Бурение скважин на воду: технология
Все придумали китайцы - компас, порох, бумагу... Бурение скважин тоже, но бурили они кое-как, а мы - хорошо!
Бурение скважины – это сложный технический процесс, требующий профессионального подхода и выполнения. В современном мире существует множество разнообразных способов проходки, каждый из которых является оптимальным для определенных геологических условий. Подробнее остановимся на основных: ударно-канатныей и вращательные.
Это самый древний из современных методов. Считается, что его придумали китайцы более 1000 лет назад. Толчком для изобретения стала сила притяжения земли – гравитация.
Суть процесса заключается в следующем. Ударный снаряд через специальный замок закреплен на стальном канате, канат подается с барабана лебедки. Инструмент поднимается над забоем и сбрасывается. Свободный сброс осуществляется с помощью балансира или планетарной лебедки. При ударе забивной стакан наполняется пластичным грунтом, например глиной или суглинками.
При проходке крепких отложений их разрушение происходит с помощью специального долота, очистка от шлама осуществляется желонкой.
Ударно-канатный способ разделяется на забивной и клюющий.
При клюющем, инструмент поднимается на небольшую высоту и сбрасывается. При забивном, снаряд забивают без отрыва, нанося по нему удары специальным патроном. Ударный патрон закреплен над стаканом, он состоит из двух частей, подвижной и неподвижной. Неподвижная часть это труба внутри которой ходит боёк (подвижная часть). Ход бойка около 1,5 метров. С этой высоты он сбрасывается на наковальню, к которой прикручен забивной стакан. После нанесения нескольких ударов, инструмент поднимают на дневную поверхность для его очистки.
Компоновка снаряда для ударно-канатного способа, это долото, желонка или забивной стакан, ударная штанга, забивной патрон, специальный замок. Инструмент компонуется под определенный геологический разрез.
Для пластичных глинистых грунтов применяют забивные стаканы.
Для работы в рыхлых несвязных отложениях, а так же для очистки забоя работают желонкой с плоским или шариковым клапаном.
Для твердых, тип инструмента подбирают под определенную задачу.
Преимущества: информативность, отсутствие необходимости подвоза воды.
Недостатки: низкая механическая скорость, повышенный расход обсадных колонн, при появлении воды снижается разрушающая сила удара инструмента.
Применение: в составе инженерно-геологических изысканий, геологоразведка россыпных месторождений золота, добыча подземных вод.
Виды вращательных способов:
- шнековое
- колонковое
- с промывкой
- с продувкой
- ударно-вращательное
При шнековом способе разрушает грунт лопастное долото, его охлаждение происходит за счет углубления.
На поверхность разрушенный грунт поднимается шнеками. Из отдельных звеньев – шнеков, колонна собирается в единый винтовой транспортер.
Углубившись на длину одного шнека, процесс останавливается, наращивается следующее звено.
Полые шнеки применяются при проведении строительных работ и инженерно-геологических изысканий. Представляют собой трубу, с невысокими ребордами по всей длине. В нижней части крепиться специальная коронка. Колонна полых шнеков одновременно является и обсадкой, после ее погружения внутри можно работать инструментом меньшего диаметра.
Компоновка снаряда состоит из лопастного долота и шнеков.
Преимущества: высокая скорость проходки, не нужен подвоз воды.
Недостатки: скорость снижается с увеличением крепости грунтов, небольшая глубина скважин (до 50м), необходимы станки с высоким крутящим моментом.
Применение: сооружение неглубоких источников подземных вод, строительство, геологоразведка и инженерно-геологические изыскания без отбора керна.
Колонковое бурение применяется при необходимости извлечения на дневную поверхность образцов горной породы.
Разрушающая работа выполняется специальными коронками, вкрученными в нижнюю часть колонковой трубы. При этом формируется забой кольцевой формы, в его центральной части (внутри колонковой) остается столбик породы с ненарушенной структурой (керн).
Проходка ведется до набора керна необходимой длины, или до полного заполнения колонковой трубы. После чего керн заклинивают и отрывают от забоя. Заклинивание осуществляется с помощью установленного над коронкой кернорвателя. Инструмент поднимают, извлекают керн из колонковой, и повторяют процесс до достижения нужной глубины.
Очистка забоя происходит с помощью промывочной жидкости или продувки сжатым воздухом. Промывка охлаждает вооружение породоразрушающего инструмента, с продувкой охлаждение происходит за счет погружения резцов вглубь. В условиях сильного поглащения промывочной жидкости работают с так называемой призабойной циркуляцией.
Компоновка колонкового набора: твердосплавная или алмазная коронка, кернорватель, колонковая труба, фрезерный переход, штанги.
Преимущества: информативность, высокая скорость в породах твердым и скальным образованиям.
Недостатки: увеличение количества спусков-подъемов, при заполнении колонковой приходится делать подъём.
Применение: инженерно-геологические изыскания, геологоразведочные работы, строительство.
Бурение с промывкой наиболее распространенный метод при сооружении глубоких скважин.
В качестве промывочной жидкости используются глинистые растворы с различными добавками, основу которых составляют бентонитовые глины.
Транспортировка шлама от забоя осуществляется буровым раствором или чистой водой. Подача промывки бывает прямой и обратной.
Прямая промывка, это подача раствора по бурильным трубам. Поток, подхватывая кусочки шлама, поднимается на поверхность между стенками ствола скважины и штангами.
Обратная промывка, это подача раствора через устье скважины. Раствор опускается на забой между штангами и стенками ствола скважины, подхватывая кусочки шлама, он поднимается на поверхность внутри бурильных труб.
Схема промывки скважины: а - прямая; б - обратная.
По завершению углубления первой штанги, выключают насос и наращивают следующую.
Бурильщику необходимо внимательно следить не только за скоростью подачи ПРИ на забой, но и за объемом выносимого шлама. Иначе не избежать прихватов, сальников и осложнений. Очистка раствора происходит за счет оседания шлама в отстойниках, дополнительно могут быть использованы циклоны или специальные вибросита.
Компоновка снаряда: долото, переводник, направляющая труба, фрезерный переход, штанги
Преимущества: скорость проходки не падает с увеличением глубины, небольшой расход обсадных колонн, применение станков с низким крутящим моментом, укрепление неустойчивых стенок глинистой коркой.
Недостатки: требуется подвоз воды и глины.
Применение: бурение глубоких скважин на воду, газ, нефть.
Бурение скважин с продувкой сжатым воздухом считается оптимальным при проходке крепких пород. Технология схожа с очисткой забоя промывкой, только вместо раствора подается сжатый воздух от компрессора и частицы шлама выдуваются на поверхность. Работать можно шарошечными долотами типа Т, К, ОК или лопастными с алмазным вооружением (PDC).
Часто работают с пневмоударником. Пневмоударник является машиной, приводящейся в действие энергией сжатого воздуха. Он передает удары на забой через специальную коронку. Скорость проходки пневмоударником по твердым и крепким породам в несколько раз выше, чем при бурении шарошечными долотами.
Компоновка снаряда: коронка, пневмоударник, обратный клапан, переход, бурильные трубы.
Пневмоударниками компонуются колонковые снаряды для пневмозабивного метода работы, при котором используются специальные усиленные коронки.
Чаще всего этим способом работают для отбора керна в неустойчивых породах, галечниках, валунах, песках.
Преимущества: не нужен подвоз воды, высокая скорость проходки по скальным грунтам.
Недостатки: необходимы мощные компрессоры, трудно работать по пластичным породам.
Применение: бурение скважин на воду, геологоразведка, строительство.
Подробнее о бурении скважин, а так же о типах скважин на воду, технологии бурения, истории бурения, обсадных трубах, насосах и многом другом читайте в соответствующих разделах.
+7 (903) 400-10-51