Бурение скважин на воду: технология. Методы бурения

Методы бурения

Выбирая метод бурения на воду, необходимо обращать внимание на различные факторы. Важным является, конечно же, Методы бурения стоимость бурения, степень сложности выполнения работы, ландшафтные и геологические условия. Диаметр и глубина скважина определяет также выбор метода бурения скважины. Самым важным решением при выборе, каким именно методом будет буриться скважина, является определения функции скважины, то есть чему она будет служить.

На сегодня в бурении используются такие методы: ударно-канатное бурение, гидравлическое бурение, канатно-вращательное бурение, вращательно-шнековое бурение, ручная и экскаваторная копка, перфораторное бурение и ударно-канатное бурение.

1. Ударно-канатное бурение используется в случае, когда бурят скважину глубиной до 300 метров. Вращательно-поступательные движения бурового патрона обеспечивают процесс бурения, а для выемки породы используют воду. Шлам поступает из скважины по желонку.

Ударно-канатное бурение позволит вырыть скважину с чистой водой, используя при этом компактное оборудование, которое возможно использовать в труднодоступных и удаленных районах.

Недостатком ударно-канатного бурения является медленная скорость его работы. Если нужно быстро выполнить бурение, используют канатно-вращательный метод, когда одновременно используется бур и циркуляционная система воды для очищения скважины от шлама. Но канатно-вращательное бурение используют при надобности бурить скважину до 300 метров, что и отличает два описанных вида бурения друг от друга.

2. Канатно-вращательное бурение применяют, когда грунт рыхлый. К тому же этот вид бурения облегчает установку гравийного фильтра. В тоже время нельзя использовать канатно-вращательный метод для бурения скважин в горных породах, таких как базальт, известняк.

3. Гидравлическое бурение использует мощность потока воды для того, чтобы пробурить скважину и очистить её. Бурить скважины таким методом можно до 15 метров глубиной.

4. Вращательно-шнековое бурение не используют для бурения твердых пород, песчаного или рыхлого грунта. Этот метод используется только для бурения глинистых почв. Глубина скважины, пробуренной Вращательно-шнековым способом – 5 метров в ручном режиме и до 40 в машинном.

5. Роторное бурение глубоких скважин производят передвижными установками на базе Краз и др. гидравлическим методом с помощью шарошечных долот с промывкой буровым раствором. Роторное бурение позволяет менять диаметр бурения и долото в зависимости от условий бурения.

Выбирать метод бурения всегда нужно в зависимости от состояния и качества грунта и от назначения скважины, что определяет ее глубину.

Скважины для водозабора на грунтовые воды и напорные подземные воды (артезианские). Они отличаются поглубине и по типу подземных вод, которые добываются. Вода в самом верхнем слое пород (до 5 метров от поверхности земли) называется верховодкой. Верховодка питается от дождевых и талых вод. Она может быть непригодна для питья и хозяйственных нужд, по причине загрязнений и содержания органических веществ, попадающих из грунта.

Основным источником водоснабжения дома, участка, являются грунтовые воды. Они относятся к первому водоносному горизонту и залегают на глубине от 5 до 50 метров. Грунтовые воды являются безнапорными, и при бурении скважин их уровень остаётся на той глубине, где они были найдены. Их верхнюю поверхность называют зеркалом воды или зеркалом грунтовых вод. Уровень воды в этом водоносном слое сохраняется и в засушливую погоду, в отличие от верховодки. Грунтовые воды расположены под землёй прослойками — водоносный слой песка сменяется водоупорным слоем из суглинка или глины. Песок в водоносном слое впитывает воду как губка, чем больше крупных песчаных фракций и прослоек гравия, тем больше там будет содержаться воды.

Бурение фильтровых скважин позволяет получить доступ к грунтовым водам. За счет естественной фильтрации в породе эта вода чистая, пригодная для питья, приготовления пищи, полива участка и. т. д. В процессе бурения весь песок вымывается, а в скважину встраивается обсадная труба с донным фильтром грубой очистки. Глубина скважины зависит от того, насколько глубоко находится зеркало воды.

Скважина «на песок» вырабатывает до 10 литров воды в минуту (дебит скважины), что вполне достаточно для бытовых целей. Бурение такой скважины делается в кратчайшие сроки, в течение 1-2 дней. Скважины просты в эксплуатации, долговечны (более 20 лет) и недорого обходятся по цене, в отличие от артезианских.

Артезианские скважины бурятся на самые глубокие водоносные горизонты. Артезианские воды находятся в земле под водоупорными породами на глубине до 400, а в некоторых местах и до 1000 м. Первые колодцы для артезианской воды были сделаны во Франции в провинции Артуа (Artesium). Отсюда и произошло их название. Это напорные воды, они пролегают между двумя водоупорными слоями, за счет чего постоянно испытывают гидростатическое давление. Когда был найден первый артезианский источник воды, то он фонтанировал прямо из земли. Это редкость, но при высоком напоре воды такое возможно. Артезианские воды пролегают на глубине от 25 до 400 (и больше) метров в водосодержащем пористом известняке, песчанике или другой породе. Артезианские бассейны простираются на сотни километров, и область их питания может находиться далеко от места забора воды. Для такой скважины характерен высокий уровень водоотдачи (дебит до 40 литров в минуту). Если, например, коттедж обустроен баней, бассейном, то есть смысл получать такое количество воды. Или, как вариант, артезианскую скважину заказывают сразу на несколько домов. Для бурения такой скважины применяется специальное оборудование, буровые машины, работа занимает до недели времени. Преимущество артезианских скважин — высокий дебит, можно не ставить систем дополнительной очистки, срок эксплуатации свыше 50 лет. Но по расценкам они обходятся намного дороже, чем фильтровые скважины, делаются гораздо дольше по времени, требуют лицензирования и регистрации.

Наша компания Исток МСК может бурить как артезианские, так и песчаные скважины. Но в основном заказы поступают на бурение скважин «на песок». Опишем вкратце технологию бурения таких скважин, начиная от момента разработки породы и установки обсадной трубы, заканчивая подачей воды к дому и её разводкой.

Работа включает несколько этапов. Сначала выбирается оптимальное место для скважины. Оно может быть расположено как на самом участке, так и в границах фундамента дома (в подвале, на цокольном этаже). Для обустройства скважины достаточно 2-3 кв.м. Если позволяет фундамент, то можно делать скважину в подвале, тогда в холодное время года трубопроводы и насосное оборудование будет защищены от замерзания и осадков. Если бурить на участке, то удобно размещать скважину рядом с домом, близко к водопроводным трубам. Это экономичный вариант размещения, не надо будет рыть длинную траншею для трубы, чтоб подать воду в дом. Расстояние от скважины до выгребной ямы, септика, должно быть не менее 20 м. Если скважин несколько, то не рекомендовано их размещать на близком расстоянии, чтоб они не перекрывали друг друга.

Технологии бурения бывают роторные и шнековые. Роторным способом бурятся артезианские скважины. Бурение производится с помощью шарочечного долота на шасси ЗИЛ, УРАЛ или КАМАЗ.

Для неглубоких скважин «на песок» используют шнековое бурение. Шнеком называется спиралевидный лопастной резец. Скорость его проходки — несколько десятков метров за день. Процесс бурения производится путём вращения шнека с выходом грунта по его винтообразной поверхности. Стенки скважины при этом сразу закрепляются обсадными трубами. Один из вращательных способов бурения — колонковое бурение. В этом случае разрушение породы проходит по кольцу, а внутренняя часть заполняет колонковую трубу по мере бурения. Для очищения от шлама применяется буровой насос для подачи промывочной жидкости.

Схема скважины на песок Диаметр фильтровой скважины, как правило 127-133 мм. В неё погружается обсадная труба (колонна) из пищевого пластика на резьбовом соединении. На конце колонны располагается фильтр грубой очистки из нержавеющей сетки. Все это входит в стоимость бурения скважины, включая промывку и прокачку нашим оборудованием до получения абсолютно чистой воды.

Для откачивания воды из скважины используется наружный насос с автоматической станцией или глубинный (погружной насос). Если глубина зеркала воды до 8 метров, то можно использовать наружный насос со станцией. Если зеркало воды находится глубже, то тогда применяется погружной насос.

Автоматическая насосная станция — это прекрасное решение при небольшой глубине скважины. Она позволяет регулировать необходимый объём подачи воды. Насосная станция состоит из: — водозабора с сеткой и обратным клапаном в скважине;

— насоса, поднимающего воду;

— реле давления;

— напорного мембранного бака (гидроаккумулятора), компенсируещего гидравлический удар при включении станции;

— автоматики, которая включает и выключает насос в процессе его работы, уменьшает количество пусков насоса,осуществляет защиту насоса от перегрузок и «сухого хода»;

— манометра, с помощью которого можно регулировать давление.

Если глубина статического уровня воды свыше 8-10 метров, то используются погружные (глубинные) насосы, если же меньше — допускается использование насосной станции для подачи воды.

Итак, после того, как насосная станция установлена, необходимо позаботиться о подаче воды в дом, на дачный участок, а также обеспечить систему её фильтрации. От скважины подсоединяется водопроводная труба и проходит под землёй к дому. Её лучше прокладывать на расстоянии полуметра глубины от замерзания грунта. Вода в ночное время в трубе стоячая, и чтоб она не замёрзла в зимнее время, трубу либо глубоко зарывают (не менее 70 см) либо специально утепляют пенопластом, рубероидом. Ширина траншеи для такого водопровода должна быть не менее полуметра. Для разводки воды по дому устанавливается гребёнка с множеством выходов на те коммуникации в доме, которые Вы захотите обеспечить водой (кухня, ванная, туалет, душ…). Перед разводкой воды по дому может быть установлена индивидуальная система фильтрации воды.

www.istokmsk.ru

Наклонно-направленное бурение - технология и методы

Наклонно-направленное бурение скважин применяется при выработке продуктивных пластов или с целью их разведки. Конструктивно состоят их ствола с вертикальными и наклонными участками, которые были заранее спроектированы. Отклонение от вертикальности согласно используемым методам составляет от 20, а при глубинном бурении свыше 60. Оно может быть обосновано естественным залеганием твёрдых пород или создано искусственно с целью учёта различных влияющих факторов.

Технология бурения

Бурение наклонно-направленных скважин осуществляется с использованием специальных профилей. Обязательным условием их применения является создание начального участка в строго вертикальном положении. При выполнении геологических разведывательных работ применяют шпиндельные буровые установки с поверхности земли или глубинных выработок. В силу различных прочностных характеристик залегающих горных пород происходит естественное изменение направления бурения.

Для скважин под добычу газа или нефти используют три метода:

Роторное наклонно-направленное бурение. Технология имеет прерывистый характер, который заключается в бурении скважины меньшего диаметра под определённым углом с использованием шарнирного устройства и дальнейшего бурения долотом нужного диаметра по плановомунаправлению. Согласно методу, дальнейшее бурение производится после заглубления бурильной колонны нужного диаметра по этому же направлению с помощью шарнирной установки или клиновой. Буровая оборудуется стабилизаторами для обеспечения полного контроля процесса.
Забойное наклонно-направленное бурение с применением турбобура или двигателя забойного типа. Способ является непрерывным при формировании отклонения от вертикального положения ствола скважины. По технологии поворот ствола осуществляется за счёт воздействия отклоняющей долото силы в колонне, способствующая его отклонению в заданном направлении. То есть управление осуществляется за счёт контроля искривляющей силы бура, действующей в нужном азимуте. Создание такой силы осуществляется с использованием специальных переводников с нарезанной резьбой.

Турбобур при наклонно-направленном бурении за счёт сил деформации стремится выровняться, но из-за наличия изгиба образуется момент силы, которая зависит от момента вращения бура. То есть, чем больше вращающий момент, тем больше угол наклона бурения. Предельный угол при этом составляет до 300. Для увеличения угла применяют шпиндели, позволяющие перенести момент отклоняющей силы в точку размещения долота. Горизонтальные участки скважины можно получить при использовании эксцентриковых ниппелей.
Наклонно-направленное бурение с применением различных сочетаний буровых инструментов. В соответствии с методом, при изменении порядка бурения с применением разных инструментов создаётся скважина с необходимым направлением без использования отклонителей. Однако при этом данная технология имеет существенные ограничения по скорости бурения на максимальных оборотах, что считается значительным её недостатком.

Кустовое бурение наклонно-направленных скважин

При добыче нефти или газа методом наклонно-направленного бурения может возникать необходимость увеличения скорости откачки и уменьшения времени освоения продуктивных горизонтов во время создания новых или ремонта старых скважин. Если жёсткие ограничения по способу проходки до заданной области отсутствуют, то бурение может осуществляться путём продольного прохождения пласта. Протяжённость горизонтального участка при этом может превышать 1 км.

Кустовое наклонно-направленное бурение конструктивно представляет собой наличие единого устья и разветвлённой серии забоев, которые расположены в нескольких продуктивных пластах. Применяется при необходимости попадания в заданный продольный участок пласта или нескольких пластов, расположенных относительно недалеко друг от друга, а также для прокладки проводных и трубных коммуникаций под надземными и подземными препятствиями. Минимальное число скважин при кустовом наклонно-направленном бурении в одном кусте составляет два, а максимальное — ограничено техническими и геологическими факторами. Способы бурения кустовым методом следующие:

Двухствольное последовательное.
Двухствольное параллельное.
Трёхствольное.

Ответвления скважин от устья при наклонно-направленном бурении могут выполняться в пирамидальном или конусном виде, а основания иметь округлую или многоугольную форму. При освоении многопластовых месторождений возможно увеличение скважин в кусте пропорционально существующему. При этом количество работающих буровых установок выбирается с учётом обеспечения максимальной производительности освоения продуктивного пласта.

Многозабойный метод бурения.png

Многозабойный метод бурения скважин

Многозабойное наклонно-направленное бурение используется для проходки базового ствола и дальнейшего забуривания с выполнением проходки нижней части пласта. Технология применяется в основном для разведки и разработки нефтяных месторождений. Осуществляется в пластах, отличающихся высокой устойчивостью и имеющие не менее 20 м монолитного пласта из твёрдых скальных пород. При глубине более 1500 м и отсутствии газового слоя многозабойное бурение сокращают из-за увеличения дренирования поверхности продуктивного пласта. Преимуществом данного метода наклонно-направленного бурения является использование одного и того же ствола для пробуривания нескольких дополнительных стволов, что позволяет сократить время на проведение буровых работ и ускорить добычу нефти. По форме дополнительных стволов многозабойные скважины могут быть следующих видов:

Радиальные. Состоят из горизонтального основного ствола, который разветвляется на несколько вспомогательных, расположенных радиально.
Разветвлённые. Согласно технологии, дополнительные стволы располагаются под определённым наклоном к основному.
Разветвлённые по горизонтали. Отличаются от предыдущего вида только наличием дополнительных стволов, расположенных под углом в 900.

Многозабойное наклонно-направленное бурение дополнительных стволов выполняется сверху вниз или снизу вверх. Первый метод используется при проведении работ от разрабатываемого пласта к неизвестному. Эффективен при обнаружении полезного пласта ниже исследованного уровня, поэтому основное назначение метода — исследование близкорасположенных пластов. Технология бурения снизу вверх позволяет выполнить сгущение сети разведки пласта при необходимости выяснения или уточнения оставшегося запаса полезных ископаемых.

Заключение

Методы наклонно-направленного бурения позволяют наиболее эффективно разведывать и разрабатывать продуктивные пласты. Их выбор зависит от технических возможностей буровой установки, геологических особенностей, а также от типа залегающих пластов. Основным их преимуществом является быстрое прохождение сложных твёрдых пород за счёт изменения направления бурения.

Видео: Горизонтально направленное бурение

Технология бурения скважин на воду

Современные способы бурения скважин

Технология бурения Бурение скважины на воду - сложная гидрогеологическая задача, требующая ответственного подхода и выполнения, для ее решения существует несколько основных способов бурения.

Все методы бурения делятся на два основных: вращательное и ударно-канатное.

Ударно-канатный метод бурения

Ударный снаряд подвешен на канате, который подаётся с инструментального барабана. Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается с помощью балансира - оттяжного механизма станка, либо с лебедки. При сбросе снаряд под действием собственного веса падает вниз, разрушая породу на забое.

По мере углубления скважины бурильный канат стравливают с инструментального барабана, осуществляя подачу долота. Пробурив некоторый интервал скважины, прекращают долбление и приступают к очистке забоя. Эту операцию выполняют желонкой. После очистки скважины продолжают долбление или приступают к креплению скважины - неустойчивые интервалы закрепляют обсадными трубами.

Буровой снаряд для УКБ состоит из долота, ударной штанги, ножниц (яссы) и канатного замка (ропсокет).

Долота применяемые при ударно-канатном буренииа- плоское б)- двутавровое в)- округляющее г)- крестовое

Долота применяются следующих типов: плоские, двутавровые, зетовые, округляющие, крестовые, пирамидальные и эксцентричные. Тип долота определяется характером проходимых пород. Угол заточки (атаки) зависит от твёрдости буримых горных пород.

При ударном бурении россыпных месторождений для забивки опережающей обсадной колонны одновременно с углубкой скважины, применяют дополнительно в составе снаряда забивную полуштангу и ударную головку.

Для удаления с забоя разрушенной породы и при проходке пластов плывуна используется желоночный снаряд в следующем составе: желонка, ножницы и канатный замок. Иногда добавляют короткую ударную штангу (полуштангу).

Установки ударно-канатного бурения

Основное преимущество ударно-канатного метода в том, что - не требуется снабжать буровые установки глиной и водой.

Основной недостаток - небольшая механическая скорость в легкопроходимых породах, относительно большой расход обсадных труб, метод более энергозатратный. Так же при бурении в породах выше III-ей категории в непосредственной близости от зданий возможны повреждения фундаментов от возникающей вибрации при ударе долота о забой.

Вращательные способы бурения

Вращательные способы бурения можно разделить на:

шнековое
колонковое
бурение с промывкой (прямой и обратной)
бурение с продувкой
ударно-вращательное (бурение с погружным пневмоударником)

При шнековом способе бурения мягких и рыхлых пород разрушение породы на забое производят вращающимся долотом различных конструкций, разрушенная порода транспортируется с забоя на дневную поверхность шнеками, представляющими собой единый винтовой транспортер. При шнековом бурении кольцевым забоем применяют магазинные шнеки и специальные коронки.

Этот вид бурения — наиболее распространенный и наиболее универсальный способ из всех видов неглубокого бурения. Его применяют при бурении в породах от I до VI категорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных и в породах с включением небольших валунов. Широко распространено шнековое бурение ввиду того, что при бурении в большинстве пород происходит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой.

Основное преимущество бурения шнеками – это высокая скорость проходки.

Основной недостаток – большая энергоемкость, невозможность бурения в породах твердостью выше VI категории.

При колонковом бурении разрушение породы на забое производится прорезанием кольцевого канала при помощи вращения колонковой трубы с размещенной на ее конце буровой коронкой. При этом в центральной части забоя (внутри колонковой трубы) образуется керн в виде столбика (монолит) ненарушенной структуры. После образования керна достаточной длины его отрывают от массива при помощи кернорвателя, устанавливаемого на колонковой трубе сразу над коронкой и поднимают на поверхность.

Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором. Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:

исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя
исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов
исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам

Основной недостаток - при заполнении колонковой трубы керном приходится поднимать колонковый снаряд на дневную поверхность, в отличие от бурения сплошным забоем.

Основное преимущество – высокая скорость проходки в породах от V категории и выше. Возможность извлечения на дневную поверхность керна с ненарушенной структурой.

Бурение с промывкой

Из общего объема бурения скважин на воду более 85% выполняют вращательным способом с промывкой технической водой или глинистым раствором. В качестве промывочной жидкости при вскрытии водоносных горизонтов используют воду, глинистые растворы, обработанные неионогенными ПАВ (ОП-7, ОП-10 и др.), водногипановые (3-5%-ные) и карбонатные растворы. При бурении вращательным способом используются два вида промывки: прямая и обратная

При прямой промывке промывочная жидкость подастся к породоразрушающему инструменту по бурильным трубам и по кольцевому зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность вынося с собой кусочки разрушенной породы (шлама).

При обратной промывке промывочная жидкость поступает в скважину через герметически закрытое устье по стволу скважины и поднимается по бурильным трубам на поверхность.

Схема промывки скважины: а – прямая;б – обратная; 1 – стенки скважины; 2 – направляющая труба; 3 – бурильная труба; 4 – сальник; 5 – отвод промывочной жидкости; 6 – крышка; 7 – подача промывочной жидкости; 8 – переходник.

Бурение сплошным забоем производится шарошечными долотами, тип которых подбирается исходя из категории буримой породы.

Основные преимущества - скорость бурения этим способом в породах мягких и средней твердости на любых глубинах примерно в 3 раза выше по сравнению с ударно-канатным. Конструкция скважины вращательного бурения значительно проще, а расход обсадных труб на 40-60% меньше, чем при ударно-канатном бурении. Значительно меньшая по сравнению с другими способами энергоемкость и энергозатратность.

Основной недостаток – обеспечение буровых станков водой и глиной.

Бурение с продувкой сжатым воздухом

При бурении с прямой продувкой процессы в общих чертах такие же как и при бурении с прямой промывкой. Только вместо раствора через сальнкик-вертлюг подается сжатый воздух. И разрушенная порода (шлам) выдувается на поверхность.

Ударно-вращательное бурение осуществляется пневмоударниками сплошным забоем, или колонковой трубой со специальной коронкой кольцевым забоем с отбором керна.

Основные преимущества - нет необходимости в подвозе воды к буровым установкам, высокая скорость проходки в породах выше VI категории по буримости.

Основные недостатки - необходимость мощных компрессоров, затруднительно и не целесообразно бурить данным методом мягкие и вязкие породы.

taggeo.ru