Скважина на воду своими руками – это реальный способ обеспечить водой участок в рамках подготовки к строительству частного дома, тем самым построив на перспективу надежное водоснабжение на загородном участке, где отсутствует централизованная подача воды.
Обустройство такого водного источника требует существенных финансовых и трудовых затрат. Для бурения потребуются специальные приспособления и оборудование, но при правильной организации работ все можно сделать самостоятельно и надежно.
Технологии бурения
Для того, чтобы обустроить собственную скважину на воду, необходимо отыскать нужный водный пласт, определить глубину его залегания и пробурить в земле канал (ствол скважины), входящий в этот продуктивный слой. Ниже рассмотрены основные способы бурения.
Шнековый метод
Для такого бурения используется бур (шнек) в виде стержня с резцом на торце и лопастями, расположенными по винтовой линии. Элементарными шнеками можно считать садовые или рыболовные буры.
Суть технологии состоит во вкручивании инструмента в грунт путем его вращения и извлечении земли при его подъеме. Процесс может осуществляться вручную или механическим способом. Вручную шнековым способом можно пробурить скважину до глубины 8-10 м.
Такая методика считается наиболее простой и доступной, но ее можно использовать только при наличии достаточно мягкого или сыпучего грунта. Нельзя ее использовать и при наличии плывунов и скальных выходов. При наличии более твердой почвы или при более глубоком бурении необходима механизация вращения инструмента. По мере углубления ствола шнек прикручивается к секции бурильной трубы (колонны).
Гидробурение (гидродинамическое бурение)
Технология основывается на объединении традиционного бура и гидравлического воздействия.
При этом в зону бурения постоянно подается под давлением промывочная жидкость, которая:
- помогает разрушать землю;
- вымывает выбуренную почву, вынося ее на поверхность;
- охлаждает буровой инструмент;
- выравнивает стенки всего ствола по мере своего продвижения.
Она представляет собой воду, утяжеленную глиной, а подается в скважину при помощи помпы. При помощи гидробурения обычно делаются скважины глубиной 30-50 м, но с принципе, можно пробурить ствол и глубже 200 м. Для увеличения глубины бурения собирается бурильная колонна из штанг — труб длиной 1,3-2 м, диаметром 45-75 мм.
Пневмобурение (пневмоударное бурение)
Относится к ударно-вращательной технологии. При такой методике разрушение породы происходит путем ударного воздействия пневматическим инструментом (пневмоударником), при этом всей буровой колонне придается вращательное движение.
Для пневмобурения не страшны твердые породы, а проблемы возникают при глинистых, вязких грунтах, которые быстро забивают инструмент. Глубина бурящихся скважин невелика – до 50 м (обычно 15-25 м). Важное преимущество – большая скорость проходки.
Алмазный инструмент
Самым эффективным, но очень дорогим способом бурения скважин считается колонковая проходка с использованием насадок с алмазными коронками. Такие буровые установки способны осуществлять бурения с очень большой скоростью в грунте любой твердости. Основные недостатки – малый диаметр ствола (до 15-17 см) и стоимость проходки до 500-700 руб на 1 м.
Турбинная технология
Способ основан на продольном продвижении бурового долота, вращательное движение которому обеспечивает турбобур. Все это располагается на погружаемой колонне, которая наращивается штангами по мере углубления ствола.
Основной элемент – турбобур представляет собой двигатель, который погружается в забойную зону, т.е. не вращает всю бурильную колонну. Бурение может обеспечиваться малоскоростными (120-300 об/мин) и высокоскоростными (450-600 об/мин) двигателями, при этом в движение их приводит гидродинамическая сила, создаваемая потоком жидкости, действующим на лопасти двигателя.
Электробур
Эта технология принципиально не отличается от турбинного бурения. В данном случае вместо турбобура с лопастями в зону забоя погружается электродвигатель асинхронного типа. Использование электрического привода позволяет отказаться от бурильной колонны в виде труб и опускать электробур на кабель-канате.
Основной недостаток – пониженная работоспособность кабеля в скважинных условиях при частых спуско-подъемных операциях.
Винтовые двигатели
Это современные, усовершенствованные привода, опускаемые в забойную зону. Они представляют собой объемные, гидравлические установки роторного типа. Их вращение обеспечивается буровым раствором, а эффективность повышается использованием камер низкого и высокого давления.
Как бурят скважины для водоснабжения?
Любая скважина предназначена для подъема воды из глубинного водного пласта на поверхность. Ее принцип действия основан на обустройстве ствола в виде трубопровода за счет монтажа обсадной колонны (трубы) так, чтобы забойная часть с фильтром грубой очистки оказалась внутри источника воды, при этом подъем жидкости обеспечивается насосом погружного или поверхностного типа.
Таким образом, вода проникает через отверстия в нижней части колонны и принудительно поднимается по скважинному стволу на поверхность.
Виды
С учетом конструктивных особенностей и глубины выделяются следующие виды скважин на воду:
- Абиссинская скважина (трубчатый колодец). Она сооружается путем забивания трубы в грунт, а потому глубина составляет не более 6-10 м. Вода поднимается с самого верхнего пласта (грунтовые воды) и имеет значительное загрязнение. Ее можно использовать в технических целях или для питья, но только после кипячения.
- Скважина на песок. Она бурится на глубину 14-25 м, что позволяет использовать любой способ бурения. Обычно она обсаживается трубой диаметром 12-20 см. Дебит такой скважины небольшой и она предназначается для небольших хозяйств. В работе используется центробежный насос, устанавливаемый на поверхности.
- Артезианская скважина бурится до нижнего, продуктивного водного пласта на глубине более 50 м. Вода в ней абсолютно чистая и используется для питья. Подъем из нее может осуществляться только с помощью погружного насоса.
Функциональные узлы
Любая скважина, независимо от глубины и разновидности, имеет следующие функциональные зоны и узлы:
- Забойная зона или водозаборник. Это нижняя часть скважины, которая располагается в водном пласте. Здесь через перфорацию вода поступает внутрь обсадной колонны. Обязательный элемент – фильтр.
- Обсадная колонная (труба) или всасывающая магистраль. Ее задача обеспечить герметичный канал для воды от забойной зоны до входа в насос (водозаборник насоса), который обязательно снабжается обратным клапаном для предотвращения обратного водного потока.
- Насос. Он обеспечивает подъем воды, для чего создает определенное давление.
- Гидроаккумулятор или накопительный бак. Этот узел отвечает за защиту оборудования от гидравлических ударов, обеспечения водного резерва и создания нужного давления в водопроводном трубопроводе.
- Реле давления и контролирующая аппаратура.
- Оголовок скважины. Это верхняя, наземная часть скважины, обеспечивающая защиту ее от загрязнения сверху, промерзания и распределения поднятой воды.
Оборудование
Для обустройства скважины на воду необходим такой инвентарь и оборудование:
- Насос. Он выбирается с учетом глубины и производительности скважины, размеров обсадной колонны, протяженности водопроводной магистрали. При глубине ствола до 10-12 м чаще всего используется поверхностный, центробежный насос нужной мощности. Для глубоких скважин применяется насос погружного типа. Для него необходим несущий, страховочный трос и погружной электрокабель.
- Насосная станция с системой автоматического управления процессом. В ней обязательно наличие контролирующих приборов и устройств защиты от перегрузок.
- Гидропневмобак. Он предназначен для поддержания стабильного давления в системе и оптимизации работы насоса. Постоянный уровень воды в нем поддерживается с помощью реле уровня. Размеры резервуара зависят от мощности оборудования и дебита скважины. Объем может колебаться в широких пределах от 20-30 до 1000 л. Оптимальным считаются емкости объемом порядка 100-150 л.
- Кессон. Скважинный оголовок может обустраиваться разными способами, но наиболее популярен кессон, представляющий собой металлический короб (бак), герметизирующий устье скважины. Он монтируется с небольшим заглублением (до 1-1,2 м) и имеет размеры, достаточные для размещения соединительного оборудования и обслуживающего человека.
- Коммуникации. Кабель, провод для обеспечения надежного электропитания и водопроводные трубы от кессона до точек потребления воды.
Последовательность монтажа
Погружной насос монтируется в такой последовательности:
- установка обратного клапана (если его нет в комплекте насоса);
- закрепление на тросе и подключение кабеля;
- погружение насоса на нужную глубину;
- установка и подключение гидроаккумулятора (гидропневмобака);
- подключение и регулировка системы управления и контроля;
- установка и подсоединение фильтров тонкой очистки;
- подсоединение к точкам потребления (нагревательное оборудование, смесители и т.д.).
Схема скважинного устройства
Стандартное устройство глубокой скважины с погружным насосом имеет такую базовую конструкцию:
- перфорированный водозаборник обсадной трубы с отстойником;
- фильтр грубой очистки воды;
- погружной насос с обратным клапаном и водозаборником;
- водовод или труба (шланг) для подъема воды, соединенная с насосом;
- водонепроницаемый кабель для электропитания насоса;
- скважинный колодец или расширенная верхняя часть скважинного ствола;
- оголовок, кессон;
- запорная аппаратура (кран шарового типа);
- контролирующие приборы, манометр (до 8-10 Бар);
- механизм прокачки с шаровым краном.
Схема работы скважины достаточно стандартна:
- Вода под напором пласта просачивается в отстойник и накапливается в нем.
- При включении насоса вода поднимается вдоль обсадной колонны, поступает в насосный водозаборник и направляется вверх по водоводу.
- В кессоне вода направляется в гидроаккумулятор, где создается определенный ее запас, после чего поступает в водопровод.
Как обустраивается скважина?
При достижении в процессе бурения продуктивного пласта – водоноса, начинается этап обустройства скважины для воды. Вначале в ствол опускается нижняя фильтрующая колонна, представляющая собой трубу с перфорированным наконечником, отстойной камерой и фильтром из нескольких сеток, которые предотвращают проникновение крупных фракций примесей.
Далее монтируется вся обсадная колонна, а зазор между ней и грунтом засыпается песком и щебнем мелкой фракции. Одновременно с засыпкой смеси осуществляется прокачка скважины путем подачи воды с герметизацией устья.
После очистки забоя на тросе опускается погружной насос с подключенным водоводом диаметром 25-50 мм в зависимости от дебита скважины. На оголовке производится закрепление обсадной колонны и устьевой защиты. В отводящей системе устанавливается запорный вентиль. В кессоне производится соединение водовода и водопроводного трубопровода.
Скважина является достаточно сложным гидротехническим сооружением, но при ее правильном обустройстве появляется надежное собственное водоснабжение. Все операции, начиная с бурения ствола, можно осуществить своими руками, но для этого необходимо соблюдать все рекомендации специалистов и пользоваться стандартным оборудованием.
Полезные видео
Самый дешевый и простой в изготовлении гидробур и его тест при бурении водоносной скважины:
Как пробурить своими руками ручным буром из листового металла, смотрим:
Та же скважина, назначение и устройство:
Способы и варианты очистки бытовой скважины от заиливания своими руками:
Перед бурением важно убедиться в достаточной продуктивности водного пласта, для чего необходимы профессиональные геологические исследования.
domavlad.ru
1 Какие есть виды скважин на воду?
Прежде чем начать бурение, следует учесть, что каждая отдельно взятая технология бурения скважин на воду определяется типом создаваемой скважины.
Современные технологии бурения ориентируются, в первую очередь, на то, какой вид скважины будет наиболее подходящим для той или иной местности.
Технология строительства скважин подразумевает, что большинство объектов пронизывают первый водоносный горизонт и доходят до первого толстого пласта, залегающего под землей песка.
Технология бурения скважин на воду при наличии качественного бура рунного типа и бензобура, позволяет без особых затруднений произвести бурение такого объекта своими силами.
Типичные скважины фильтровального типа представлены в виде аналога обычного колодца. Через всю ее глубину попадаются линзы с водонасыщенными слоями песка и пласты глины.
В таких слоях нет быстрого перемещения и течения подземных вод, вода в линзах собирается посредством капиллярного метода. Как уже упоминалось выше, новые технологии бурения ориентируются на разновидности скважин.
Трубчатый абиссинский колодец сооружается с ориентировкой на глубину в 8-12 метров. Его отличие от обычного колодца заключено в том, что в воду не проникают загрязняющие частицы пыли, грязи и других чужеродных элементов.
Сама конструкция представлена в виде трубы, на конце которой находится перфорированный участок, который снабжен обмоткой из металлической сетки, выполненной с применением нержавеющей стали.
Перфорированные элементы монтируются на тех участках, где присутствуют крупнофракционные виды песков с примесями гальки. Из такого источника можно наладить водозабора с одновременным применением двух добывающих точек.
Скважина артезианского типа бурится с ориентировкой на большую глубину. В большинстве случаев она составляет 150-200 метров, и напрямую зависит от глубины залегания известняковых слоев. Такая скважина может обеспечивать питьевой водой сразу несколько загородных домов в течение более чем 50 лет.
Читайте также: как выполняют бурение скважин для питьевой воды?
к меню ↑
2 Современные технологии бурения: виды, отличия, преимущества и недостатки
На сегодняшний день активно применяются четыре основных способа бурения скважин на воду. Каждый из них имеет свои специфические особенности и технологию проведения работ. Эти способы представлены в виде:
- Шнекового бурения;
- Роторного бурения;
- Ударно-канатного бурения;
- Ручного бурения.
Ряд отличий заключен в способах реализации разрушения пород и методах извлечения грунта из скважинного ствола. Каждый из вариантов предусматривает применение особых видов оборудования. Это оказывает влияние как на качество, так и на общую стоимость проводимых работ.
к меню ↑
2.1 Шнековое бурение
Такой способ повсеместно считается наиболее простым и экономически целесообразным. Смысл применяемой технологии заключается в том, что выемка грунта из лунки производится при содействии классического инструмента – Архимедова винта, который называется буровым шнеком.
Представленный способ применяется для создания скважин, глубина которых не будет превышать более 10 метров. Это подойдет не только для водяных, но и для
скважин под свайный фундамент. Для промывки сооружения и шнека от налипшей почвы применяется вода или образовавшийся буровой раствор.
Для проведения представленных работ активно применяется так называемая установка для шнекового бурения. Осуществление такого типа бурения не может проводиться во всех видах грунтов.
Как правило, он применяется в сухих и обладающих относительной мягкостью разновидностях грунта. Такой способ не подходит для бурения плывунов и твердых скальных пород.
При осуществлении выбора исполнителей для проведения подобных работ, в первую очередь стоит учитывать их опыт и квалификацию. Достоинства метода шнекового бурения заключаются в:
- Простоте организационных работ;
- Мобильности;
- Доступности используемой техники (Газ-66 или ЗиЛ-131).
К недостаткам относится невозможность осуществления бурения на большую глубину, работы в скальных породах, сыпучих песках и плывунах.
Читайте также: принцип работы мотора редуктора для буровой установки.
к меню ↑
2.2 Роторное бурение
Если производится роторное бурение скважин с большой глубиной (более 50 м), то при этом задействуется специальная бурильная труба. В ее полость помещается вал вращающегося типа, который снабжен наконечником-долотом.
Из-за работы гидравлической установки производится нагрузка на долото. Такой метод, на сегодняшний день, общепризнанно считается наиболее распространенным и востребованным.
С его помощью может быть достигнута практически любая необходимая глубина бурения. Для того чтобы производить вымывание продуктов бурения из скважины применяется отработанный бурильный раствор.
Подача бурильного раствора в трубу осуществляется при помощи реализации двух способов. Закачка может производиться при помощи насоса, в результате чего раствор самотеком выходит из трубы в затрубное пространство. Этот метод получил название прямой промывки.
Второй заключен в том, что промывочная жидкость также посредством самотека проникает в затрубное пространство. Затем, во время работы насоса, она вместе породой высасывается из бурильной машины.
Этот метод называется обратной промывкой. Обратная промывка в разы увеличивает показатель дебета скважины. Это связанно с тем, что водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно.
Стоит отметить, что при реализации представленной технологии к работам привлекаются сложнейшие виды оборудования, что напрямую влияет на стоимость выполняемых работ.
Исходя из этого, метод бурения, базирующийся на способе прямой промывки, наиболее экономически целесообразен, потому, большинство владельцев загородных домов предпочитают именно его.
Преимущества роторного типа бурения заключаются в высокой скорости проходки, составляющей 1000 п.м. на станок/месяц. Это позволяет значительно сэкономить на обсадных трубах и снизить цену на проводимые буровые работы. Недостатки такого метода выражены в:
- Глинизации известнякового пласта (при использовании глинистого раствора);
- Больших потребностях в воде и глине;
- Необходимости утепления систем циркуляции в холодное время года;
- Невозможности опробования водоносного горизонта без пробного спуска;
- Сложностях с проведением обсадки скважины.
к меню ↑
2.3 Бурение ударно-канатным способом
Представленный способ является наиболее старым, трудоемким и довольно-таки медленным. Тем не менее, он все еще пользуется определенной долей популярности благодаря наименьшей (по сравнению с другими) степени затратности.
Скважина, полученная таким способом, получается очень качественной, и срок ее службы может составить более 50 лет. При реализации такого метода производится дробление породы с применением специального закрепленного над лункой тяжелого снаряда.
Ударное действие производится посредством поднимания снаряда на большую высоту и сбрасывания его вниз. Полученная в ходе работ разрушенная порода с помощью желонки удаляется из скважины.
Существенное преимущество представленного способа заключается в том, что при его реализации нет необходимости в применении бурильного раствора.
Эта особенность позволяет с высокой степенью точности произвести вскрытие водоносного горизонта, при этом обеспечив наиболее возможное максимальное значение величины дебита скважины.
Это напрямую влияет на увеличение ее эксплуатационного срока. Представленная технология по параметру трудоемкости проводимых работ значительно превосходит роторный метод.
При реализации ударно-канатного бурения, с выходом на последующие водоносные горизонты, требуется изоляция расположенных выше слоев. Для этого применяются дополнительные колонны обсадного типа.
Достоинства этого метода заключаются в полном отсутствии глиняного раствора в процессе бурения, что позволяет точно рассчитать время вскрытия водоносной линзы.
Недостатки заключены высокой стоимости работ, связанных с формирование проходки и необходимости обязательного перекрытия всех водоносных слоев с помощью обсадной трубы.
к меню ↑
2.4 Ручное бурение
Данная разновидность бурения является наиболее практичной и эффективной в тех случаях, когда возникают условия, связанные с ограничением площади проводимых работ.
Оно производится с применением обычного ручного бура, диаметр которого мажет варьироваться от 10 до 30 см. При этом, активно используются переходные штанги, рукоятки и всевозможные приспособлении для проведения очистки бура.
Глубина такой скважины, в большинстве случаев, составляет 10 метров. Это связанно с тем, что осуществление дальнейшей проходки требует применения значительных физических усилий.
Если в наличии имеется специальное подвесное устройство и блок лебедки, то глубина скважины может быть значительно увеличена. Среди достоинств представленного метода особенно стоит отметить:
- Возможность применения малогабаритных устройств;
- Отсутствие в необходимости использования тяжелой техники;
- Быстроту и сравнительную легкость организации проводимых работ;
- Возможность создания скважины в саде или подвале;
- Короткие сроки строительства;
- Быстрый и легкий ремонт;
- Общую дешевизну, связанную с малой глубиной.
Однако представленный способ имеет и ряд недостатков. Основным считается отсутствие возможности получения точной информации о присутствии водоносного горизонта.
Это напрямую связанно с малой глубиной проводимых бурильных работ. Кроме того, работы можно проводить только в тех грунтах, породы которых обладают мягкой или средней степенью твердости.
к меню ↑
byreniepro.ru
В 20-е годы ХIХ в. во Франции скважины бурили для поиска воды. В 1845 г. французский инженер Фовель сделал фундаментальное открытие – он нашел способ, как извлекать из скважины раздробленную породу. Для этого нужно было использовать ту же воду, для поисков которой и проделывались первые скважины.
В конце 50-х годов ХIХ в. начали бурить нефтяные скважины. Скорость проходки в это время составляла не более метра в сутки, а глубина скважины редко превышала полкилометра.
Лишь в начале ХХ в. скважины действительно начали бурить. Пионерами нового способа стали бакинские промышленники, первыми опробовавшие роторное бурение. При вращении долота в скважине порода крошилась, истиралась, и ее обломки поднимали наверх при помощи водных растворов. Скорость проходки возросла до 400-500 метров в сутки. Скважины стали в 3-4 раза глубже. Современные скважины бурят с учетом опыта всех предшественников. Порода разрушается буровым долотом (рис. 4.2), которое присоединено к бурильным трубам. По мере бурения долото изнашивается и его необходимо заменять.
Это очень трудоемкая операция, ведь для смены долота нужно поднять всю колонну бурильных труб, снять изношенное долото, накрутить новое и снова произвести спуск всей колонны. Диаметр долота больше диаметра бурильных труб и после того, как долото проходит пласт породы, остается пространство между бурильной трубой и пробуренной породой. Буровой раствор с помощью мощных насосов подают в бурильные трубы, он опускается вниз, а потом поднимается вверх по затрубному пространству, т.е. пространству между бурильными трубами и пробуренной породой. Вверху буровой раствор очищается от выбуренной породы (шлама) и снова закачивается в скважину. Ротор – специальное устройство, которое на поверхности приводит во вращение бурильные трубы, которые в свою очередь придают вращательное движение долоту.
Рис. 4.2. Буровое долото
Сам по себе роторный инструмент весьма громоздкий и требует частой смены. Все это, конечно, сдерживало развитие роторного бурения. Действительно, куда это годилось, если при глубине скважины в 4 километра колонна бурильных труб, на которое насаживалось долото, весила уже более 200 тонн! Большая часть энергии тратилась уже не на углубление скважины, а на вращение самих труб. В 1922 году советский инженер М.А. Капелюшников предложил новый оригинальный метод бурения – турбинный. Двигатель, вращавший долото, был опущен на дно скважины. Таким образом, отпала необходимость во вращении всей колонны труб, а это, естественно, способствовало большей экономии энергии.
В дальнейшем метод турбинного бурения неоднократно усовершенствовался. Современный турбобур – это сложнейшая машина, длиной около 10 метров. Каждая ступень турбобура – всего их может быть около сотни – имеет два диска с профилированными лопатками. Один из дисков – статор – неподвижно закреплен в корпусе турбобура. Второй – ротор – вращается. А приводит турбобур во вращение буровой раствор, который под давлением нагнетается в скважину для вымывания остатков разбуренной породы и обтекает при этом роторные лопатки. Каждая секция турбобура развивает относительно небольшое усилие. Однако их много, и суммарная мощность оказывается достаточной, чтобы пробурить самую твердую породу.
В последние годы получили распространение и электрические турбобуры. Они приводятся в действие специальными электромоторами малого диаметра, опять-таки помещаемыми в нижнем конце колонны. Энергия подводится к двигателю по специальному кабелю, расположенному внутри бурильной трубы. Такой способ позволяет развивать на долоте значительные усилия, легко поддается автоматизации.
По существу, современная буровая установка представляет собой небольшое промышленное предприятие. Здесь есть и своя силовая подстанция, и установка для получения бурового раствора, и сама буровая вышка (рис. 4.3), на которой монтируются мощные лебедки, и другое оборудование, необходимое для спуска и подъема бурильных и обсадных труб.
Особое внимание при бурении уделяют буровому раствору. Он должен выполнять несколько задач (о некоторых мы уже говорили): поднимать на поверхность обломки выбуренной породы, приводить во вращение турбобур. Также буровой раствор охлаждает долото, которое при трении значительно нагревается. Почему в современном бурении в качестве бурового раствора не используют простую воду, как это делали раньше? Оказалось, вода не очень удачно играет эту роль. Да, вода действительно может выносить выбуренную породу. Но что произойдет, если вдруг процесс бурения неожиданно остановится? Такое вполне может произойти, хотя это нежелательное явление на буровой. В этом случае вся выбуренная порода, которая находится в воде и которая уже направлялась наверх, начнет оседать вниз и через некоторое время с определенной глубины заполнит межтрубное пространство, по сути, похоронив навсегда долото, турбобур и, возможно, бурильную колонну. А это очень дорогостоящее оборудование.
Сейчас существуют долота, стоимость которых превышает полмиллиона рублей (2005 г.), а стоимость колонны бурильных труб может превышать десять миллионов рублей. Поэтому для бурения стали применять не воду, а специальный буровой раствор. Чаще всего глинистый раствор на основе глинопорошка. Такой раствор не дает оседать выбуренной породе, и при возобновлении бурения можно снова продолжить подъем шлама на поверхность.
К буровому раствору предъявляют еще одно требование. При бурении глубокой скважины могут встречаться пласты различного характера (водные, нефтяные, газовые). Одним из главных условий бурения является обеспечение неприкосновенности пластов. Буровики должны пробурить скважину, а другие специалисты определяют, какой пласт им нужен. Представьте себе пустое отверстие диаметром 30 сантиметров, глубиной 4 километра. Что произойдет, если такое отверстие загерметизировать сверху и оставить? Сначала из пластов различные смеси заполнят это пространство, а потом с наибольшим давлением жидкость или газ вытеснит остальные фракции и начнет проникать в другие пласты. А этими пластами могут оказаться водные пласты, близкие к поверхности земли, и нефть или газ может появиться в реках и озерах, а потом и в городских водопроводах. Этого, конечно, допускать ни в коем случае нельзя.
Поэтому, пока идет процесс бурения, весь ствол скважины заполнен буровым раствором, который не дает содержимому встречающихся пластов проникнуть в скважину. Для этого у бурового раствора должна быть определенная плотность, при этом он сам не должен «убегать» в пласты. Подобрать нужную плотность бурового раствора является непростой задачей. Иногда невозможно подобрать нужную плотность, чтобы держать в равновесии все пласты. В этом случае, как правило, в скважине предусматривается так называемая промежуточная колонна обсадных труб.
Рис. 4.3.Общая схема буровой установки:
1- буровое долото; 2 – УБТ; 3 – бурильные трубы; 4 – кондуктор; 5 – устьевая шахта; 6 – противовыбросовое устройства; 7 – пол буровой установки; 8 – буровой ротор; 9 – ведущая бурильная труба; 10 – буровой стояк; 11 – вертлюг; 12 – крюк; 13 – талевый блок; 14 – балкон верхового рабочего; 15 – кронблок; 16 – талевый канат; 7 – шланг ведущей бурильной трубы; 18 – индикатор нагрузки на долото; 19 – буровая лебёдка; 20 – буровой насос; 21 – вибрационное сито для бурового раствора;
22 – выкидная линия бурового раствора
Скважина бурится до определенной глубины с одним параметром бурового раствора, затем спускаются металлические обсадные трубы, пространство между обсадными трубами и пробуренной породой цементируется так называемым тампонажным раствором. После чего продолжают бурение с другим буровым раствором. Понятно, что установленные выше обсадные трубы должны быть большего диаметра, чем бурильная колонна и обсадные трубы, которые будут спущены ниже.
Иногда требуется устанавливать несколько промежуточных колонн и тогда конструкция скважины может принять такой вид (рис. 4.4). Последняя колонна, которая спускается ниже остальных, называется эксплуатационной колонной. Часто первую промежуточную колонну называют кондуктором.
К буровому раствору предъявляется дополнительное требование, которому глинистые растворы соответствуют не в полной мере. Когда долото вскрывает покрышку и начинает проходку в коллекторе, в коллектор также попадает буровой раствор.
Рис. 4.4. Конструкция скважины
Помимо того, что раствор подается под большим давлением в скважину, на коллектор давит весь столб жидкости. Ведь столб бурового раствора высотой 3-5 километров тоже создает значительное давление. В итоге, может получиться, что часть бурового раствора попадет в коллектор возле скважины и забьет его поры. Коллектор окажется загрязненным и нефть не сможет легко просачиваться в скважину. Как правило, это сказывается на так называемом дебите скважины, т.е. объеме добычи. Если при правильном вскрытии пласта дебит мог составить одно значение, то при неправильном объем добычи скважины может уменьшиться в несколько раз, а иногда и вообще быть равен нулю. Правда, эта проблема больше касается эксплуатационных скважин, однако и в разведочных скважинах важно знать показатели пластов. Именно на этом основании в последнее время используют различные буровые растворы, основанные не на глине. Большое распространение получили так называемые биополимерные растворы. Через некоторое время после вскрытия пласта такие растворы разлагаются и не оставляют после себя засоров в коллекторе.
Как правило, разведочные скважины бурят вертикальными, т.е. без значительного отклонения от места забуривания, но иногда применяется наклонно-направленное бурение.
studopedia.su
Что нужно знать
Определяющими критериями выбора способа бурения водозаборной скважины являются глубина уровня подземных вод и породы геологического разреза, которые подлежат проходке. Правильно выбранная технология бурения скважин на воду позволит быстро пробурить скважину, избежать аварийных ситуаций при бурении. В итоге это даст возможность получить наиболее высокий в данных условиях дебит водозаборного сооружения.
Что подразумевает технология бурения скважин под воду? Это способ и режим разрушения различных горных пород, очищение ствола скважины и крепление ее стенок, оборудование водоприемной части.
Способы бурения
Для строительства глубоких водозаборных скважин обычно применяют вращательное и ударно-канатное бурение. Технология бурения скважин на воду этими способами различная. Особенности каждого не позволяют применять их без ограничений в любых условиях. Технология бурения скважин на воду буровой установкой с вращением породоразрушающего инструмента (долота) в данной статье приводится на примере шнекового и роторного способов.
Технология шнекового бурения
В песчаных и глинистых породах, не содержащих крупных включений, применяется бурение комплектом из долота и шнеков, транспортирующих разбуриваемую породу с забоя наверх. Из двух разновидностей шнекового бурения для устройства водозаборной скважины в районе с хорошо изученным геологическим строением чаще применяют сплошной забой непрерывным рейсом, рейсовыми заходками и завинчиванием. Там, где необходимо получение высококачественной информации о породах и глубинах их залегания, применяется способ кольцевого забоя.
Непрерывный рейс (поточное бурение) – разбуриваемая порода выносится шнековой колонной на дневную поверхность. По мере углубления буровой снаряд наращивается дополнительными шнеками. Применяют для проходки однородных песков без прослоек илов или других слабых пород. Частота вращения шнеков 250-300 об/мин. Недопустимо излишне быстрое погружение во избежание переполнения лопастей породой и заклинивания снаряда в скважине по этой причине. Достаточная нагрузка – собственный вес шнеков и вес вращателя.
В пластичных и тугопластичных глинистых породах применяют рейсовые заходки – долото и шнековая колонна вбуривается в породу с последующим извлечением для очистки реборды от разбуренной массы. Величина рейсового погружения в пределах 1 метра. Частота вращения от 100 и не более 300 об/мин. Нагрузка 500 Н.
В слабых породах применяют спиральное долото на шнековой колонне – их завинчивают на определенную глубину и затем извлекают без вращения лебедкой.
Кольцевой забой ведется специальными колонковыми шнеками, позволяющими извлекать керн (столбик пробуренной породы) без подъема бурильной колонны на поверхность. Режим бурения: 60-250 об/мин, величина рейса от 0,4 до 2,0 м. Применяется эта технология бурения скважин на воду редко, в основном геологическими организациями, занимающимися разведкой и попутно выполняющими бурение скважин на воду.
Технология вращательно-роторного бурения
Этим способом достигается большая скорость проходки и большие выходы колонн труб. К недостаткам относят кольматацию (глинизацию) водоносного горизонта, большие затраты на приготовление глинистого раствора, большие объемы воды на промывку скважины для восстановления водоотдачи горизонта, заглинизированного в ходе бурения.
Чаще применяется роторное с прямой промывкой: разрушенная порода с забоя выносится на поверхность глинистым раствором, закачивающимся в скважину насосом через бурильные штанги. Следует выдерживать скорости восходящего потока в интервале 0,5 – 0,75 м/сек. Циркулирование промывочного раствора нарушается в сильно трещиноватых зонах – он вместе со шламом уходит в трещины. Бурильщику нужно внимательно смотреть за режимом бурения, уменьшать при необходимости осевую нагрузку и бесперебойно подавать промывку, чтобы избежать прихвата снаряда.
Не нужно преследовать высокую механическую скорость, достигаемую увеличением числа оборотов: это чревато авариями. Нагрузка на долото и вращательная скорость регулируются в зависимости от проходимых пород, диаметра долота и бурильных труб, количества промывочной жидкости.
Обороты нужно уменьшать при:
- увеличениях параметра долота;
- уменьшении диаметра бурильной колонны;
- увеличения крепости пород;
- при чередовании слоев с небольшой мощностью (до 1,5 м).
На роторных установках типа УРБ и БА работают в основном на II- III скоростях. Проходка глинистых и глинисто-песчаных пород ведется при 300-400 об/мин (III-IV скорости). Для пород умеренной крепости (песчаники, известняки, мергели) пределы вращения ротора от 200 до 300 об/мин. Крепкие породы разбуриваются долотом со скоростью вращения 100-200 об/мин.
Бурильщик внимательно следит за режимом бурения, уменьшая осевую нагрузку и бесперебойно подавая промывку, чтобы избежать прихвата снаряда. Момент вскрытия водоносного пласта определяет внезапное понижение глинистого раствора и увеличение нагрузки на двигатель. Циркуляция раствора нарушается в сильно трещиноватых зонах – выбуренная порода и раствор уходят в трещины.
Если водоносные породы представлены коренными с мелкими трещинами, вскрытие горизонта проводится с качественным глинистым раствором с обязательным выходом его на поверхность.
Технология бурения скважин на воду малой буровой установкой аналогична технологии бурения мощными станками.
Сопутствующие работы
Крепление стенок скважины трубами проводится после бурения. Применяют металлические, асбестоцементные и пластмассовые трубы. Тип фильтра (дырчатый или сетчатый) выбирают в зависимости от водовмещающих пород.
Перед установкой фильтра раствор заменяют на более легкий, желателен удельный вес не более 1,15. После установки фильтра сразу же промывают скважину водой. Затем выполняют желонирование скважины – откачка столба жидкости из скважины желонкой. При осветлении промывки и появлении в ней песка начинают откачку эрлифтом. С прекращением выноса песка и полным осветлением воды устанавливают погружной насос.
Энергия свободнопадающего удара
Ударно-канатным способом вскрываются без проблем маломощные водоносные горизонты (менее 1 м). Возможно получение максимального дебита – водовмещающие породы незаглинизированы. Не нужна длительная откачка.
Способ применяют:
- в малоизученной местности;
- в безводных районах, где невозможна доставка воды для приготовления раствора;
- при необходимости раздельного опробования нескольких горизонтов;
- для скважин с большим начальным диаметром.
Недостатки ударно-канатного бурения:
- небольшая скорость проходки;
- большой расход труб на обсадку;
- ограниченность глубины бурения (до 150 м).
Нормальную частоту ударов свободнопадающего снаряда рассчитывают. Она обратно пропорциональна квадратному корню из высоты падения: с увеличением высоты подъема долота над забоем частоту ударов уменьшают и, наоборот, с уменьшением высоты количество ударов увеличивают.
Нужна сила и смекалка
При неглубоком залегании зеркала подземных вод (как правило, это грунтовые воды) и геологическом разрезе, сложенном рыхлыми породами, в стесненных условиях застроенного участка скважину можно пробурить, применяя мускульную силу людей – достаточно 2 человека.
Технология бурения скважин на воду ручным методом проста. Можно применить забивной способ или шнековый.
Для забивки стальной трубы диаметром в 1 дюйм ее предварительно разрезают на отрезки по 2 или 3 метра. На концах делают наружную резьбу. По мере углубления отрезки трубы будут соединяться муфтами с внутренней резьбой. Изготавливается специальный стальной наконечник (хвостовик) в виде конуса, диаметр основания которого на 1 см больше диаметра трубы. Он приваривается на трубу. Около метра длины трубы над наконечником (достаточно 60 см) отведено под примитивный фильтр – водопринимающее устройство для проникновения в скважину воды из водоносного горизонта. Сверлом 6 мм делают отверстия через 5 см друг от друга.
На трубу надевают забивное устройство из двух отдельных частей. Первым – упор с конусной дырой под трубу. Его выходное отверстие больше внешнего диаметра забиваемой трубы на 5 мм, что достаточно для вставки в зазор снизу двух клиньев – разрезанного повдоль металлического усеченного конуса. Диаметр вершины конуса чуть больше диаметра трубы, но меньше выходного отверстия упора. Вторая часть – ударная “баба”, груз со сквозным отверстием под трубу и две ручки для подъема над упором.
При опускании бабы в момент удара ее об упор клинья входят в отверстие и держат забиваемую трубу в своих “объятьях”. После забивки отрезка трубы конус выбивают, трубу наращивают, свинчивая со следующим отрезком. Переставляют упор с клиньями, надевают “бабу” и продолжают забивание трубы до водоносного слоя. Периодически нужно поворачивать трубу вокруг оси.
Появление воды в скважине определяют опусканием внутрь ее грузика, привязанного к бечевке. Если его поднимут наверх мокрым, значит скважина углубилась в водоносный слой. Важно не “проскочить” этот слой, дающий воду. Нужно оставить перфорированный конец трубы в этой водонасыщенной породе. И приступать к прокачиванию минискважины вначале ручным насосом. По мере осветления воды переходят на откачку поверхностным водяным электронасосом.
Шнековое ручное бурение скважин на воду – технология подобна описанному с помощью буровой установки, которую здесь заменяют два человека. Разумеется, за параметрами механического режима бурения им не угнаться. Некоторые умельцы заменяют физическую силу на механизмы.
Бурение скважин водой
Технология простая при минимальных затратах материалов, силы и времени. Условия – глубина скважины до 10 м, разрез сложен рыхлыми грунтами.
Оборудование – насос “Малыш”, емкость под воду (чем больше объем, тем лучше, но можно и бочку литров на 200). Ворот для поворачивания трубы делают из двух трубок и стяжного хомута.
Материалы: труба диаметром 120 мм, длиной на глубину скважины. На нижнем торце нарезают зубцы, верхний торец оборудован фланцем со штуцером, через который по шлангу будет поступать вода из бочки под давлением, создаваемым насосом “Малыш”. Для крепления фланца к краю трубы приварены 4 ушка с отверстиями под болты М10.
Рабочая сила: легче работать вдвоем. Затраты времени – на 6 метров проходки по суглинкам 1-2 часа.
Процесс бурения: выкопать приямок глубиной около метра, установить вертикально в нем трубу и нагнетать в нее воду насосом. Вода, выходя через нижний конец с резцами, станет размывать грунт, освобождая пространство под трубу, которая станет оседать под собственным весом. Нужно только, покачивая, поворачивать трубу для того, чтобы зубцы крошили породу. Разбуренные частицы породы под давлением выходят вместе с водой в приямок. Из него можно вычерпывать воду и, процеживая, вновь использовать для промывки. Достигнув водоносного горизонта, снимают фланец, и в скважину под уровень воды, но не доходя до забоя, погружается насос для откачки.
Виды водозаборных скважин
Они подразделены на бесфильтровые и фильтровые. Бесфильтровые скважины устраивают в водоносных горизонтах, сложенных мелкозернистыми песками или в устойчивых трещиноватых скальных породах. Для других водоносных горизонтов подбирается фильтр в зависимости от фракций водовмещающих пород.
fb.ru