Большое распространение имеет вращательное шнековое бурение в породах невысокой твёрдости, не требующее применения промывки скважин. Разрушенная долотом порода попадает на винтовую поверхность шнеков (рис. 5), вращающихся с большой частотой вращения, и выносится наверх к устью скважины.
Рис. 5. Шнеки: а — с
шестигранным соединением; б — полые с резьбовым соединением; в —
магазинный.
Шнековое бурение обеспечивает большие механические скорости, так как долото 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 слабосцементированные отложения мелкой гальки и щебня, так как последние не разрушаются, а целиком выносятся на поверхность. Плохо работает шнековый транспортёр в вязких глинах, которые налипают на шнеки и препятствуют транспортировке выбуренной породы.
Охлаждение долота и шнеков осуществляется за счет их быстрого углубления в мягкие породы с изменяющейся температурой. Глубина шнекового бурения от 1,5 до 50-80 м.
Применяют шнековое бурение для проходки инженерно-геологических и поисковых скважин (с использованием кольцевого породоразрушающего инструмента, позволяющего получать керн, и полого магазинного шнека, рис. 5, в), а также в сочетании с другими способами при гидрогеологических исследованиях.
Преимущество шнекового бурения мелких скважин в мягких породах — большая скорость углубления; непрерывная транспортировка породы без подъема 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 (рис. 6) армируют резцами из твёрдого сплава. Диаметр долота на 15-20 мм больше диаметра шнека, чтобы колонна шнеков могла свободно вращаться в скважине, на стенках которой образуется шламовая корка.
Рис. 6. Твердосплавное
долото для шнекового бурения.
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 — шнековой штанги диаметром 60 - 73 мм, 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, выполненные в виде шестигранной втулки и шестигранного хвостовика, закрепленных между собой пальцами и пружинной защёлкой. 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 135мм, 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. После того как шнек наполнится керном, его поднимают, 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 подъёма шнековой колонны применяют шнеки с большим проходным отверстием. На канате внутрь шнековой колонны опускается грунтонос, который закрепляется защелками-фиксаторами в нижнем шнеке. После наполнения грунтоноса 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 мотобурами М-10, КМ-10. Благодаря малой массе, не превышающей 15 кг, такой агрегат легко переносится одним человеком.
Для бурения шнеками скважин глубиной до 15 м применяется установка УКБ-12/25 и её модификация УКБ-12/25С.
Для бурения скважин шнеками глубиной до 20 м используют установки типа УПБ и ССБ-20.
Установка УРБ-2А-2 позволяет бурить шнеками скважины глубиной до 30 м.
Геологическая документация при шнековом бурении обеспечивается изучением
поднимаемой шнеками породы. Для уточнения участков, с которых отбирается проба,
бурят ограниченными интервалами.
