Ротационен буров свредел срещу ядрена колона: случаи на употреба, които трябва да познавате

Пригодност за различни геоложки условия: къде всеки инструмент работи най-добре

Ротационен буров свредел Преимущества при меки, кохезивни и неконсолидирани почви

Въртящите се бурови шнекове работят най-добре в по-меки типове почва, като например ронливи пясъци, илови почви и лепкави глинести почви, които оказват малко съпротивление. Конструкцията с непрекъснато витло осигурява ефективно отстраняване на изкопаната маса по време на задълбочаване на буренето, поради което не е необходимо инструментът да се изважда многократно — това значително ускорява процеса. Според пробите по метода SPT тези шнекови бурови установки могат да пробият когезивна глина приблизително с 70 % по-бързо в сравнение с традиционните системи с ядрени тръби. Това има голямо значение, когато времето е пари, а получаването на проби не е основна цел. Друго предимство е простотата на експлоатация, която намалява риска от обрушване на шахтите в пясъчни или чакълести почви. Въпреки това работниците трябва да наблюдават внимателно за признаци на издигане (хевинг) или обрушване по време на буренето, за да гарантират безопасността.

Превъзходство на ядрените тръби при здрава скала, фрактурирани формации и изветрял базалт

Корковите свределни тръби просто не могат да бъдат надмощени при работа с плътни скални формации, пукнати терени или изветрели скални основи, където обикновените шнекови свределни тръби често се износват бързо, губят проби или напълно излизат от курса си. Двуственните версии, както и тези с диамантени върхове, осигуряват непрекъснати проби с минимални разрушения – което е изключително важно за разбиране на подземните условия. Според някои нови изследвания на USGS от 2023 г. тройните коркови свределни тръби възвръщали между 97 и почти 100 % от пробите от счупен гранит, докато стандартните шнекови свределни тръби едва успели да получат над 10 %. Такава висока качество на пробите има решаващо значение, когато инженерите трябва да определят посоката на скалните пукнатини, да изчислят така наречения RQD (индекс за качество на скалата) и да картографират точно границите между отделните пластове. Тези подробности директно влияят върху решенията относно изграждането на фундаменти, оценката на рисковете от нестабилност на склоновете и спазването на различни регулаторни изисквания. Стандартните шнекови свределни тръби просто не могат да запазят праволинейността на кладенците или да предоставят полезен материал, след като проникнат на дълбочина повече от няколко фута в трудни почвени условия.

Съответствие на целите на проекта: цялостност на данните срещу ефективност

Когато стратиграфската вярност е критична: геотехнически и екологични приложения, изискващи недокоснати ядра

При работа с проекти, които изискват подробен стратиграфски анализ – като например изграждане на фундаменти, проверки за устойчивост на склонове или проучвания на проблеми, свързани с екологично замърсяване, ядрените бурения просто нямат равни на себе си по качество на пробите. Тези инструменти запазват структурата на почвата непроменена, както и нейното естествено съдържание на влага, както и важните пукнатинни модели, които се разрушават при използване на шнекови бурения. Ефектът от смесване при извличането с шнек просто не е достатъчен, когато малки промени в поведението на почвата или в локализацията на замърсителите могат напълно да променят инженерните решения. Повечето водещи екологични фирми отдавна са преминали към методите за вземане на ядрени проби, тъй като им е необходима точна проследяваемост на разпространението на замърсяването през почвата и разбиране на движението на подземните води в скални формации до лабораторни стандарти за прецизност.

Когато скоростта и контролът върху разходите имат първостепенно значение: изпълнение на пилоти, инсталиране на комунални съоръжения и предварително проучване на строителната площадка

Когато скоростта има значение, а бюджетите трябва да се следят внимателно, ротационните бури се проявяват в най-добра светлина. Тези инструменти наистина правят голяма разлика по време на изпълнение на пилоти, монтаж на стълбове за електроснабдяване или при провеждане на първоначални проверки на площадката. Непрекъснатото им изваждане на почва ускорява работата значително — приблизително с 40–50 % спрямо традиционните методи на керване. Това означава по-малко човекочасове, прекарани на обекта, както и по-кратки периоди на наемане на оборудването. Те работят особено добре в ронливи почви и дори могат да пробиват плитък скален масив без особени затруднения. Затова строителните фирми ги предпочитат за проекти с тесни срокове, като например устройството на фундаменти за вятърни електроцентрали или подготовката на маршрути за тръбопроводи през трудно проходима местност. Преди да преминат към мащабни операции по керване, много компании използват бур за първоначално проучване на подземните условия, за да получат необходимата информация, без да натоварват прекомерно бюджета.

Обяснение на компромисите между качеството на кладенците и качеството на пробите

При избора между ротационни шнекови бура и кернови сондажни тръби инженерите се изправят пред фундаменталния дилема на скоростта на бурене срещу качеството на пробите – нещо, което в крайна сметка влияе върху надеждността на получените данни и вида на резултатите, които проектът ще даде. Шнековите бура работят най-добре, когато времето е пари, като бързо създават стабилни кладенци в по-меки почви. Но има и уловка: те разстройват пластовата структура на почвата и произвеждат разнообразни смесени фрагменти, които просто не отговарят на изискванията за подробни геотехнически изследвания или екологични оценки. Керновите сондажни тръби решават този проблем чрез специалната си тръбна система, която запазва почвените и скалните проби непокътнати – което е от голямо значение при измерване на срязващата якост, изучаване на движението на подземните води или проследяване на замърсители през различните пластове. Разбира се, това се осъществява срещу определена цена. Керването отнема значително повече време – понякога два пъти по-дълго в рыхли материали – и изисква квалифицирани оператори, които знаят как да се справят с деликатни ситуации, при които керновите проби могат да бъдат изгубени в напукани формации. За проекти, изискващи лабораторно качество на данните, тези ограничения са приемливи. Ако обаче целта е просто бързо да се извърши монтажът – например при устройството на пилотни основи – повечето специалисти предпочитат шнековите бура, въпреки че пробите не са толкова безупречни.

Експлоатационни фактори: ограничения по дълбочина, изисквания към буровата инсталация и експертност на екипажа

Производителност по дълбочина: бурови шнекове за плитки–средни дълбочини (<30 м); ядрени колони за по-дълбоки, структурно изискващи кладенци

Ротационните шнекове работят изключително добре при плитки до средни кладенци с дълбочина до около 30 метра, особено в рыхли почви, където могат да пробиват сравнително бързо и да намалят общото време за изпълнение на проектите. Обаче, когато надхвърлим тази дълбочина, ядрените колони започват да стават задължителни. Причината е, че те са по-здрави и осигуряват по-голяма устойчивост в по-твърдите скали на по-големи дълбочини, предотвратявайки обрушването на стените на кладенеца или проникването на флуиди в пробите, което компрометира целия резултат. Според данните от практиката повечето компании съобщават скорост на възстановяване на ядрото над 90 % в масивна скална основа на дълбочина над 50 метра при използване на трицевни системи. Шнековете обаче разказват друга история: ефективността им рязко намалява в разбити грунтове или в зони със значителни стратиграфски промени от едно място на друго.

Съвместимост с буровата установка и праг на умения: по-опростена настройка на шнека спрямо прецизно управление и протоколи за ориентация на ядрото

Повечето аугерни системи работят доста добре с обикновени ротационни установки, без да се изисква особено специализирано знание. Те намаляват разходите за монтаж с около 15 до може би 25 процента според ефективностните показатели от 2023 г., които наблюдаваме напоследък. Ядрените колони обаче представят съвсем различна картина. За тях са необходими установки, способни да осигуряват точни обороти, подходящо хидравлично подаване и обикновено също така специализирани бурови тръби. Нивото на умения, изисквано за тези два метода, е напълно различно. При аугерното бурене работниците просто трябва да познават почвите и начина на работа с машината. При ядреното бурене обаче положението е съвсем друго. Техниците трябва да придобият значителни умения в определяне на ориентацията на обектите под земята, проследяване на пукнатини и внимателно изваждане на ядрените проби, за да не нарушият слоистостта им. Хората, които работят с ядрени колони, прекарват около 40% повече време в обучителни програми, тъй като повреждането на пробите по време на важни геотехнически проекти може да се окаже изключително скъпо и никой не желае това да се случи.

Често задавани въпроси

При какви почвени условия се използват ротационни бурови шнекове ?

Ротационните бурови шнекове са най-подходящи за по-меки почвени типове, като ронливи пясъци, илови почви и лепкави глинести почви, поради конструкцията им с непрекъснато витло.

Кога трябва да се използват ядрени съдове вместо ротационни бурови шнекове?

Ядрените съдове трябва да се използват за вземане на проби от масивни скални формации, напукани участъци или изветрели скални основи, където е от решаващо значение запазването на цялостността на пробата за целите на анализ.

Какви са основните оперативни предимства на ротационните бурови шнекове?

Ротационните бурови шнекове осигуряват бързина и ефективност, особено при проекти, които изискват бързо изпълнение, като например устройството на пилоти и монтажът на инженерни комуникации.

В какво отношение ядрените съдове и ротационните бурови шнекове се различават по отношение на качеството на пробите?

Ядрените съдове осигуряват по-високо качество на пробите, като запазват цялостността на почвата и скалите – нещо от съществено значение за задълбочен геотехнически анализ, за разлика от шнековете, които могат да нарушият естествената структура на пробата.