Технологии бурения водоносных скважин: сравнительный обзор 6-ти основных способов

Порядок выполнения работ

Начинать рекомендуется с подготовительных мероприятий. Первый этап – формирование площадки для монтажа треноги. Необходимо выкопать небольшой котлован размером 1,5х1,5 м и глубиной до 2 м. В этот приямок впоследствии устанавливается самодельная буровая вышка. Щитовые дощатые конструкции, закрепленные на стенках шурфа, предотвращают обвалы сыпучих пород, содержащихся в поверхностных пластах.

Следующий шаг – установка на подготовленной площадке треноги, выполненной своими руками. На вершине треугольной пирамиды монтируется лебедка с тросом, на котором закрепляется ударный инструмент. Обязательным условием является вертикальная ориентация конструктивных деталей бурильного оборудования. Малейшие отклонения не позволят установить в пробуренной шахте обсадную трубу.

Последующие работы по бурению скважин ударно-канатным способом выполняются по следующему алгоритму:

• с двухметровой высоты самодельный забивной стакан с помощью ударной штанги погружается в грунт, разрушая его;
• лебедкой или колодезным воротом рабочий орган поднимается на поверхность, извлекая раздробленные частицы почвы;
• снаряд освобождается от разрушенных грунтовых фрагментов, и процедура повторяется циклически;
• в зависимости от характеристик породы буровой инструмент заменяется желонкой или долотом.

В некоторых случаях поверхностные пласты увлажняют, поливая выработку водой. В других ситуациях в забой подсыпают сухой грунт.

Артезианская скважина

Схема артезианской скважины.

Название этого типа выработок пришло из французского языка — с места бурения первой фонтанирующей скважины: провинции Артуа. Большая протяженность ствола и прочные породы грунта, пересекаемые на пути к водоносному пласту, предполагают применение мощных буровых установок — шнековый способ не подойдет.

Строительству выработки предшествует этап документального оформления. Бурение артезианской скважины не относится к лицензируемому виду деятельности, но для пользования водой из нее необходимо оформить много разрешений и согласований, включая получение лицензии на недропользование. Процесс это длительный и затратный.

Основные этапы: согласование расположения участка и скважины, проект геологических изысканий, оформление лицензии на разведочные работы, бурение, составление отчета и постановка запасов на государственный баланс.

Артезианские скважины разделяют на 4 разновидности:

1. Выработка с двойной обсадкой — в нижней части колонны на водоносном участке монтируют перфорированную трубу и размещают в ней насос, другая половина устанавливается сверху, доходит до известнякового слоя. Через отверстия в нижнем звене вода поступает в трубу и помпой выкачивается на устье. Применяется, когда давление в пласте слабое.
2. Водоскважина с переходом устраивается при изменчивом геологическом разрезе. Монтируют 3 обсадные трубы — большого диаметра в верхней части, среднего — в камнях и песках, малого — непосредственно в продуктивном слое. Используется при хорошем подпоре воды.
3. Скважина классическая — с одной обсадной трубой для нормальных условий.
4. Ствол с кондуктором — из 2 обсадок: в верхней и нижней частях.

Технология бурения сложная. Строительство артезианского водозабора выполняется специализированными организациями.

Преимущества

Преимущества артезианской скважины.

Главными достоинствами артезианской скважины являются удаленность водозабора от поверхности и залегание воды в пористых известняках, исключающих присутствие механических примесей в жидкости. Это позволяет откачивать подземный ресурс без установки на забое сетчатого фильтра.

Как следствие, проявляются и другие преимущества артезианских скважин:

• экологическая чистота воды;
• независимость от климатических и погодных условий;
• бесперебойность водоснабжения: запасы подземных вод подтверждены геологическими изысканиями.

Источник остается неиссякаемым на протяжении ≥50 лет. При этом не потребуется тратить средства на периодические очистки фильтра: его нет.

Недостатки

Связаны с затратами на стадии организации строительства и бурения глубоких выработок. Продолжительность периода от проектирования до получения паспорта артезианской скважины — 2 года.

На ограниченной территории соорудить водозабор не получится: минимальные размеры площадки для буровой установки 6х9 м. Вода содержит минеральные образования, обретенные при фильтрации сквозь грунт, является жесткой.

Определение слова «Скважина» по БСЭ:

Скважина — буровая, горная выработка круглого сечения глубиной свыше 5 м и диаметром обычно 75-300 мм, проводимая с помощью буровой установки. С. проходят с поверхности земли и из подземных горных выработок под любым углом к горизонту. Различают начало скважины (устье), дно (забой) и ствол. Глубины скважин составляют от нескольких м до 9 и более км. При бурении разведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые их диаметр обычно 59 и 76 мм, на нефть и газ — 100-400 мм.По назначению С. подразделяются на: разведочные для геологических целей, инженерно-геологических и гидрологических изысканий, изучения структур, геофизических работ, поисков и разведки полезных ископаемых. эксплуатационные — для добычи нефти и газа, подземных вод, минеральных солей и др.. вспомогательные — нагнетательные, наблюдательные, пьезометрические, вентиляционные, водоотливные, дегазационные. специальные — замораживающие, тампонажные, дренажные и т. п.. взрывные — для размещения в них зарядов взрывчатых веществ.С. создаётся последовательным разрушением (см. Бурение) горных пород, удалением выбуренной породы и, при необходимости, закреплением стенок скважины от обрушения. Удаление выбуренной породы производится промывочной жидкостью, газом и механическими устройствами. В разведочных скважинах при неустойчивых верхних породах применяют тонкостенные обсадные трубы (в устойчивых породах — без крепления). В сильнотрещиноватых породах и зонах поглощения тампонируют быстросхватывающимися смесями. Эксплуатационные и глубокие разведочные скважины крепят металлическими обсадными трубами и цементируют. Обсадные трубы свинчиваются или свариваются. в неглубоких скважинах на воду применяют трубы из пластмассы, асбоцемента и др.Технология крепления скважины на нефть и газ включает установку в устье первой обсадной колонны длиной обычно до 20 м, называемой направлением (рис.). Для обеспечения вертикальности или наклонной направленности последующему стволу скважины и для перекрытия неустойчивых верхних пород и изоляции газоводяных притоков спускают вторую колонну обсадных труб — т. н. кондуктор длиной от десятков до сотен м. В кольцевое (затрубное) пространство между стенками скважины и кондуктором с помощью промывочной или специальной жидкости через кондуктор закачивается цементный раствор.После окончания бурения до проектной глубины и проведения геофизических работ, выявляющих наличие продуктивных горизонтов (нефть, газ и др.), в скважину спускают эксплуатационную колонну обсадных труб. Во избежание перетоков нефти или газа в вышележащие горизонты, а воды в продуктивные пласты пространство скважины за эксплуатационной колонной также заполняется цементным раствором. В сложных геологических условиях (водоносные, поглощающие горизонты и др.), когда проходка С. без дополнительного крепления невозможна, между кондуктором и эксплуатационной колонной спускается промежуточная (техническая) колонна. Если после кондуктора спускается только эксплуатационная колонна, конструкция скважины называется одноколонной (при одной или двух промежуточных колоннах конструкция скважины называется двух- или трехколонной).Для извлечения из пластов жидких и газообразных полезных ископаемых существуют различные методы вскрытия и оборудования забоя С. В большинстве случаев в нижней зацементированной части эксплуатационной колонны, находящейся в продуктивном пласте, простреливают (перфорируют) ряд отверстий в стенке обсадных труб и цементной оболочке. В устойчивых породах призабойную зону скважины оборудуют различного типа фильтрами и не цементируют или обсадную колонну спускают до кровли продуктивного пласта, а его разбуривание и эксплуатацию производят без крепления ствола скважины. Устье С. в зависимости от её назначения оборудуют арматурой (колонная головка, задвижки, крестовина и др.).Лит.: Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1961. Куличихин Н. И., Воздвиженский Б. И., Разведочное бурение, 2 изд., М., 1973.С. Н. Удянский.Конструкция эксплуатационной скважины на нефть и газ: 1 — направление. 2 — кондуктор. 3 — промывочная жидкость. 4 — цементный камень. 5 — эксплуатационная колонна. 6 — продуктивный пласт. 7 — перфорированные отверстия. 8 — колонная головка. 9 — задвижки. 10 — крестовина.

Нюансы установки обсадных труб

Это может быть металл, асбестоцемент или пластик. Каждый из материалов имеет свои преимущества и недостатки. Бетонные обсадные трубы применяются редко. Это, как правило, производства. Материал тяжелый, хрупкий, склонен к раскалыванию. Поэтому в процессе бурения скважин используют или сталь или ПНД.

Металл окисляется, если это не нержавейка, которая стоит дорого. Окисел вызывает ухудшение качества воды. Со временем она приобретает бурый оттенок и у нее появляется металлический привкус. Придется устанавливать фильтр и чистить скважину. Соединения сварные. Именно они являются слабым местом, и после разгерметизации грунтовые воды с грязью попадают внутрь обсадной трубы.

Пластик низкого давления (ПНД) легкий, что упрощает монтаж. Внутренняя поверхность гладкая, и на ней не появляется отложение. Коррозия не страшна, соединения герметичны. Секции скручиваются посредством предусмотренной резьбы, и никаких специальных средств для этого не требуется. Единственный недостаток – ограничение по глубине скважины. Для артезианской скважины этот материал не подходит.

Недостатки и преимущества процесса

Дачники, выбирающие для строительства гидротехнических сооружений на своих участках технологию ударно-канатного бурения, руководствуются преимуществами способа. К ним относятся:

• возможность получения в процессе работ раздельных образцов грунта для геологической экспертизы местности;
• сокращенные сроки последующего обустройства скважин, позволяющие начинать мероприятия сразу по завершении бурильной процедуры;
• методика не требует применения промывочной жидкости, что упрощает технологию бурения и уменьшает трудоемкость процесса;
• возможность создания шахты большого диаметра, от 0,5 м и более;
• сохранение первоначального вида водоносного горизонта, выраженное отсутствием загрязнений при использовании оборудования;
• способ позволяет пробуривать скважины в породах повышенной твердости, содержащих крупные валуны и галечные включения, и в грунтах, впитывающих промывочную жидкость;
• упрощенная технология допускает выполнение полного объема работ своими силами, что сокращает расходы на оплату специализированных бригад;
• возможность эффективного и быстрого вскрытия с последующим испытанием водоносного горизонта.

При массе достоинств технология бурения ударно-канатным способом имеет свои недостатки. Среди них:

1. Обязательное требование – вертикальная ориентация при установке оборудования. Отклонения недопустимы, поскольку препятствуют правильному монтажу обсадной трубы.
2. Невысокая скорость работ. При необходимости срочного строительства скважины придется применить другой способ бурения.
3. Ограниченная длина скважинного шурфа. С углублением шахты производительность снижается.
4. Избирательность метода. Ударно-канатная технология доступна не для всех типов пород. В песчаных грунтах повышенной сыпучести она не применяется.

Перечень преимуществ превышает количество недостатков. Поэтому в подходящих почвах выбор очевиден.

ПолезноБесполезно

Метод дробового бурения

Метод дробового бурения относится к вращательному с использованием дроби как материала, истирающего грунт. Был создан в США в 1899 году с целью прохождения скважин в твердых породах.

В начале 20 века было применено в России на территории восточного Забайкалья. В 40-50-х годах прошлого столетия технология была усовершенствована.

Методика создания скважины состоит в размещении дроби, выполненной из чугуна или стали, в буровой скважине. При вращении бурового инструмента металлическая дробь создает разрушения породы. Подъем на поверхность полученных измельченных частиц породы вместе с отработанной дробью происходит с применением промывочной жидкости или сжатого воздуха.

При роторном способе бурения долото вращается посредством действия на него вращательных движений ротора, которые передаются через бурильную колонну.

Больше о различных видах и методах бурения скважин можно узнать на ежегодной выставке «Нефтегаз».

Читайте другие наши статьи:

Двигатели газовой промышленности