Бурение скважин гидродинамическим способом

Лугуманов М.Г., Струговец Е.Т.

При геолого-технологических исследованиях в процессе бурения (ГТИ) решаются технологические задачи, связанные, главным образом, с предупреждением аварий и осложнений.

Пользователям ГТИ предлагается новый вид услуг . За счет эффективного применения гидродинамической обработки стенок скважин на базе информации, которую предоставляет технологический контроль, перейти к предотвращению аварий и осложнений.

В настоящее время накоплен достаточный опыт использования гидродинамических методов с помощью высоконапорных струй жидкости для решения практических задач проводки качественного ствола скважины. Своевременная обработка ствола предотвращает неустойчивость ствола, поглощения, а также нефте- и газопроявления в процессе бурения. В свою очередь, устойчивый ствол скважины практически всегда гарантирует подъем цемента до устья и качественное выполнение тампонажных работ.

Наконец, гидродинамическая обработка во всех случаях необходима при первичном вскрытии продуктивных пластов. Это отличает процесс освоения пластов, т.к. обработка ствола многократно сокращает фильтрацию бурового раствора и загрязнение коллектора.

Применение методов гидродинамической обработки в рамках технологического контроля существенно повышает и эффективность самих методов. Оперативная информация, которую обеспечивает контроль, и присутствие на буровой технически грамотных специалистов, которое обеспечивает ГТИ в процессе бурения, является залогом своевременного и качественного управления процессом бурения, особенно в сложных геологических условиях.

Гидродинамическая обработка осуществляется с помощью наддолотных устройств простых и надежных конструкций (кольмататоров) и принципиально не изменяет технологический процесс бурения. Устройство работает при давлениях 4-5 МПа и требует около 30-40 % жидкости. В этих условиях гидромониторный породоразрушающий инструмент оснащается одной или двумя насадками и реализуется ассиметричная промывка забоя. Опыт убедительно свидетельствует, что показатели работы долот от этого не только не снижаются, но и, как правило, заметно возрастают.

Выполнение указанного выше комплекса услуг по гидродинамической обработке стенок скважин , в зависимости от геологической сложности условий и срока строительства скважины, имеет стоимость в пределах 150-200 тыс. руб.

Статья для всех заинтересованных читателей. 2004

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Гидродинамическое бурение

Гидродинамическое бурение осуществляется с помощью высоконапорных струй жидкости, истекающих из гидромониторных насадок. [1]

Гидродинамическое бурение может найти широкое применение при скважинной гидродобыче руд благодаря относительно небольшой глубине скважин, наличию высокопроизводительного насосного оборудования и совмещению операций по бурению скважин со спуском добычного оборудования. [2]

Сложной проблемой при гидродинамическом бурении является борьба с влиянием на величину углубления скважины противодавления столба жидкости, находящегося в скважине и увеличивающегося с глубиной, а также подъем разрушенной породы с забоя на поверхность. При скважинной гидродобыче указанные трудности снимаются, так как в состав снаряда включен гидроэлеватор, с помощью которого одновременно с углублением скважины осуществляется подъем пульпы. [3]

Следует отметить некоторые недостатки гидродинамического бурения при. Однако благодаря тому, что размыв пласта осуществляется сразу после завершения бурения и время нахождения скважины в неустойчивом состоянии сводится до минимума, успешная отработка скважины окажется возможной. [4]

В этом случае низ добычного снаряда снабжается гидробуром и гидромониторами, имеющими поочередное раздельное включение. На рис. 2 дана схема снаряда для гидродинамического бурения и скважинкой гидродобычи. С помощью гидробура осуществляется бурение скважины, одновременно с углублением которой производится монтаж оборудования для последующих работ по добыче. По завершению проводки скважины гидробур отключается и начинают работать гидромониторы, осуществляющие добычу полезного ископаемого. [6]

Однако применение обсадных труб для перекрытия песков и гравелитов предотвращает размыв устья скважин в процессе бурения, облегчает работы по спуску добычного агрегата и способствует уменьшению сил сопротивления при его подъеме, а также извлечении обсадных труб. В этом случае предъявляются меньшие требования к качеству глинистых растворов и появляется в дальнейшем возможность применения для бурения основного ствола ( по глинам) более прогрессивных способов проходки скважин, связанных с применением воды в качестве промывочной жидкости и гидродинамического бурения . [7]

Источник

Какой метод выбрать для бурения скважины на воду?

На приусадебных участках, удаленных от центрального водопровода единственным выходом получить воду для питьевых и бытовых нужд является обустройство автономного источника. Вариантов такого водозабора существует немного. Это колодец и скважина. Для загородного дома второй вариант предпочтительнее, так как позволяет получить относительно чистую воду в достаточном объеме. Выбор способа бурения скважины зависит от глубины залегания водоносного пласта, его ресурса и геологических условий.

Какой вид источника выбрать?

Как правило, скважины бурят на три основных водоносных горизонта, отличающихся качеством воды, глубиной залегания и мощностью источника.

Первый горизонт – верховодка. Располагается на небольших глубинах до 10 метров. По своему качеству вода годится только для технических нужд из-за недостаточной очистки. Степень загрязнения зависит от сезона, находящихся поблизости сельхозугодий и промышленных предприятий. Мощность пласта небольшая. Максимальный дебет не превышает 0,5 м 3 /ч. Годится для бурения абиссинской скважины или устройства колодца. Проходку ствола можно осуществить своими руками посредством несложных инструментов и оснастки.
Второй водоносный пласт – песчаный. Глубина залегания от 10 до 50 м. Качество воды приемлемое, на глубоких горизонтах пригодна для питьевых нужд. Водоотдача такого источника стабильна и составляет от 1 до 2 м 3 /ч. Вскрывают месторождение механизированным способом бурения. Диаметр скважин на песок составляет от 5 до 10 см.
Третий горизонт – артезианский. Располагается водоносный слой на известняках, залегающих на глубинах от 50 метров. Вода характеризуется высокой степенью очистки и представляет собой стратегический ресурс. Для вскрытия пласта и добычи воды требуется разрешение. Потенциал водоотдачи высокий – от 3 до 5 м 3 /ч. Объем воды стабильный. Бурение скважины осуществляется с применением специальной техники. Традиционно используют ударно канатный способ. Диаметр ствола такого водозабора в среднем составляет 12…14 см.

Классификация способов

Способы вскрытия водоносных горизонтов классифицируют по двум основным критериям.

По виду применяемых механизмов и приспособлений:

Ручной;
Механический.

По типу использования бурового механизма:

Роторный;
Ударно-канатный;
Шнековый;
Колонковый.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
штанги;
лебёдка или электрическая таль;
обсадные трубы;
для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Главное преимущество ручного метода – низкая стоимость, однородная структура ствола на всей длине. Тем не менее, использовать его можно лишь на малой глубине. Дебит и срок эксплуатации такой скважины оставляют желать лучшего.

Специфика роторного бурения

Роторный способ применяют при бурении скважин различной глубины. Тут уже не обойтись без специального оборудования, а именно – самоходной буровой установки, габариты и оснащение которой зависят от условий работы.При походке ствола снаряд с долотом вращательным движением разрушает породу, постепенно углубляясь к пласту.

Для бурения в плотном каменистом грунте используется модель УРБ-2А2.
В условиях полной застройки – МБУ-2М.
Для проходки промышленных скважин глубиной до 500 метров – УРБ-3АМ.

Буровая установка снабжается полой мачтой, внутри которой размещается подвижный вал с долотом. При включении вал начинает вращаться, приводя в движение долото, острые края которого пробивают в породе ствол необходимого диаметра.

В процессе проходки производится промывка, в ходе которой скважина освобождается от слоя выработанного грунта. Промывка может осуществляться двумя способами:

В первом случае струя воды подаётся в скважину сверху; смешиваясь с грунтом, она заполняет её целиком, после чего выходит наружу в верхней части. Метод универсален, поскольку может использоваться на любой скважине и дополнительно расширяет её диаметр, что впоследствии обеспечит больший дебит.

Недостаток прямой промывки – повреждение структуры водоносного горизонта.

При обратной промывке вода поступает в скважину самотёком, после чего вместе с грунтом выкачивается при помощи насоса. Такой метод обеспечит ещё большее значение дебита, но потребует больших капиталовложений.

Ударно-канатное бурение

При таком способе, разрушение породы производится за счёт резкого механического воздействия, а именно – падения тяжёлого предмета с высоты. В качестве такого предмета выступает забойный стакан – кусок стальной трубы с буром на конце. В корпусе трубы делают несколько отверстий для быстрой очистки от грунта при вытаскивании. Освобождение стакана от породы производится через каждые 50 см проходки.

К задней части стакана крепится трос или канат, другой конец которого расположен в верхней части буровой вышки. Вышкой называют сборную конструкцию из брёвен, металлических балок или труб высотой от 2 м. Для бурения скважин глубиной от 20 м используются канатно-ударные бурильные установки.

Преимущества

Ударный метод обладает рядом преимуществ.

Его можно использовать для работы с прочными каменистыми грунтами
Стакан не портит водоносный слой и стенки скважины и легко очищается.
Способ можно использовать для изучения характеристик грунта на определённых слоях.
Монтаж скважины можно проводить сразу после окончания бурильных работ.

Недостатки

Из недостатков метода можно выделить следующие моменты:

Низкая скорость бурения.
Невозможность использования на песчаном грунте.
Метод годится только для вертикального бурения.

Шнековый метод

Основным инструментом, использующимся при данном методе, является шнек. Чтобы понять его устройство, представьте себе ледовый бур для зимней рыбалки, только больших размеров. Шнек работает аналогичным способом – его вставляют в подготовленную яму и вращают при помощи мобильной буровой установки.

Шнековый способ отличается высокой производительностью – при его использовании можно провести бурение в самые короткие сроки. Обуславливается такая скорость за счёт быстрой выемки породы из скважины – она выходит сама, перемещаясь вдоль сплошной винтовой поверхности шнека. Диаметр винта может доходить до 1500 мм.

Кроме того, шнековое бурение идеально подходит для работы на песчаном и болотистом грунте и не предполагает никаких физических усилий либо серьёзных затрат на оборудование.

Из недостатков можно выделить невозможность его использования на каменистой почве, а также ограниченную глубину – не более 50 метров.

Колонковый метод

В основном, применяется при бурении промышленных скважин, а также для исследовательских работ. Порода разрушается при помощи специального долота – пустотелой трубы, оборудованной резцами. Проникая вглубь грунта, она отсекает его от основной структуры, после чего не составляет труда вымыть его наружу при помощи направленной струи воды под давлением.

Высокая функциональность колонкового способа бурения позволяет использовать его не только при бурении скважин, но и для строительных работ – например, если необходимо проделать отверстие в железобетонной плите. Долото приводится в движение при помощи буровых установок ЗИФ.

Преимущества метода очевидны – высокая скорость работы, взаимодействие с любыми видами породы, мобильность и малые габариты буровой установки.
Из недостатков можно выделить небольшой диаметр трубы долота (не больше 150 мм) и быстрое стачивание коронок, что приводит к дополнительным расходам.

Общие рекомендации по выбору способа

Выбор метода зависит от трёх основных параметров:

типа грунта;
диаметра сечения ствола;
глубины проходки.

Для скважин малой глубины в мягком грунте рекомендуется использовать шнековый или ручной метод, в твёрдом – ударно-канатный.

Помимо этого выбирая способ бурения, обратите внимание на дополнительные критерии:

необходимый объем воды;
частота использования;
качество воды;
стоимость, которую придётся затратить на сооружение автономного источника, а именно – рациональность подобных расходов.

Перед проведением бурения скважины на малую глубину следует учитывать внешние факторы – климатические условия, сезонные изменения грунтовых вод, близкое расположение сельскохозяйственных угодий и объектов с вредным производством.

При монтаже артезианских скважин потребуется их регистрация в надзорных органах и оформление соответствующих документов, а значит – новые траты времени и денег.

Помните, что водозабор, изготовленный качественно, с учётом всех оказывающих влияние факторов, прослужит Вам на протяжении многих лет. Перед составлением заказа на бурение, необходимо получить профессиональную консультацию, провести экспертизу на наличие воды, подобрать наилучшее место для размещения скважины в отдалении от септиков и выгребных ям. При обнаружении каких-либо неисправностей в её работе лучше не рисковать и обратиться за помощью к специалистам, проводившим монтаж.

Источник