EN
Відповідність умов ґрунту: де кожен інструмент працює найкраще
Шнековий бур для роторного буріння Переваги при роботі в м’яких, зчеплюваних та незцілених ґрунтах
Шнекові бурильники з обертальним рухом працюють найефективніше в порівняно м’яких ґрунтах, таких як рихлі піски, супіщані ґрунти та липкі глини, що чинять незначний опір. Конструкція з безперервними витками забезпечує видалення відходів буріння по мірі заглиблення бура, тому немає потреби багаторазово виймати інструмент із свердловини, що значно прискорює процес. Згідно з результатами стандартного пенетраційного випробування (SPT), такі бурильні установки пробурюють зчеплені глини приблизно на 70 % швидше, ніж традиційні системи з корінцевими колонками. Це має велике значення, коли час — це гроші, а отримання зразків не є головним пріоритетом. Ще однією перевагою є простота експлуатації, що зменшує ризик обвалу стінок свердловин у піщаних або гравійних ґрунтах. Проте працівники повинні постійно спостерігати за ознаками підняття ґрунту або обвалу під час буріння задля забезпечення безпеки.
Перевага корінцевих колонок у міцних породах, тріщинуватих утвореннях та вивітрених базальтних породах
Кернові бури не мають собі рівних під час буріння у твердих гірських породах, тріщинуватих ділянках ґрунту або вивітрених типах базальтів, де звичайні шнекові бури швидко зношуються, втрачають керни або зовсім виходять із заданої траєкторії. Двостінні версії кернових бурів, а також ті, що оснащені алмазними наконечниками, забезпечують отримання неперервних кернів із мінімальними пошкодженнями — що має вирішальне значення для визначення геологічної будови підземних шарів. Згідно з недавнім дослідженням Геологічної служби США (USGS) за 2023 рік, триканальні кернові бури повернули від 97 до майже 100 % кернів із розтрісканого граніту, тоді як стандартні шнекові бури змогли отримати лише трохи більше ніж 10 %. Така якість кернів має принципове значення, коли інженерам потрібно визначити напрямок тріщин у гірських породах, розрахувати так звану RQD («показник якості гірської породи»), а також точно відобразити межі окремих шарів. Ці деталі безпосередньо впливають на прийняття рішень щодо проектування фундаментів, оцінки ризиків нестабільності схилів та виконання різноманітних нормативних вимог. Стандартні шнекові бури просто не здатні зберігати вертикальність свердловин або надавати придатний для аналізу матеріал, як тільки глибина буріння перевищує кілька футів у складних ґрунтових умовах.
Узгодженість цілей проекту: цілісність даних проти ефективності
Коли стратиграфічна вірність є критично важливою: геотехнічні та екологічні застосування, що вимагають незбуреного керна
При роботі з проектами, які вимагають детального стратиграфічного аналізу — наприклад, при виконанні фундаментних робіт, перевірці стабільності схилів або дослідженні проблем екологічного забруднення, кернові бурільні труби є неперевершеними щодо якості зразків. Ці інструменти зберігають цілісну структуру ґрунту разом із його природним вмістом вологи та важливими тріщинами, які руйнуються під час використання шнеків. Змішувальний ефект, що виникає при вилученні ґрунту шнеком, просто не задовольняє вимог, коли незначні зміни у поведінці ґрунту чи точне розташування забруднювачів можуть повністю змінити інженерні рішення. Більшість провідних екологічних компаній уже давно перейшли на методи кернування, оскільки їм потрібно точно відстежувати поширення забруднень у ґрунті та розуміти рух підземних вод у скельних породах із точністю, що відповідає лабораторним стандартам.
Коли переважають швидкість і контроль витрат: забивання паль, монтаж комунікацій та попередні розвідувальні роботи на ділянці
Коли має значення швидкість, а бюджет потрібно контролювати, роторні бурильники справжньо виявляють себе. Ці інструменти справді суттєво прискорюють роботи зі спорудження паль, встановлення опор ліній електропередачі або проведення початкових розвідувальних робіт на ділянці. Їхня здатність безперервно видаляти ґрунт прискорює процес приблизно на 40–50 % порівняно з традиційними методами керування. Це означає скорочення людино-годин, витрачених на виконання робіт, а також скорочення термінів оренди обладнання. Вони особливо ефективні в розпушених ґрунтах і навіть можуть долати мілку скельну породу без особливих ускладнень. Саме тому підрядники віддають їм перевагу в проектах із жорсткими термінами — наприклад, при влаштуванні фундаментів для вітроелектростанцій або підготовці трас газопроводів через складну місцевість. Перш ніж переходити до повномасштабних робіт з буріння кернів, багато компаній спочатку використовують бурильник, щоб отримати дані про підземні умови, не завдаючи надмірного удару по бюджету.
Пояснення компромісів між якістю свердловин та проб
При виборі між роторними бурами та керновими колонками інженери стикаються з фундаментальною дилемою: швидкість буріння чи якість зразків — а це, в кінцевому підсумку, впливає на надійність отриманих даних та характер результатів, які буде забезпечено проектом. Бури-шнеки працюють найефективніше, коли час — це гроші: вони швидко створюють стабільні свердловини у м’яких ґрунтах. Однак існує й недолік: вони порушують природне прошаркування ґрунту й дають різноманітні змішані уламки, які не підходять для детальних геотехнічних випробувань або екологічної оцінки. Кернові колонки вирішують цю проблему за допомогою спеціальної трубчастої системи, що зберігає цілісність зразків ґрунту та гірських порід — що має велике значення, наприклад, для вимірювання межі міцності на зсув, вивчення руху ґрунтових вод або відстеження забруднювачів у різних ґрунтових шарах. Звичайно, це має свою ціну. Кернування триває значно довше — іноді вдвічі довше у розсипних матеріалах — і вимагає кваліфікованих операторів, які вміють діяти в складних ситуаціях, коли керни можуть втрачатися в тріщинуватих породах. Для проектів, де потрібні дані лабораторної якості, такі обмеження варто прийняти. Але якщо метою є просто швидке виконання робіт — наприклад, влаштування пальових фундаментів — більшість фахівців віддають перевагу бурам-шнекам, навіть попри те, що отримані зразки не є такими «ідеальними».
Експлуатаційні чинники: обмеження глибини, вимоги до бурильної установки та кваліфікація персоналу
Продуктивність за глибиною: шнеки — для мілких–середніх глибин (< 30 м); кернові колонки — для більш глибоких, структурно складних свердловин
Ротаційні шнеки дуже ефективно працюють при бурінні мілких і середніх свердловин глибиною до приблизно 30 метрів, особливо в рихлих ґрунтах, де вони забезпечують високу швидкість проходження й скорочують тривалість проектів. Однак після перевищення цієї глибини кернові колонки стають обов’язковим елементом. Чому? Тому що вони мають більшу міцність і забезпечують стабільність у твердих породах на великих глибинах, запобігаючи обвалам стінок свердловини або потраплянню рідини в керн, що спотворює всі результати. Згідно з даними, отриманими на практиці, більшість компаній повідомляють про коефіцієнт відбору керну понад 90 % у суцільній корінній породі на глибинах понад 50 метрів при використанні триканальних (трьохтрубних) систем. Шнеки ж демонструють іншу картину: їх ефективність різко знижується в розтрісканих породах або в районах, де шари значно змінюються від однієї ділянки до іншої.
Сумісність з бурильною установкою та поріг кваліфікації: простіша установка шнека порівняно з точними протоколами обробки та орієнтації керна
Більшість конфігурацій шнеків працює досить добре зі звичайними роторними установками без потреби в спеціальних знаннях. Вони скорочують витрати на монтаж приблизно на 15–25 %, згідно з показниками ефективності за 2023 рік, які ми спостерігаємо останнім часом. Однак історія з керновими колонками — зовсім інша. Для них потрібні установки, здатні забезпечувати точне обертання, правильну гідравлічну подачу та, як правило, спеціалізовані бурильні штанги. Рівень кваліфікації, необхідний для роботи з цими методами, принципово відрізняється. Для роботи зі шнеками достатньо, щоб працівники добре розуміли характеристики ґрунтів та вміли керувати технікою. А от кернове буріння — це зовсім інша справа. Техніки повинні володіти високим рівнем навичок у визначенні просторового положення об’єктів під землею, відстеженні тріщин та обережному вийманні кернів, щоб не порушити послідовність шарів. Спеціалісти, що працюють з керновими колонками, проходять навчальні програми приблизно на 40 % довше, оскільки пошкодження зразків під час важливих геотехнічних проектів може обійтися надзвичайно дорого, і ніхто не хоче, щоб таке сталося.
Часто задані питання
Які умови ґрунту є придатними для роторних бурильних шнеків ?
Роторні бурильни шнеки найкраще підходять для м’яких типів ґрунту, таких як розсипчасті піски, супіщані ґрунти та липкі глини, завдяки своїй конструкції з безперервною спіраллю.
Коли слід використовувати кернові бурі замість роторних бурильних шнеків?
Кернові бурі слід використовувати для відбору зразків у суцільних скельних породах, тріщинуватих ділянках ґрунту або вивітрених корінних породах, де збереження цілісності зразків є критично важливим для подальшого аналізу.
Які основні експлуатаційні переваги роторних бурильних шнеків?
Роторні бурильні шнеки забезпечують швидкість і ефективність, особливо в проектах, що вимагають швидкого виконання, наприклад, при влаштуванні паль або монтажі комунікацій.
Чим відрізняються кернові бурі та роторні бурильні шнеки за якістю зразків?
Кернові бурі забезпечують вищу якість зразків, зберігаючи цілісність ґрунту та гірських порід, що є обов’язковою умовою для глибокого геотехнічного аналізу, на відміну від шнеків, які можуть порушити природну структуру зразка.
