Особенности технологии колонкового бурения скважин

Бурение глубокой скважины

Бурение глубокой скважины и тем более сверхглубокой — сложное и дорогое предприятие. В мировой практике глубокие скважины бурят очень мощными и дорогими установками грузоподъемностью 600-800 тонн.

Таких установок изготовлено до сих пор всего несколько штук, меньше, чем пальцев на одной руке.

Наш проект предусматривает проводку скважины большой глубины с помощью обычной буровой установки.

При этом сохраняется классическая схема разрушения и выноса породы на поверхность земли, но применяются новые технологические приемы, некоторые новые инструменты и, главное, новый подход к проблеме глубокого бурения.

Важнейший элемент в комплексе оборудования — буровые насосы, заставляющие буровой (глинистый) раствор под большим давлением циркулировать вниз по бурильным трубам, а затем вверх по кольцевому зазору между колонной труб и стенками скважины.

Энергия насосов преобразуется в полезную работу турбобура, вращающего на забое долото, и обеспечивает подъем разбуренной породы на поверхность земли.

Выходящий из Кольской сверхглубокой скважины раствор очищают от кусочков породы и вновь закачивают в бурильные трубы. Циркуляция идет по замкнутому циклу.

Если вы окажетесь на буровой во время подъема бурильной колонны, то увидите внутри вышки вертикальные ряды «свечей» — отдельные трубы, на которые расчленяется колонна. Обычно колонну составляют «свечи» высотой 36 метров. Их диаметр около 15 сантиметров.

Износилось долото — поднимают всю колонну, навинчивают новое и в обратном порядке спускают «свечи» в скважину. Таких рейсов при бурении глубоких скважин долото делает несколько сотен, а при проходке сверхглубоких — более тысячи!

При этом надо сохранить вертикальность ствола в пределах определенных допусков, своевременно закреплять вскрытые породы обсадными трубами, отбирать с забоя образцы породы — керны, проводить комплекс внутрискважинных геофизических исследований и многие другие работы.

Буровая для проходки глубокой скважины — по сути дела, большой современный завод. Весь комплекс оборудования предназначается для того, чтобы пробурить в земной коре неширокий цилиндрический ход длиной в несколько километров. Это всего лишь укол в недра Земли. Но как трудно его сделать…

Обычно глубокую скважину начинают бурить долотом большого диаметра. Бурение ведут до тех пор, пока в скважине не появляются какие-либо осложнения (приток воды, нефти и газа, уходы бурового раствора, обвалы стенок), делающие невозможным дальнейшее углубление скважины.

Тогда в ствол спускают специальные трубы, а пространство между трубами и стенками скважины заливают цементным раствором.

Теперь скважина одета в броню, и бурение можно продолжать (долотами несколько меньшего диаметра) до тех пор, пока какие-либо новые осложнения не преградят путь долоту.

Тогда в скважину спускают и цементируют еще одну колонну труб, меньшим диаметром, чем первая. Таких труб в скважину спускают столько, сколько встретится зон осложнений.

Каждая глубокая скважина похожа на подземный телескоп, направленный в сторону, противоположную от звезд. По количеству ступеней (труб) в этом телескопе судят о степени сложности и дороговизне бурения.

Заранее определить нужное количество звеньев телескопа и соотношения их размеров очень трудно. Практически невозможно предсказать, на какой глубине произойдет осложнение, которое потребует спуска в скважину обсадной колонны — очередного звена телескопа.

Недра очень изменчивы: буквально соседние скважины могут отличаться друг от друга по условиям проходки. То неожиданно встретится напорный водоносный горизонт, от которого следует оградиться обсадными трубами, то попадется прослойка трещиноватых пород, и буровой раствор начнет утекать по ним вместо того, чтобы уносить наверх разрушенную породу, то вдруг стенки скважины начнут обрушиваться, то образуются каверны…

Невозможно предусмотреть все трудности на будущем подземном пути. Направляясь в путешествие, космонавты, наверное, больше знают о своих трассах, чем атакующие земные недра буровики…

Ведь не случайно сейчас в лабораториях многих стран ученые заняты исследованием кернового материала, доставленного с Луны советскими и американскими летательными аппаратами, но ни в одной лаборатории мира пока нет образцов земных пород, извлеченных из глубины хотя бы 10 километров!

Технология колонкового бурения скважин ↑

Основное отличие колонкового бурения — разрушение проходимой породы по периферии забоя с полным сохранением ее центральной части в колонковой колонне. Чтобы было понятно: если на перфоратор прикрепить круглую коронку, вгрызться ею в цемент, получим мини-модель колонкового бурения, показывающую сам принцип — в цементе будет вырезан тонкий круг, центр останется в целости и сохранности. Правда, «керн» мы не вырвем из цемента (нечем заклинивать), но не суть — именно так проходит колонковое бурение скважин.

Установка на колесной базе

Процесс поэтапно:

1. Коронку соединяют с колонковой трубой.
2. Колонковую трубу соединяют с бурильными трубами, наращиваемыми по мере проходки.
3. Верхнюю бурильную трубу закрепляют в шпинделе бурового станка, работающего от двигателя посредством ременной передачи.
4. Станок вращает трубы, коронка разрушает породу по периферии забоя.
5. Образующийся в центре керн наполняет колонковую трубу.
6. Насос подает промывочный раствор через шланг, сальник, бурильные трубы.
7. Выходящий на поверхность раствор выносит разрушенную породу, проходит по желобам, где оседает шлам.
8. Очищенный раствор насос вновь подает на забой.

Шпиндельный станок

При полном заполнении колонковой трубы керном его заклинивают, отрывают и поднимают наверх вместе со снарядом. Для этого прекращают бурение. Процесс останавливают и для смены рабочей коронки, когда она приходит в негодность (затупляется).

Режим бурения определяют по следующим параметрам:

• вид коронки,
• количество оборотов,
• объем и качественные характеристики промывочной жидкости,
• осевая нагрузка.

Зачастую используют утяжеленные бурильные трубы, и это не прихоть — их применяют не только для повышения нагрузки на коронку и снижения износа оборудования, но и в целях предотвращения отклонения скважины от вертикали.

В зависимости от состояния забоя в качестве промывочной жидкости используют:

• аэрированный раствор,
• глинистый раствор,
• пены,
• полимерные жидкости,
• сжатый воздух,
• эмульсии.

Керн извлекают двумя способами:

1. Подъем бурильной колонны — столбик пород заклинивают и отрывают от забоя, поднимают вместе с колонной.
2. Гидротранспорт — через бурильную колонну керн непрерывно подается на поверхность под давлением промывочного состава.

Второй метод считается перспективным. Продолжают разработки по его усовершенствованию, включая плавную регулировку скорости вращения в автоматическом режиме.

Скорость колонкового бурения скважин высока:

• роторным методом — 100–3000;
• турбинным — 60–900 оборотов в минуту.

УБМ-230-03

В колонковом бурении используют:

• колонковую трубу;
• колонну бурильных труб;
• коронку или колонковое долото (в зависимости от абразивных свойств и твердости исследуемых пород);
• муфтово-замковые, ниппельные соединения;
• промывочный сальник;
• тройной переходник;
• шламовую трубу.

В спускоподъемных операциях используют ключи, подкладывающие вилки, элеваторы.

Коронка — кольцо, сделанное из трубной заготовки. На изготовление идут:

• вольфрам,
• победит,
• сталь.

На рабочем конце коронки находятся резцы, изготовленные из алмазов или твердых сплавов. По сути, коронка — кольцо с расточенной на конус внутренней поверхностью и правой трапецеидальной наружной резьбой в верхней части.

Коронки

Нестандартные идеи инвестирования капитала

Ручные методы бурения водоносных скважин

Особенности абиссинского метода

Устройство абиссинского колодца.

Данный метод формирования источника воды является самым простым из всех существующих. Его технология заключается в забое в грунт стержня из стали с остро заточенным наконечником. Диаметр этого приспособления, как правило, не превышает 3-4 см, поэтому такой способ в народе еще называют «бурение иглой».

Наряду с такими плюсами, как возможность бурения данного типа скважины своими руками, а также использование отверстий в стержне в качестве обсадной трубы, у абиссинского метода есть немало следующих минусов:

1. Ограниченная глубина скважины. Этот показатель не должен превышать 7-8 м.
2. В случае, когда точно не известно в каком месте на участке залегает вода, можно всю его площадь «изрешетить» отверстиями, при этом, так и не достигнув желаемого результата.
3. Небольшой диаметр такой скважины не позволяет использовать погружной насос, из-за чего единственным вариантом остается применение поверхностного прибора, который не способен обеспечить хороший напор в системе водоснабжения дома.

Особенности ударно-канатного метода

Установка для ударно-канатного метода.

Ударно-канатный способ довольно популярен как среди небольших компаний, занимающихся забоем скважин, так и среди частных землевладельцев, поскольку осуществить таким путем данное мероприятие можно при помощи простейшей техники. Для этого понадобится наличие лебедки, треноги и забивного «стакана» c острой кромкой, который должен иметь вид полой трубы.

Технология создания скважины таким методом заключается в подвешивании трубы (стакана) посредством троса к треноге и в резком ее опускании и поднятии при помощи лебедки. При этом труба будет забиваться землей из канала, поэтому «стакан» периодически понадобится очищать.

Такое бурение эффективно в том случае, когда на участке располагается мягкий и вязкий грунт. Если же он сухой и сыпучий, то почва не сможет задержаться в «стакане», поэтому вместо него целесообразней использовать желонку, которая сможет захватить землю из устья скважины, а затем доставить ее на поверхность.

Как стало понятно, такой тип бурения является трудоемким и затяжным. Однако при помощи него есть возможность создания довольно-таки качественного канала для скважины, конечно, при условии, что будет соблюдена технологическая инструкция.

Особенности ручного роторного метода

Фото процесса бурения водоносного источника при помощи ручного ротора.

Ручное роторное бурение скважин также относится к простым способам, так как при этом для формирования канала применяется обычный бур в виде огромного сверла. В отличие от механического роторного метода, бур в данном случае приводится в действие не специальным механизмом, а с помощью человеческих усилий. Такой вариант бурения эффективен при создании скважин на участках с суглинистыми и гравийными почвами.

Когда же на нем присутствует сыпучий грунт, то скважина данным методом забивается с применением бура-ложки. Это приспособление состоит из цилиндра со спиралеобразными отверстиями. Следует учесть, что данный метод является трудоемким и долгим мероприятием.

Инструкция по установке скважины

Бурение скважин самостоятельно требует усилий и труда. Инструкция по бурению скважин:

• Вы должны выбрать подходящее место. Желательно по ближе к дому. Также, место должно иметь хотя бы 4 метра в длину и ширину, дабы вам было удобно провести работу.
• Выбираем необходимый инструмент для бурения, к таким относятся: бур-долото, бур-ложка, шнек, ударно-канатная конструкция. Приступаем к работе, пробуриваем скважину, используя вышеописанные методы.
• Установка труб и насосов. Засыпаем дно скважины песком или мелкой щебёнкой. Оно должно быть очищено желонкой. Готовим первую трубу заранее, ибо опускать её придётся сразу после завершения бурения, иначе стенки шурфа рассыпятся. Высверливаем отверстия в нижней части трубы, примерно на высоту 15-ти сантиметров о края. Это помогает ей «впитать» больше воды. На торец прикрепляется сетка фильтрации.
• Одного колена сто процентов не хватит, его длина достигает 2 – 2,5 метров. Монтаж и обслуживание, станет трудным с трубами больших размеров. Поэтому, они свинчиваются и соединяются по резьбе. Нижняя должна упираться в самый низ шурфа. После монтажа труб во внутрь их опустите насос.
• Монтаж кессона и оборудования. Оголовок скважины должен быть обязательно укрытым, утеплённым. В кессоне вы ставите оборудование уже на своё усмотрение. На практике всё монтируем в камере, что более компактно, упрощённо в обслуживание и ремонте.

Фильтрация воды из скважины

Процесс бурения можно считать оконченным только после выполнения регламента завершающего этапа. Здесь надо будет позаботиться о защите обсадной трубы специальным оголовком. Пространство между обсадной трубой и грунтом заполняем жидкой глиной, это предотвратит попадание бактерий, защитим ее от атмосферных осадков и промерзания. И конечно же, оборудуем водоподающую трубу фильтрами. В системе водоподготовки воды из скважины используется фильтры грубой и тонкой очистки по выбору:

• Сетчатые фильтры. В таком фильтре посторонние частицы задерживаются сеточкой. Она пропускает воду и задерживает на поверхности сетки все лишнее. Периодически сеточку нужно очищать, это не трудно, если знать, как. Просто разбираем фильтр, убираем грязь с сетки, ставим ее на место и собираем фильтр. 
• Дисковые фильтры. В них все постороннее улавливается пакет дисков из синтетической ткани. Эффективность дискового фильтра в сравнении с сеточным выше, промыть диски при чистке тоже проще, разбирается он точно так же, как и сеточный, понять, как несложно, достаточно взять фильтр в руки.
• Катриджные фильтры — это фильтры тонкой очистки в отличие от сеточного и дискового. Такой фильтр работает уже не только против механических взвесей в воде, но и борется с ее бактериальным загрязнением, меняет ее химическую природу, удаляя, например, хлор и другие вредные вещества. Очищают воду в таких фильтрах сменные катриджи, через которые проходит вода. Заполнение катриджей справляется с задачей глубокой очистки воды, разница между ними в свойствах избирательности к разным загрязнителям воды. Катриджи требуют периодической замены. И эту работу при желании можно выполнить самому. Вместе с катриджным фильтром идет специальный ключ, которым и выкручиваем колбу, в которой находится катридж. В стандартном фильтре их три. Удаляем из колбы катридж, моем колбу, вставляем другой и собираем обратно, не об уплотнительной прокладке в соединении колбы и корпуса фильтра. Так поочередно меняем все три катриджа. Смотрим, нет ли пропусков воды, при необходимости подтягиваем, все, фильтр снова, как новый.
• Напорные фильтры. Самые технически сложные из всех их видов, которые нашли применение в быту, хотя еще недавно работали только в сложных химических производствах. Этот фильтр уже стационарная установка со сложной автоматикой, где вода под напором и с подачей воздуха очищается специальными заполнителями до предельно чистой. Это устройство требует обслуживания только подготовленными специалистами, но периодичность регламентного обслуживания велика, раз в несколько лет.

Напоминаем, что перед тем, как обслуживать фильтр, обязательно отключите воду в системе и сбросьте в ней давление, открыв кран любого сантехнического прибора. Если говорить о фильтрах, и не только о напорных, то установку и обслуживание любых фильтров, даже сеточных, надежнее поручать специалистам, ведь никто не хочет, чтобы вода из скважины превратила дом в бассейн