их концам привариваются полузамки, которые выполнены в виде шестигранной втулки и шестигранного хвостовика, закрепленных между собой пальцами и пружинной защелкой. Нижние шнеки имеют более толстостенные реборды для увеличения массы и прочности шнека. Шнеки могут соединяться также резьбой. Колонковый (полый) шнек служит для бурения с отбором керна. Для бурения с отбором керна собирают такой снаряд: колонковый шнек, несколько обычных шнеков и специальные бурильные трубы диаметром 73 мм. Колонковые шнеки применяют диаметром 180 и 135 мм, а коронки к ним соответственно 198 и 148 мм. Колонковый шнек с одной стороны имеет наружную правую резьбу для соединения с коронкой, с другой — хвостовик для соединения со шнеками. Тонкостенная разрезанная вдоль труба, помещенная внутри шнека, является керноприемной трубой. Подняв шнек после наполнения керном, отвинчивают коронку, захватывают крюком за отверстия керноприемной трубы и извлекают ее вместе с керном из трубы шнека. Керноприемную трубу разъединяют на две половины и вынимают керн.

Для извлечения керна из скважины без подъема шнековой колонны применяются шнеки с большим проходным отверстием. На канате внутрь шнековой колонны опускается грунтонос, который закрепляется защелками-фиксаторами в нижнем шнеке. Наполнив грунтонос керном, дают натяжение канату ловителя. Специальное устройство освобождает защелки от упоров, и грунтонос с керном поднимают на поверхность, а в скважину сразу же опускают заранее подготовленный порожний грунтонос.

Шнековое бурение скважин диаметром 50—100 мм на глубину до 7—10 м при инженерно-геологических изысканиях, поисковых и съемочных работах можно производить механическим пробоотборником МП-1 или мотобурами Д-10М и М-1, которые состоят из бензодвигателя «Дружба», редуктора или двухступенчатой коробки передач. Ведомый вал редуктора патроном соединяется со шнеком. Благодаря малой массе, не превышающей 15 кг, такой агрегат легко переносится одним человеком в специальном рюкзаке.

Для бурения шнеками скважин глубиной до 15 м применяется установка УКБ-12/25.

В комплект установки включен буровой насос НБ1-25/16, что позволяет при необходимости производить бурение колонковым способом.

Выпускается также самоходный вариант этой установки УКБ-12/25С на автомашине УАЗ-469Б. На §азе установки УКБ-12/25 разработан колонковый мотобур КМ-10.

Для бурения шнеками гидрогеологических, сейсмических, поисковых и структурно-картировочных скважин глубиной до 80 м применяется самоходная установка УШБ-16. Установка УШБ-16 приводится от двигателя автомашины ЗИЛ-131, на которой она смонтирована.

Геологическая документация при шнековом бурении обеспечивается изучением поднимаемой шнеками породы. Для уточнения участков, с которых отбирается проба, бурение ведут ограниченными интервалами.

—

При вращательном бурении шнеками разрушаемая долотом порода поднимается на поверхность одновременно с углублением забоя с помощью вращающихся буровых штанг, на которые винтообразно навита стальная лента. Колонна шне-*?ков образует винтовой транспортер.

Шнековый способ может эффективно применяться при бурении скважин в мягких и средней твердости породах, а также в слабо сцементированных галечниках, если размеры гальки меньше разницы D—d/2, где D — диаметр шнека; d — диаметр трубы, на которую навита спираль, и меньше шага спирали.

Основными параметрами шнекового бурения являются осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент и частота вращения шнековой колонны. Частоту вращения следует давать наиболее высокую, насколько позволяет мощность двигателя. При снижении частоты вращения до 150 об/мин скорость подъема выбуренной породы уменьшается, в результате она скапливается на забое и снижает скорость бурения. В мягких и сыпучих породах осевая нагрузка на забой принимается минимальной, т. е. равной массе шнековой колонны. Частоту вращения увеличивают до 200—300 об/мин. При бурении применяют плоские и лопастные долота.

В плотных породах осевую нагрузку на забой увеличивают до 7,0—10,0 кН, а частоту вращения долота снижают до 80— 130 об/мин.

Долото и шнеки охлаждают буримой породой вследствие большой скорости углубки. В твердых породах скорость уг-лубки мала, поэтому долота быстро нагреваются и выходят из строя.

Осуществляя осевую нагрузку, рекомендуется по возможности обеспечивать равномерную подачу инструмента. При резкой подаче инструмента вниз, с одной стороны, создаются неблагоприятные условия работы для двигателя, а с другой например в вязких глинистых породах, между скважиной и спиралями шнеков образуются пробки из спрессованной глины.

При бурении необходимо следить за износом режущих граней долот, за исправностью шнеков (смятия, искривления), за плавностью сопряжения спиралей шнеков; не допускать засыхания комков породы на спиралях, тормозящих движение рыхлого породного материала.

При бурении по сухим глинам, суглинкам и другим породам для уменьшения трения при перемещении породы между шнеками и стенками скважины в нее подливают воду. Для этого несколько минут прокручивают колонну шнеков без подачи, пока не прекратится подъем разбуренной ранее породы. Остановив вращение, заливают 1—2 ведра воды в скважину между спиралями шнеков и дают обратное вращение колонне в течение нескольких минут. Вода доходит до забоя и при эгом равномерно увлажняет стенки скважины.

При бурении в вязких породах на шнеках образуются сальники из-за сильного прилипания к ним разрушенного липкого шлама. Такие сальники зачастую приводят к прихвату бурового инструмента, поэтому рейс приходится прерывать через каждые 1,5—2,0 м. Это резко сокращает производительность, кроме того, требуется немало труда и времени на очистку шнеков от породы, даже при использовании специального устройства.

Для отбора керна при шнековом бурении применяют колонковые шнеки. Коронки соединяются с колонковыми шнеками правой резьбой, поэтому при ликвидации прихватов колонны нельзя применять левое вращение, чтобы не оставить коронку на забое. Снаряд для бурения с отбором керна собирают в следующей последовательности: колонковый шнек, несколько обычных шнеков и специальные бурильные трубы диаметром 73 мм.