Буровые работы способы выполнения

Буровые работы

В современном строительстве особого внимания заслуживают буровые работы. Они являются комплексом действий, которые направлены на создание скважин инженерного, эксплуатационного, технического, строительного, геологического и другого назначения. Они также могут включать подготовительные работы, возведение наземных дополнительных конструкций и коммуникационных сетей, монтаж и демонтаж специализированного оборудования. Бурение является технологическим процессом воздействия на горные породы или грунты в лобовой части скважины с целью их разрушения. Это процесс образования земляных выемок цилиндрической формы и подачи на поверхность продуктов разрушения.

Если буровые работы – это непрерывные процессы, то бурение отличается цикличностью. Операции по разрушению пород забоев буровыми инструментами ( при помощи долота или коронки) сменяются очищением стволов посредством сжатого воздуха и подъёмом бурильных колонн для того, чтобы производить замену рабочих органов или ремонт, крепить ствол при помощи обсадных труб и прочие действия. Скважина – это выработка в горной породе или грунтах, которая имеет цилиндрическую форму. Ширина скважины намного меньше, чем ее глубина. Верх выработки – это устье скважины, стенки формируют ствол, а днище – забой. Бурение может иметь различное направление, масштабы и функциональное назначение. Также для него может использоваться разнообразное оборудование, отличающееся различными техническими характеристиками. Скважины необходимы для многих отраслей деятельности современного человека:

• поиска и разведывания мест залегания полезных ископаемых разного происхождения;
• их добычи (твердых, жидких и газообразных);
• изучения особенностей грунтов и горных пород;
• установки оборудования;
• выкачивания воды;
• закрепления грунта, устройства почвенных анкеров, цементации и усиления оснований под фундаментные конструкции;
• шпунтовых ограждений котлованов и траншей.

Учитывая огромные масштабы загородного строительства, особого внимания заслуживают такие виды буровых работ, как бурение на воду. Они дают возможность обеспечить строения индивидуальными средствами водоснабжения. Работы представляют собой комплекс высокотехнологичных операций, которые требуют тщательной подготовки, высокого уровня инженерных знаний и наличия специализированного профессионального оборудования. Бурение на воду может осуществляться на глубину до 30 м («на песок») и более («на известняк»).

Песчаные скважины пробуриваются исключительно до песчаных водоносных горизонтов. Такая вода, как правило, не используется в качестве питьевой, а только для хозяйственных нужд или полива. Однако, при помощи использования новейшего фильтрационного оборудования, можно добиться относительно высоких качественных показателей такой воды. Что касается бурения «на известняк», то оно представляет собой более сложную и трудоемкую работу и предполагает использование двух обсадных труб. Одна из них необходима для защиты от обрушений почвы, а вторая – для прокачки при помощи скважинного насоса.

Способы и технологически особенности бурения

На сегодняшний день выделяют несколько групп способов бурения. Они бывают механическими, физическими и ручными. Наибольшую популярность получили механические методы, при которых используются станки и машины ручного типа. К физическим способам можно отнести термический, гидравлические, электрогидравлические, ультразвуковые и другие, которые еще не получили широкого распространения. Ручное бурение может использоваться для грунтов, которые отличаются минимальной твердостью и плотностью.

Каждый из указанных способов бурения требует более подробного описания:

• вибрационное бурение (до 40 м) – подходит для песчаных и глинистых пород. Первый вариант предполагает собственно вибрационное бурение, а второй — виброударное. Суть вибрационного бурения состоит в том, что в результате вибрирования существенно снижаются показатели механического сопротивления породы, что обеспечивает возможность максимально быстрого погружения в грунт. Виброударное же бурение предполагает погружение инструмента под воздействием частых ударов, поэтому используется для грунтов, обладающих высоким лобовым сопротивлением;
• термическое бурение (до 22 м) – предполагает сжигание пород при температуре около +2000°С, которая обеспечивается специальной горелкой. Отличается высокой производительностью и скоростью, а также надежностью;
• гидравлическое бурение (до 8 метров) используется в легком суглинке и водонасыщенной почве. Вода под давлением разрушает породы, остатки которых выводятся с водой вдоль скважины;
• роторное бурение (до 100м) используется для обустройства скважин диаметром до 230 мм. В процессе работы подается вода или раствор глины, которые удаляются на поверхность вместе со шламом, создавая лучшие условия для работы. Отличается высокой производительностью (на 300% выше, чем вибрационного), скоростью и относительно низкой стоимостью;
• шнековое бурение (до 100м) – может проводиться сплошным или кольцевым забоем;
• вращательное бурение (до 100м) – может быть колонковым или роторным. Можно проводить как с промывкой водой, так и с пневматическим охлаждением;
• ударное бурение (до 50 м) – используются станки ударно-канатного действия, оборудованные различным инструментом — долотом, забивным стаканом, желонкой, ударной или раздвижной штангой, канатным замком и канатом
• алмазное бурение используется для того, чтобы вскрывать твёрдые строительные материалы: бетон, гранит, кирпичные стены и каменные основания;
• ударно-вращательное бурение (до 50м) используется в условиях твердых пород.

Существуют и другие способы бурения, однако они не получили большого распространение из-за того, что не до конца разработаны и отличаются дороговизной, поэтому в больших масштабах не используются.

Практическое применение бурения

Бурение необходимо в различных сферах деятельности, особенно в строительстве. Данный тип инженерно-геологических изысканий играет очень важную роль на этапе проектировки будущих сооружений и перед закладкой фундаментных конструкций. Разрабатывается проект, при котором информация о физико-химическом составе грунтов позволяет аргументировать целесообразность застройки зоны, этажность зданий и расстояние до других объектов. Бурение при земляных работах позволяет гарантировать устройство надежного фундамента, так как исходя из полученных аналитических данных, подрядчики определяют тип и количественные характеристики стройматериалов, оптимальное для строительства время года и другие особенности.

Комплекс буровых работ проводится также и с целью повышения надежности фундамента разных сооружений. Большинство зданий подвергаются негативным факторам внешнего типа – как механическим, так и химическим, связанным с сейсмическими и природными процессами. При этом повреждения фундамента являются наиболее опасными, поэтому их крепление требует кардинальных мер. Эти технические задания можно решить в результате внедрения буроинъекционных свай, для чего по всему периметру пробуриваются выемки нужной глубины, которые заполняются бетонными растворами при помощи бетонных компрессорных установок. Высокое давление толкает смесь в полости, образуя монолитное соединение – при этом сваи способны принимать на себя часть нагрузок сооружения, способствуя укреплению изоляционного слоя.

Кроме того, скважины необходимы для:

• добычи питьевой воды;
• обустройства шпунтовых ограждений – они имеют место для строительства зданий в больших городах, так как при их использовании полностью отсутствуют вибрационные процессы. Ограждение предотвращает попадание грунтовых вод в рабочие зоны и исключает влияние на фундамент соседних зданий. Оно может быть как временным, так и постоянным. Технология предполагает строительство стен, удерживаемых сваями из дерева или железобетона – такой способ укрепления грунта способен выдерживать большие нагрузки и обеспечивать безопасность проведения строительства возле многоэтажных сооружений;
• устройства свай буронабивного типа – строительных скважин, которые усиливаются металлическими каркасами и заполняются цементными растворами. Их использование позволяет существенно армировать фундаментные конструкции, и значительно продлевать эксплуатационные сроки сооружений. Данные технологические процессы особенно востребованы на водянистых грунтах, где простой ленточный фундамент не способен справиться с природными воздействиями;
• бурения скважин для тепловых насосов;
• бурения промышленных выемок и других отраслей.

Это очень важный тип работ, который используется многими подрядчиками, однако доверять их лучше всего только профессионалам икомпаниям, предлагающим современное оборудование, которое играет важнейшую роль при произведении бурения.

Буровые установки

Большая часть буровых установок оснащается механизированным приводом, поэтому может быть использована для бурения на достаточную глубину. Они отличаются высокой производительностью и мощностью, поэтому подходят для решения технологических задач любой сложности. Сегодня в строительстве наибольшей популярностью пользуются:

• установки для ударно-канатного бурения;
• шнековые буровые установки;
• роторные установки;
• ручное оборудование.

Ручные агрегаты – перфораторы функционируют при помощи сжатого воздуха, исходящего от компрессоров, и используются для твердых и мерзлых грунтов. Они бывают ручными, колонковыми или телескопическими. Рабочий орган такого инструмента – бур, обладающий ступенчатым профилем, необходимым для снижения сил трения.

Что касается ударно-канатных установок, то относительно простая конструкция такого оборудования способна обеспечить высокий рабочий ресурс. Единственным недостатком таких агрегатов является низкая скорость работы, а при прохождении водоносных горизонтов может потребоваться дополнительная обсадка трубами больших диаметров, что повысит стоимость разработки. Конструктивно установка такого типа состоит из:

• опорной треноги с блочком;
• приводного механизма;
• снаряда желонка.

Ударно-канатное оборудование очень простое в использовании и является одним из первых, которое начали разрабатывать для данных целей.

Шнековые установки состоят из шнека (винта), который обеспечивает подъем разрыхленных грунтовых масс. При этом длина штанги со шнеком составляет обычно не более 3 метров, а для дальнейшего наращивания используется специальная резьба. Бурить можно как вручную, так и механическим способом. После нескольких оборотов рабочий инструмент извлекается для того, чтобы удалять остатки раздробленных грунтов. По сравнению с канатными агрегатами, такие отличаются значительно большей производительностью, однако недостатком является необходимость постоянно доставать инструмент для очистки.

Также особого внимания заслуживает бурение с промывкой – оно осуществляется с помощью специального оборудования, которое позволяет быстро подымать разрушенные грунты при помощи потоков жидкости — промывка при этом может быть прямой или обратной. Такие установки являются очень производительными и быстрыми в работе, однако и стоимость их значительно выше.

Существуют и другие виды буровых установок – они используются в зависимости от типа грунта, условий эксплуатации, а также функционального назначения скважин, которые необходимо пробурить.

Источник

Технологические процессы, выполняемые при бурении скважин и их общая характеристика

Выполнение всех видов работ, связанных с сооружением скважин, производится по определенным технологическим схемам и в определенном режиме. Технологическая схема определяет способ и порядок или последовательность выполнения тех или иных операций. Технологический режим характеризуется совокупностью определенных параметров процесса бурения скважин. К числу таких параметров относятся: скорость, время, сила и частота действий, определяющие интенсивность или напряженность процесса. Таким образом, под режимом бурения скважин следует понимать некоторое сочетание факторов или параметров, определяющих условия работы бурового снаряда, от рациональности подбора числовых значений которых зависит эффективность выполнения этого процесса.

К числу параметров режима бурения относятся: скорость вращения со, частота вращения п; частота Ц> и сила ударов Р ; величина усилия подачи (нагрузка на забой) G0, расход очистного агента Q и скорость его циркуляции уц.

Параметры режима бурения подбирают в зависимости от определенных факторов, основными из которых являются: характер и свойства пород (твердость, абразивность, трещиноватость, устойчивость и др.); глубина скважины; состояние ствола скважины; конструкция породоразрушающего бурового инструмента и его качество; техническая характеристика бурового оборудования; назначение скважины или цель бурения и др. С учетом всех этих данных режим бурения может быть оптимальным, рациональным или специальным.

Оптимальный режим бурения характеризуется самым благоприятным сочетанием числовых значений параметров, подбираемых, исходя из современных достижений науки и техники, и обеспечивающих максимальную скорость углубки и производительность труда. Такой режим может быть осуществлен, очевидно, на опытно-показательных или лабораторных установках, так как требует повышенных затрат материальных средств и высокой квалификации бурового персонала.

Рациональным следует считать такой режим бурения, при котором числовые значения его параметров подбирают с учетом возможностей, имеющихся в наличии технических средств и породоразрушающих инструментов, которые обеспечивают получение наиболее высоких показателей в данных конкретных условиях при минимальных затратах средств. Рациональные режимы далеко не всегда соответствуют оптимальным.

Специальный режим определяется значениями параметров, которые подбирают с учетом необходимости получения высоких качественных показателей, подчас в ущерб количественным, или наоборот. В этом случае выбираемые числовые значения параметров режима бурения могут быть нерациональными с точки зрения получения высокой производительности труда и экономической эффективности. К специальным режимам прибегают, например, при бурении на слабоустойчивые полезные ископаемые с целью повышения процента выхода керна и его качества, когда снижаются частота вращения, осевая нагрузка и интенсивность промывки и ограничивается величина углубки за рейс или при борьбе с искривлением скважин и в других случаях.

При сооружении геологоразведочных скважин выполняется большое количество технологических операций или видов работ: строительно-монтажные работы (СМР); забуривание и оборудование устья скважины (ЗУС); подготовительные операции к бурению (ПОБ); спускоподъемные операции (СПО); операции, связанные с углубкой скважины (ОУС), с отбором керна (ООК), с закреплением стенок скважин (ОЗС), с направленным бурением (ОНБ), с исследованиями в скважине (ОИС), с ликвидацией аварий (ОЛА), с демонтажом оборудования (ОДО), ликвидацией скважин (ОЛС), с перевозкой бурового оборудования (ОПО).

По роли или значению в технологической схеме сооружения скважин все операции можно подразделить на производительные (ПО) и непроизводительные (НПО). Время, затрачиваемое на выполнение этих операций, составляет баланс рабочего времени сооружения скважины Г.

К числу производительных операций или процессов относятся: собственно бурение или углубка скважины (УС); вспомогательные операции, связанные с процессом углубки скважины (ВО); спуско-подъемные операции (СПО); очистка скважины от шлама или оставшегося на забое керна (ОЧС); закрепление стенок скважин (ОЗС); операции, связанные с направленным бурением (ОНБ). К непроизводительным операциям относится процесс ликвидации аварий и осложнений (ОЛА, ОЛО); осмотр и смазка оборудования, мелкий ремонт. В общий баланс рабочего времени, затрачиваемого на выполнение ПО и НПО включается еще и время простоев по разным причинам. Выполняемые в процессе сооружения скважин операции объединяются в циклы — малый и большой.

Малый цикл или рейс включает операции, связанные непосредственно с углубкой скважины и выполняемые в течение одного рейса (периода времени). К этим операциям относятся: подготовка бурового инструмента к спуску; спуск снаряда в скважину; приработка ПРИ; собственно бурение; перекрепление шпинделя; наращивание бурильных труб тб, тбсу; заклинивание и срыв керна; подъем снаряда и извлечение керна из колонковой трубы. Характеризуется малый цикл или рейс продолжительностью в часах или в станко-сменах и величиной углубки скважины за цикл (рейс).

В большой цикл входят все операции, связанные с полным сооружением скважины, начиная со строительно-монтажных работ и кончая ликвидацией скважины.

От рациональности или уровня выполнения всех операций в малом и большом циклах зависит производительность труда или эффективность буровых работ, оцениваемая целым рядом технико-экономических показателей (ТЭП), к которым относятся: скорости. выполнения тех или иных операций или процессов, связанных с сооружением скважин (механическая, техническая, коммерческая, цикловая и парковая); величина углубки за рейс /р и на один ПРИ; расход породоразрушающих элементов (твердосплавных коронок, алмазных коронок, шарошечных долот, лопастных долот, шнековых долот), (алмазов, твердых сплавов, дроби и др.) на 1 м пробуренной скважины q„ кар/м или qrc, г/м.

Количественные показатели характеризуют скорость выполнения отдельных процессов (операций) или сооружения скважин в целом и определяют в конечном счете производительность труда в бурении.

Качественные показатели характеризуют степень выполнения поставленных задач при бурении скважин, с учетом того, что разведочные скважины должны удовлетворять определенным требованиям методики разведки, основными из которых являются: пересечение пластов пород или залежей полезных ископаемых в заданных направлениях и по определенной системе при возможно меньшем объеме затрат на 1 т разведанных запасов полезного ископаемого; бурение скважин по наиболее рациональной траектории с допустимой степенью отклонения от проектного профиля при наиболее благоприятном расположении устьев скважин; получение представительных образцов пород или полезных ископаемых (керна), имеющих пространственную привязку.

В общем виде качественными показателями служат выход керна (%) и интенсивность искривления скважины / (градус/м).

Экономические показатели характеризуют стоимость сооружения скважины в целом или 1 м ствола пробуренной скважины.

Анализируя рассмотренные показатели, можно выявить основные факторы, определяющие уровень выполнения тех или иных операций и эффективность сооружения скважин в целом и пути ее повышения.

Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:

Источник