Виды бурения

Без нефтепродуктов сложно себе представить современную жизнь. Делаются они из нефти, которую добывают с помощью особых горных выработок. Многие из нас слышали термин «нефтяная скважина», но вряд ли все знают, что это на самом деле такое. Давайте попробуем разобраться, что собой представляет это сооружение, и какими они бывают.

Что такое скважина в нефтяной промышленности?

Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, чей диаметр во много раз меньше общей длины её ствола (глубины).

Помимо скважины,  есть еще такие горные выработки, как колодец и шахта. В чем их отличие от рассматриваемого нами определения?  На само деле, все довольно просто. В шахту или колодец человек может попасть, а в скважину – нет. Таким образом, дополнительное определение этого сооружения таково – горная выработка, схема и форма которой исключает доступ в неё человека.

Верхнюю часть такой выработки называют устьем, а нижнюю часть – забоем. Уходящие вниз стенки образуют так называемый ствол.

Всем известно, что скважины делают при помощи бурения. Однако сказать, что их просто бурят было бы неверно. Эти капитальные сооружения, сложные в своем строении,  под землей скорее строят, в связи с чем  они относятся к основным средствам организации,  а затраты на их бурение и обустройство являются  капитальными вложениями.

Строительство нефтяных и газовых скважин

Конструкция скважины выбирается на этапе проектирования и должна отвечать следующим требованиям:

• конструкция должна предоставлять возможность свободного доступа к забою геофизических приборов и глубинного оборудования;
• конструкция должна не допускать обрушения стенок ствола;
• также она должна  обеспечивать надежное разделение  друг от друга всех проходимых пластов и не допускать перетекания флюидов из пласта в пласт;
• в случае необходимости, конструкция этой выработки должна давать возможность герметизировать её устье в случае возникновения такой необходимости.

Строительство и монтаж нефтяных и газовых скважин проводится следующим образом:

1. Первым делом  бурится начальный ствол большого диаметра. Его  глубина составляет около   30-ти метров. Затем в пробуренное отверстие опускается  металлическая труба, которую называют направлением, а окружающее её пространство уставляется специальными обсадными трубами и цементируется. Задача направления – предотвратить размывание верхнего почвенного  слоя в процессе дальнейшего бурения.
2. Далее до глубины от 500 до 800 метров бурится ствол меньшего диаметра, в который опускается колонна из  труб, называемая кондуктором. Пространство между стенками трубы и горной породой также заливается цементным раствором на всю глубину.
3. Только после обустройства направления и кондуктора скважину пробуривают на заданную проектом глубину, и опускают в неё колонну труб еще меньшего диаметра. Эта колонная называется эксплуатационной. Если глубина залегания пласта – большая, то возможно использование так называемых промежуточных трубных колонн. Все пространство между стволом скважины и окружающей её горной породой заливается цементом.

В чем основное назначение кондуктора? Дело в том, что на  глубинах до 500 метров располагается активная зона пресных вод, а ниже этой глубины (в зависимости от региона разработки)  начинается  зона с  затрудненным  водообменном, в которой много  соленых вод и прочих подвижных  флюидов (в том числе – газов и нефти). Так вот, основная задача кондуктора – это дополнительная защита, которая предотвращает засолонение поверхностных пресных вод и не позволяет проникать в них  вредным веществам, которые сконцентрированы в нижних пластах.

Какие бывают скважины?

В зависимости от того, в каких геологических условиях расположены нефтяные месторождения, бурятся разные типы таких выработок.

Основные виды скважин:

• вертикальные;
• наклонно-направленные;
• горизонтальные;
• многоствольные или многозабойные.

Вертикальной называют скважину, угол отклонения ствола которой от вертикали – не более пяти градусов.

Если этот угол больше пяти градусов, то это уже – наклонно-направленный тип.

Горизонтальной называют скважину, если угол отклонения от вертикали её ствола приблизительно равен 90 градусов. Однако есть некоторые нюансы этого определения. Поскольку в живой природе редко встречаются «прямые линии», а разрабатываемые пласты чаще всего залегают с некоторым уклоном, то с практической точки зрения бурить строго  горизонтальные  скважины смысла, как правило, нет.

Проще и эффективнее направить ствол вдоль оптимальной траектории залегания. Исходя из этого, можно дать определение горизонтальному типу таких выработок как скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный максимально близко к направлению  целевого продуктивного пласта с соблюдением оптимального азимута.

Скважины, у которых два и более ствола, называются многоствольные или многозабойные. Их отличие друг от друга – в расположении точки разветвления, в которой от основного стола отходят дополнительные. Если эта точка располагается выше уровня продуктивного горизонта, то этот тип выработки называется многоствольным.  Если эта точка располагается в пределах продуктивного горизонта, то это –  многозабойный тип скважины.

Проще говоря, если основной ствол пробуривают  до  разрабатываемого пласта, а уже внутри него бурятся дополнительные отростки,  то это – многозабойный тип (продуктивный пласт пробивается в одной точке). Все остальные выработки с несколькими стволами относятся к многоствольным (несколько точек пробития пласта). Также такой тип скважин характерен в случаях, когда пласты расположены на разных горизонтах.

Кроме того, бывают еще кустовые скважины. В этом случае несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину, а их устья находятся близко друг к другу (как посаженный вверх ногами куст).

Деление скважин по своему назначению

Эта классификация предусматривает следующие категории таких горных выработок:

• поисковые скважины;
• разведочные выработки (для геологоразведочной работы);
• эксплуатационные стволы.

К категории поисковых относятся скважины, пробуриваемые в процессе поиска новых нефтяных и газовых месторождений.

Разведочное бурение производится на площадях, нефте- или газоносность которых уже установлена, с целью уточнения объемов обнаруженных залежей углеводородного сырья и для  уточнения исходных параметров месторождения, которые необходимы при проектировании способа разработки промысла, поэтому разведке уделяется особое внимание.

Эксплуатационное бурение создает выработки следующих типов:

• основные (добывающие и нагнетательные);
• резервные;
• контрольные;
• оценочные;
• дублирующие;
• скважины специального назначения (поглощающие, водозаборные и так далее).

Сама добыча сырья производится через добывающие выработки, которые бывают насосными, газлифтными и фонтанными.

Назначение нагнетательных скважин –  воздействие на разрабатываемый  пласт с помощью  нагнетания в него пара, газа или воды, а также прочих рабочих сред. Они бывают внутриконтурными, приконтурными и  законтурными.

Резервные необходимы для разработки  отдельных и застойных зон, а также  зон выклинивания, которые не входят в контур основных скважин.

Контрольные нужны для наблюдения за текущим положением зон контакта добываемого ресурса и воды и прочими изменениями пласта, находящегося  в разработке. Кроме того, с их помощью контролируют давление в продуктивных  пластах.

Оценочные нужны для предварительной оценки подготавливаемых к разработке месторождений. Они помогают определить границы и размеры запасов, а также прочие необходимые предварительные параметры.

Дублирующие используются во время замены ликвидируемых вследствие физического износа или аварий скважин  основного фонда.

Через специальные  добывают техническую воду, сбрасывают промысловые  воды, с их помощью ликвидируют открытые фонтаны  и так далее

Способы бурения нефтяных и газовых скважин

Процесс бурения нефтяной скважины  по характеру своего  воздействия на горные  породы бывает:

• механическим;
• термическим;
• физико-химическим;
• электрическим и так далее.

Промышленное освоение месторождений подразумевает использование  только механических способов, в которых используются разные режимы бурения. Все другие способы разбуривания находятся в экспериментальной разработке.

Механические методы бурения делятся на вращательные и ударные.

Ударный способ  – это  механическое разрушение горной породы, которые выполняется подвешенным на канате специальным инструментом – долотом. В состав такого бурового комплекса также входят  канатный замок и ударная штанга.  Это устройство подвешивается на канате, который перекинут блок, установленный на буровой мачте. Возвратно-поступательное движение долота обеспечивается специальным  буровым станком. Цилиндрическую форму ствол приобретает вследствие  поворота долота во время работы.

Очистку забоя от разрушенной породы выполняют при помощи желонки, которая напоминает длинное ведро с клапаном на днище. Инструмент вынимают из ствола, опускают желонку, открывают в забое её клапан. Ведро наполняется жидкостью с кусочками породы, клапан закрывается, и полная желонка поднимает на поверхность. Все, можно продолжать бурение.

В России на данный момент  ударное бурение  практически  не применяется.

Вращательный метод основан на погружении долота  в толщу пород с помощью одновременного воздействия на инструмент и вертикальной нагрузки, и  крутящего момента. Вертикальная нагрузка позволяет погрузить долото в  породу,  а  затем, с помощью крутящего момента, долото  скалывает, истирает и дробит горную породу.

По способу расположения силового агрегата вращательное бурение делится на роторное и забойное. В первом случае двигатель стоит на поверхности, а крутящий момент долу передает колонны буровых труб. Во втором случае двигатель ставиться сразу за долотом, и вращения буровой колонны не происходит (вращается только долото).

Интересный факт

Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая (СГ-3). Её глубина – 12 262 метра.  Её пробурили в Мурманской области для изучения глубинного строения Земли.

Тайна кольской сверхглубокой скважины

13:32

Заголовок

Тайна кольской сверхглубокой скважи ...

Просмотров

2,271,516 views

анимация процесса добычи нефти

Просмотров

1,037,999 views

1:58

Заголовок

Oil well accident (Kazakhstan). Ава ...

Просмотров

628,776 views

neftok.ru

Содержание

Какие бурят скважины на воду ↑

Конструкция зависит от разрабатываемого пласта: на песок устраивают фильтровые скважины, на известняк — артезианские.

Артезианские бывают 4-х видов: классические, с двойной обсадкой, с кондуктором, с переходом. Артезианские воды залегают в водонапорных пластах и даже могут фонтанировать.

Фильтровые скважины бывают 2-х видов: механического и ручного бурения. Ручного бурения — это так называемые абиссинские колодцы (хотя в последнее время ручное бурение заменяют механическим: используют устройство с двигателем). Есть еще разведочные скважины, которые бурят на подготовительном этапе, но с их использованием не добывают воду, а ищут.

Артезианская скважина на воду ↑

Артезианская — глубинная скважина на воду. Для ее устройства требуется разрешение на использование недр, поскольку артезианские воды относятся к полезным ископаемым. Вокруг сооружения необходимо организовать ЗСО (зона санитарной охраны; регламентирует СанПиН 2.1.4.1110-02) с предварительной разработкой проекта. Подготовительный этап состоит из исследований, подготовки документации и ее согласования.

Артезианскую скважину бурят до водоносного пласта горных пород (обычно известняк).

Есть 4 вида конструкции сооружения:

1. Классическая: с обсадной трубой, доходящей до верхней границы водоносного пласта, и открытым стволом меньшего (относительно обсадной трубы) диаметра.
2. С двойной обсадкой: с двумя обсадными трубами, где первая (больше диаметром) доходит до границы водоносного пласта, а вторая (меньше диаметром) — в пласте; насос размещают во второй трубе; она перфорированная.
3. С кондуктором: с одной обсадной трубой, диаметром меньше диаметра кондуктора, отсекающего четвертичные отложения верхних слоев.
4. С переходом: телескопической конструкции из нескольких обсадных труб, где каждая последующая уже предыдущей (обычно их три).

Выбор зависит от расчета водопотребления, геологических характеристик, глубины залегания вод. Каждый вид артезианской скважины хорош для определенного грунта, но наиболее часто устраивают конструкции с кондуктором.

Фильтровая скважина на воду ↑

Бурят до водоносного песка на глубину до 30 м. Представляет собой обсадную трубу с фильтром на нижнем конце и оголовком на верхнем. Фильтр — перфорированный, сетчатый, щелевой — размещен на забойной трубе, входящей в водоносный пласт. Через отверстия фильтра вода поступает в трубопровод, откуда ее поднимает на поверхность насос.

Оголовок — наземная часть сооружения; в нем размещают насосное и сопутствующее оборудование. Насосы бывают погружными, поверхностными: выбор зависит от глубины залегания водоносного песка и водопотребления.

Абиссинская скважина ↑

Абиссинская – принципиально фильтровая скважина, но с той разницей, что труба очень узкая (дюймовая), и насос можно использовать лишь поверхностный. Отсюда малая глубина — до 10 м. Соответственно, некачественная вода, непредсказуемый дебит, низкий срок службы. Зато такую скважину можно пробурить своими руками при помощи банального садового бура. Потребность в воде для полива участка и других технических целей абиссинский колодец в большинстве случаев удовлетворяет полностью в течение нескольких лет.

Достоинства и недостатки фильтровой скважины ↑

Для скважины на песок не нужно собирать пакет документации, буровые работы согласовывать также не надо. Работы и оборудование не относятся к категории дорогостоящих (если не придется бурить много раз до обнаружения линзы). Скважину бурят быстро. В обслуживании и ремонте сооружение просто. Есть и недостатки:

• непредсказуемость залегания/поведения водоносных пластов;
• высокая вероятность смешения с грунтовыми и сточными водами;
• сравнительно низкий срок службы;
• отсутствие возможности прокачать скважину, ее частое заиливание, низкий дебит.

Виды бурения скважин на воду ↑

Всего есть три вида бурения: вертикальное, горизонтальное, наклонно-направленное. Бурение на воду в основном вертикальное, как ручное, так и механическое.

Есть три вида ручного бурения (их применяют для устройства абиссинских скважин):

• ударно-канатное,
• роторное,
• шнековое.

Бурение на воду: шнек выводит на поверхность разрушенную породу ↑

Механическое бурение бывает вращательным, ударным, комбинированным; его подразделяют по используемым буровым снарядам на:

• алмазное,
• вибрационное,
• дробовое,
• роторное,
• турбинное,
• шнековое,
• бурение электробуром и др.

Для разведочных скважин наиболее часто применяют метод колонкового бурения: породу разрушает кольцевая алмазная (или твердосплавная) коронка, через ее полость забирают керны.

Артезианские скважины бурят (роторный способ) посредством передвижных буровых установок на базе «КамАЗ», «Урал», «ЗИЛ». Породу разрушают шарошечным долотом. Наиболее часто применяют метод бурения с промывкой. Он позволяет в процессе забирать керны (раствор выносит разрушаемую породу на поверхность) для определения проходимого пласта и спрогнозировать дебит по поглощаемой жидкости. Реже применяют бурение скважин на воду с продувкой: разрушаемую породу удаляет поток газа.

В устройстве фильтровых скважин на воду наиболее востребовано шнековое бурение: разрушаемую резцом породу отводит на поверхность шнек. Этот метод очень популярен, поскольку не требует дополнительного оборудования для удаления измельченной породы и позволяет пройти 10 м вглубь за день. Однако он подходит только для мягких грунтов: камни, валуны, морены — слишком большая (зачастую непреодолимая) нагрузка для резца.

Оптимальный вид бурения выбирают по результатам геологического анализа.

Артезианская или фильтровая ↑

Устройство артезианской скважины регламентируют сразу несколько законодательных норм, в том числе закон «О недрах». Устройство колодцев и каптажей родников регламентирует СанПиН 2.1.4.544-96, где прописано, что основой выбора месторасположения источника нецентрализованного водоснабжения являются результаты санитарного обследования и геологических, гидрогеологических исследований территории. Владелец участка на этой стадии должен привлечь к работам специалистов (п. 3.2). В этом плане фильтровые скважины выигрывают, находясь вне регламентов: теоретически их можно бурить на своем участке без разрешения и прочих бумаг — это одно из основных достоинств скважин на песок.

Однако именно этот аспект — самый скользкий. На первый взгляд кажется, здесь можно серьезно сэкономить, но на деле без разведки фильтровая скважина рискует превратиться в дорогостоящую: своими руками ее не пробурить (максимум что можно сделать: арендовать оборудование; исключение — абиссинский колодец), а бурильщики взимают плату за каждый метр вглубь, и уже вторая скважина может продырявить не только землю, но и бюджет. Также выбор теряет очевидность, если учесть, что дебит песчаных скважин низковат, они сильно зависят от интенсивности эксплуатации (заиливаются и выходят из строя быстро, если их не используют зимой), срок службы может составить и менее 5 лет (это непредсказуемо), а срок службы артезианской — от 30 лет. К тому же качество воды несравнимое: артезианские воды залегают глубже и от этого в разы чище (естественная фильтрация в нескольких пластах делает воду практически безупречной).

Какую скважину на воду пробурить, чему отдать предпочтение — дорогой артезианской со сбором кучи бумаг или простой, недорогой, но совсем ненадежной фильтровой — решать вам.

aqua-guru.ru

Какие бывают типы скважин

Существует несколько типов скважин на воду. К ним относятся следующие:

• фильтровая в песчаных грунтах;
• эксплуатационная, которая бурится, если обнаружен водоносный горизонт;
• на известняк;
• артезианская.

Что касается фильтровой разработки в песчаных горизонтах, то для определения водоносного слоя проводится разведочное бурение. Во время такого процесса может сложиться несколько положений, в двух из которых обнаружится водоносный слой с водоносным песком, разбавленным другими видами грунта, и только в одном из них будет вода, а в последнем ее не будет совсем. Глубина этой скважины должна составлять не менее 13-15 м.

Когда водоносный слой обнаружен, возникает необходимость в бурении эксплуатационной разработки, глубина которой составляет уже от 15 до 25 м.

При ее бурении используются следующие способы:

• ударно-канатный;
• комбинированный;
• шнековый.

Такое бурение не обойдется без применения защитной трубы, необходимой для сохранения ствола разработки от разрушения, в качестве которой нужно использовать металлические трубы, соединенные резьбой диаметром в 168 мм.

Их извлекают после установки фильтровой и рабочей трубы.

Для устройства эксплуатационных труб необходимо иметь в виду, что они имеют три составные части:

1. Труба, располагающаяся от поверхности до уровня воды, служит для защиты ствола отработки от разрушения и является местом для размещения водоподъемных агрегатов.
2. Фильтрующая колонна является продолжением рабочей колонны и представляет собой трубу сечением 200-315 мм. Она служит для подъема воды из глубин водонасыщенного песка на поверхность, а фильтр очищает воду от частиц песка.
3. Труба с заглушкой служит запасом воды.

Несмотря на то что известняковые породы являются более твердыми, чем песчаный грунт, разработка в них считается менее трудоемким процессом, так как отпадает необходимость в применении защиты от разрушения ствола как раз из-за твердости известняковых грунтов. Отпадает опасение за разрушение границ колодца.

Бурить в известняковых породах нужно шнеками, которые по виду напоминают штопор. Глубина колодца в известняках доходит от 15 до 40 м.

Третьим типом является артезианская скважина. Она находится на большой глубине и закрыта глиной, которая, в свою очередь, является водонепроницаемой породой и представляет собой барьер для проникновения на поверхность вод четвертичных отложений. Такие воды при вскрытии их скважиной вырываются к поверхности земли под большим давлением и достигают уровня от 5 до 15 м.

Какие существуют типы бурения скважин

Виды бурения находятся в прямой зависимости от типов выработки и делятся на шнековые и роторные.

Шнек напоминает винт мясорубки или прибор рыбака, который используется для подледного лова.

Во время вращения шнек за счет винтообразных лопастей поднимает и выбрасывает грунт на поверхность. Шнековым методом можно достаточно быстро достичь в день десятков метров разработки, за исключением столкновения с твердыми породами ледникового периода или подвижными плитами, которые затягивают скважину до того момента, когда она защищается обсадной колонной.

Известняковые выработки бурятся роторным способом. Глубина залегания таких вод достигает свыше 200 м. Бурение скважин при этом недоступно шнеку. Они бурятся оборудованием с использованием долота из твердых сплавов. На буровой устанавливается силовой агрегат, называемый ротором, он приводит в движение долото. Двигатель вращает ротор, а долото работает за счет бурильных труб.

Такая проходка занимает до недели из-за твердости пород и глубины их залегания. Стоимость ее значительно выше шнековой, но преимуществом является большое количество воды, добытое из скважины.

Бурение скважин на воду производится несколькими методами, к ним следует отнести:

• ударно-канатный;
• вращательный;
• шнеками;
• колонковый;
• с промывкой;
• с продувкой;
• комбинированный.

Помимо вышеизложенных способов бурения скважин на воду существуют и другие варианты добычи воды из выработок разного типа. Среди них колодец, выработка на песок.

Типы и виды водозабора определяются более конкретно после исследования места устройства выработки, которое дает представление о типе скважины и видах разработки, применимых в данной ситуации.

Бурение скважин на воду, его типы и методы находятся в прямой зависимости от вида и предназначения скважины. Поэтому хозяин загородного участка должен прежде всего определить, для чего именно он будет использовать выработку, какой глубины она будет, в каких грунтах будут проводиться строительные работы, какова глубина залегания водоносного слоя. Затем исходя из этих данных выбирают вид и метод бурения.

moyaskvazhina.ru

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

• Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
• Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
• Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:

• колонковое;
• шнековое;
• роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

• геологоразведка полезных ископаемых;
• бурение разведочных скважин;
• устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

• буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
• колонковая труба;
• труба для отвода шлама;
• штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
• муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

• бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
• колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
• верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
• бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
• колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
• после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
• трубу освобождают от выбуренной породы;
• опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

• высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
• сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
• возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Задействованное оборудование и инструменты

Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера. В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.

Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону. Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.

Технология шнекового бурения

После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 — 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 — 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.

Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы. Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 — 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º. При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно. К достоинствам шнекового бурения относят:

• грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
• высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
• нет необходимости делать промывку ствола скважины;
• компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
• нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек — идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах. Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин — необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение — метод вращательного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала. Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.

Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.

Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:

1. Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
2. Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
3. Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.

В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав буровой установки роторного типа входит:

• рамная или решётчатая вышка;
• двигатель с приводом;
• ротор и бурильная колонна;
• насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
• подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.

Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент — долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

1. Разрушение породы при помощи долота.
2. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
3. Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды. Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

• заглубление в грунт долота большого диаметра;
• вращение долота под воздействием ротора;
• установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
• удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
• монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
• бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

• высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
• возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
• высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать?

Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин. Подводя итоги, можно сказать, что:

1. Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
2. Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
3. Роторное бурение — оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.

Стоимость обустройства скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик с демонстрацией принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:

Особенности бурения скважины шнеком:

Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, наружная часть которой выполнена стальными трубами, внутренняя полимерными:

Бурение водоносной скважины — трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты. Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя.

Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.

sovet-ingenera.com