Характеристика способов бурения глубоких скважин ответ

Глубокое бурение

ГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ (а. deep drilling; н. Tiefbohren; ф. sondage а grande profondeur, forage а grande profondeur; и. sondeo profundo) — сооружение скважин в земной коре в интервале глубин 4500-6000 м. Интервал глубокого бурения отражает достигнутый уровень техники и технологии бурения в данный период времени.

Глубокое бурение в отличие от бурения скважин обычной глубины характеризуется более высокими температурами (иногда свыше 200°С) и давлениями (горным, пластовым и поровым), наличием зон аномальных давлений, гидроразрывом пород (за счёт раскрытия, трещин в породах при достижении в скважине определённой величины давления), нефтегазоводопроявлениями. В этих условиях могут возникать различные осложнения — поглощение бурового раствора, прихваты бурильных труб, аномально высокие гидравлические сопротивления в затрубном пространстве, что вызывает падение проходки на долото и механической скорости с глубиной. Возникают также осложнения: осыпи, каверно- и жёлобообразование и др. Для предотвращения осложнений при глубоком бурении изучают распределение давления с глубиной, осуществляют контроль и управление давлением путём изменения плотности бурового раствора и давления в кольце между трубами и стенками ствола скважины.

Пластовые давления при глубоком бурении измеряют прямым и косвенным методами, поровые — косвенными методами. На основе изменения давления с глубиной скважины выбирают конструкцию скважины, плотность бурового раствора, типы долот, параметры режима бурения и т.п. Глубокое бурение осуществляется буровыми установками грузоподъёмностью 200-250 т, включающими 2-3 насоса с давлением нагнетания 25-32 МПа и гидравлической мощностью 500-900 кВт. При глубоком бурении применяют вращательный (в основном роторный, реже забойные двигатели) способ бурения, при этом скважина может быть пробурена одним из способов или попеременно различными способами. См. рис..

Перспектива развития глубокого бурения связана с применением гидромониторных долот с герметизированными маслонаполненными опорами и металлокерамическими насадками с внутренним проходным сечением, позволяющим получить скорость движения жидкости 100-150 м/с; с использованием высокопрочных труб, опорно-центрирующих и стабилизирующих, а также прихватоосвобождающих элементов; с усовершенствованием методов определения и прогнозирования изменения давлений и экспресс-методов оптимизации процесса бурения; с сокращением количества спускаемых колонн (преимущественно спуска сплошных колонн); с развитием новых способов глубокого бурения, основанных на гидравлическом разрушении пород струями бурового раствора и т.п. В СССР в 1970 пробурено 432 тысячи м, в 1975-790 тысяч м, в 1980 — около 1300 тысяч м глубоких скважин.

Источник

Глубокое бурение скважин

Оборудование для глубокого бурения скважин необходимо для решения строительных, поисковых, исследовательских задач. Предлагаем ассортимент механизмов, инструментов, техники.

Основные способы бурения глубоких скважин

Особенность разработки месторождений глубокого заложения – наличие нескольких сопутствующих проблем. Среди них специалисты выделяют высокое давление, температуру, наличие зон с аномальными характеристиками. Глубокое бурение скважин часто сопровождается различными осложнениями: прихват буровой трубы, сильное сопротивление продвижению механизмов, ухудшение подачи бурового раствора. Большая протяженность приводит к осыпаниям, появлению на стенках желобов, каверн.

Разработку скважин глубокого заложения преимущественно ведут способами механического бурения. Популярность заслужило бурение вращательными (добыча газа или нефти) и колонковыми (разработка твердых ископаемых) установками. Грунт режут, дробят, скалывают, уплотняют, истирают.

Примечание: Изготавливаем стойкие к абразивному износу буровые штанги на Vermeer. Для работы используем сталь марки S135. Формируя шпиндели соблюдаем точность производства резьбы, проводим термообработку.

Технология бурения глубоких скважин

Разработка ствола представляет собой сложную, кропотливую работу, требующую исполнителей высокой квалификации. Она включает операции:

• разрушение породы;
• подъем грунта на поверхность;
• укрепление стенок ствола.

Применяя вращательные механизмы, можно совместить несколько или даже все операции. Первым делом проводят изыскательные работы, которые позволяют детально изучить характеристики участка, выбрать оптимальное место для устья. Затем переходят к выполнению главной задачи – разрушению породы. От нее зависит скорость продвижения по стволу. Готовую скважину обустраивают, используя комбинацию труб из пластика и металла.

Учитывая разнообразие климатических, геологических условий, в которых проводят работы, производители предлагают установки разных типов. Вес буровой колонны достигает нескольких сотен тонн. При выборе механизмов ориентируются на главный показатель – грузоподъемность. От него зависит конструкция, эксплуатационные характеристики оборудования, которое входит в состав установки. Обращайтесь, поможем подобрать оптимальный состав, гарантируем качество, приемлемые цены.

Источник

Какие существуют способы бурения скважин

Сегодня мы поближе познакомимся со способами бурения скважин и разберемся в особенностях каждых из них.

Ударно-канатное бурение

Этот способ бурения скважин является очень старым и впервые его стали применять древнем Китае. Некоторые особенности всё же отличаются от ударно-канатного бурения сегодня, однако, принцип в целом один и тот же. В древности конусообразный груз подкидывали вверх, после чего при падении он раздвигал почву и уплотнял землю. Сегодня для создания скважин таким способом берутся забивные стаканы и всевозможные желонки. Желонка представляет собой простой снаряд, который бросают в скважину с высоты. Когда происходит удар о землю, снаряд заходит в грунт и из-за специального клапана остаётся в нем. После этого оборудование достаётся наверх, из неё выбирают землю и заново бросают. Также используется забивной стакан, который также представляет собой желонку, но только без специального клапана, вследствие чего земля остаётся в стакане под силой трения.

Используя желонки и забивные стаканы, делают скважины в обводных грунтах, а также на песке. Благодаря использованию забивного стакана можно делать скважины на глинистой земле, на суглинке, на вязкой земле в целом. Когда стакан отрывается, такая земля остаётся внутри него и хорошо достаётся.

Такой способ бурения скважин довольно сложный и занимает много сил и времени. Порой для того, чтоб пробить твердые каменные грунты применяют ударно-канатное бурение с использованием бурового патрона. С его помощью пробивают твердые породы грунта. Породу удаляют из скважины, используя желонку.

Ударно-канатным бурением создаются большие и глубокие шахты – до трёхсот метров глубины. Однако, если глубина скважины большая, то здесь не обойтись без телескопической структуры. Это значит, что верхняя часть скважины создаётся из трубы, которая обладает наибольшим диаметром. После этого, проходя определённую глубину, следуют трубы меньшего диаметра, затем ещё меньше и меньше. Также для удобства используют переносные буровые станки, которые подходят для бурения ударно-канатным методом.

Подобное бурение скважин отнимает много времени, весь процесс медленный и занимает много сил и времени, в отличие от шнекового бурения, однако, чтоб создать скважину таким образом, не нужно много специально оборудованного места.

Роторное бурение

Подобный способ бурения скважин требует наличия спецтехники, в частности буровых машин. Часто используют АРБ-2А2. При подобном бурении горная порода разрушается под воздействием шарошечного долота, а перемененную землю поднимает наверх буровой раствор. Подобное строительство скважин называется бурение с промывкой. Таким образом, можно разрушить прослойки извести, включения скальной породы. Буровые штанги приводятся в движение крутящим моментом от ротора, который находится на самой буровой машине, и от двигателя внутреннего сгорания, который располагается непосредственно на машине, идет привод к ротору. Для того чтобы долото крутилось и бурило, сверху на него поступает большая нагрузка. Этого можно достигнуть благодаря тяжелым бурильным штангам.

Канатно-вращательное бурение

Когда для бурения скважины используется подобный метод, то он подразумевает использование полой штанги, с одного конца которой находится забурник. Земля, которая размягчена таким оборудованием, достаётся наверх благодаря промывке с использованием бурового раствора.

Этот раствор далее поступает в отстойник шлама. Так бурение скважины проводится с использованием обратной воды.

Подобный способ бурения осуществим благодаря использованию переносных бурильных установок. Чаще всего это вологодские, курганские, минские установки. Такой метод подходит для бурения скважин в сложных и труднодоступных местах. Он также подходит для бурения скважины на песок, глубина которой до пятидесяти метров. Бурение скважины осуществляется с использованием не просто воды, а особого бурового раствора, который содержит в себе бентиновую глину. Бентин при строительстве скважины позволяет укрепить стены скважины, а также не даёт им обрушиться. После этого, рабочее буровое оборудование достаётся из скважины и в отверстие помещаются пластиковые трубки и фильтры на дно. Вместе с тем, диаметр трубы должен составлять до 125 миллиметров, а диаметр скважины – до двухсот миллиметров. Оставшееся место между трубой и скважиной засыпается щебнем, фракции которого в среднем составляют от пяти до двадцати миллиметров. Усыпка гравием значительно улучшает работу скважины, её характеристику и эксплуатационные качества, срок использования.

Так можно создавать глубокие и большие скважины, глубиной до трёхсот метров. Однако если глубина скважин составляет более трёхсот метров, то она будет иметь телескопическую конструкцию.

Шнековое бурение скважин

Данный способ бурения ещё называют вращательным. Оборудование, которое разрушает породу, может быть двух основных типов:

1. Бур представляет собой керноприемник крупного диаметра.

2. Долото с двумя или тремя лопастями.

Сам шнек доставляет разрушенную породу на поверхность. При этом подобный способ строительства скважин является одним из наиболее быстрых и эффективных. За день работы шнековым бурением можно углубиться на сорок метров, однако, это возможно при условии мягкой породы. Вращательное бурение используют для геологоразведочных скважин, при строительстве скважин на песок. Однако этот способ не подходит, если нужно сделать скважины на мягком сыпучем грунте, например на песках, на большую глубину. Стены сооружения могут запросто обвалиться, прежде чем будут поставлены обсадные колонны. Для суглинка и глинистой земли этот способ является одним из наиболее эффективных и качественных. Диаметр скважины, которая бурится шнеком, составляет в среднем от пятидесяти до семисот шестидесяти миллиметров.

Когда шнек достают из скважины, можно увидеть, какова глубина залегания водоносного песка. Водоносный песок представляет собой песок с большими частичками породы и иногда с примесями гальки.

Данный способ бурения является абсолютно доступным и недорогим. Однако, если при бурении будут обнаружены валуны, известковая прослойка, то он будет совершенно не эффективным и сделать таким образом скважину будет невозможно.

Гидробурение

По большому счету, подобный тип бурения скважин очень схож с канатно-вращательным. Разница состоит только в забурниках. Земля размывается под воздействием большого напора воды. Он идеально подходит для рыхлой земли, суспеси и песка. Однако он обладает некоторыми недостатками, один из них – он не может справиться с прослойкой юрской глины. Когда он попадает на плывун, поглощается много воды, а песок, который выпадает в осадок, замедляет процесс бурения.

Бурение скважины происходит быстро. Именно поэтому, важно раньше подготовить обсадную трубу для того, чтоб быстро установить её в земле. В воду для бурения должны входить хлористоводородная кислота, концентрация которой должна составлять один к двадцати тысячи. Она не даёт пласту воды загрязниться при строительстве скважины. Процесс создания скважины сам по себе довольно быстрый, однако, обсадную колонну нужно подготавливать заранее к установке ещё до того, как бурение начнется. Поток воды должен содержать в себе, как минимум, пятьдесят миллионных долей хлористоводородной кислоты. Это позволяет предупредить загрязнение слоя воды.

Таким способом бурения можно проделать скважину, глубина которой будет до пятнадцати метров, а диаметр от пятидесяти до трёхсот миллиметров. После того, как ставятся обсадные колонны, столб заливают снаружи от колонны, как минимум метра на три от земли.

Перфоративное бурение

Такой способ бурения используют для строительства абиссинского колодца.

Для этого используется труба из железа, которая собрана из отрезков разной длины, которые между собой скреплены с помощью муфт. По своей форме они похожи на своеобразное копье и поэтому её ещё называют скважин иглой. Герметичность соединений резьбы чрезвычайно важна и добиваются её использованием силикона, или же сантехнического льна.

Прежде всего, бурение проводят до начала обводненного слоя земли. Скважина должна быть в диаметре от пятидесяти до восьмидесяти миллиметров в сухой земле. После этого скважину ставят в фильтр, а обсадные колонны забиваются.

Внизу такой трубы располагается фильтр, представляющий из себя простую трубу с таким же диаметром. В ней имеется много отверстий в среднем диаметров от пяти до восьми миллиметров. Снаружи она защищена фильтровой сеткой, способной пропускать влагу и задерживать взвеси и песок. Сквозь подобную сетку с галунным плетением проходят частички только самого маленького диаметра и размеров.

Для установки такой трубы в грунт на глубину от восьми до двенадцати метро применяют всевозможное оборудование, от штанг до бабки.

Забивание с использованием штанги

Штанга представляет собой прут из прочного металла, шестнадцать-двадцать миллиметров в диаметре. Его можно по мере того, как оборудование углубляется, наращивать. С помощью такого приспособления бьют именно в наконечник фильтра, в результате чего резьба не ломается и не изменяется, а сама нагрузка распределяется по наконечнику, что помогает быстро и эффективно продвигаться в грунт.

Источник

Способы бурения скважин: технологические принципы и особенности основных методов

Для обеспечения дачи или загородного дома водой можно оборудовать колодец или скважину. Для этого необходимо пробурить почву до достижения водного горизонта. Существует несколько вариантов выполнения работ, которые можно применить самостоятельно.

Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения.

Виды буровых способов

В зависимости от типа почвы, технологических возможностей, глубины залегания грунтовых вод выделяются такие способы бурения скважины:

Классификация условна, ведь в некоторых случаях эти методы можно комбинировать. Бурение скважины — трудоемкий процесс, требующий точных расчетов.

Особенности ручного бурения

Такой тип работ является самым дешевым и простым, но он подойдет для организации скважин небольшой глубины. Бурение проводится до тех пор, пока не будет достигнут водоупорный слой. Для работы применяются такие инструменты:

1. Бур-долото, ложка и бур спиральный.
2. Лебедка.
3. Желонка.
4. Штанги.
5. Обсадные трубы.
6. Бурильная вышка.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность.

Весь рабочий процесс предусматривает такие этапы:

1. Сначала выбирается подходящее место для бурения, над которым размещается вышка.
2. Лопатой выкапывается углубление для бура.
3. Вращение оборудования на первых порах можно производить самостоятельно. Чем дальше будет вестись работа, тем труднее будет продвигаться бур, поэтому потребуется помощник.
4. Через каждые 50 см устройство надо вынимать из ямы и очищать от земли.
5. Если работа продвигается тяжело, то почву можно размягчить водой.

Как только будет достигнут водоупорный слой, его потребуется очистить. Для этого используется погружной насос. Преимуществом технологии является однородность ствола скважины, простота использования и небольшая стоимость. Но пригодна она только для колодцев небольшой глубины, а их дебет незначительный.

Ударно-канатное бурение

Тут обустройство скважины предусматривает разрыхление почвы при помощи забивного стакана, который оснащен острием и падает с высоты. Своими руками работы выполняются с учетом таких этапов:

1. Построение вышки-треноги. Ее высота должна быть больше длины забивного стакана, который изготавливается из стальной трубы. В стенке представленного приспособления должно находиться отверстие, при помощи которого будет происходить очищение.
2. Крепление стакана посредством троса к верхушке треноги.
3. Во время выполнения работ грунт надо выбрасывать из стакана каждые 50 см.

Для обустройства глубинного колодца часто применяются такие виды оборудования: УКС-22М2, УГБ-50.

Преимущества

Достоинством указанной технологии бурения является:

• возможность применения на твердых каменистых почвах;
• отсутствие повреждения стенок скважины и водоносного слоя;
• легкое очищение стакана;
• возможность применения для изучения грунтовых характеристик на разных глубинах.

Преимуществом также является то, что монтировать обсадную трубу можно сразу же после завершения бурильных работ.

Недостатки

Несмотря на доступность и сравнительную дешевизну, технологический процесс имеет недостатки. Среди них возможность строго вертикального бурения. Нельзя использовать данный метод на песчаных грунтах.

Специфика колонкового бурения

Колонковый метод является вращательным. Рабочий инструмент оснащен коронкой (твердосплавной или алмазной). Применяется этот способ редко. Он может быть задействован для подготовки к роторному или шнековому бурению. Иногда его применяют совместно с канатно-ударным методом.

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы.

Используемое оборудование и инструменты

Тут скважины бурятся при помощи специального оборудования: 3иФ 650, 3иФ 1200. Установку можно изготовить самостоятельно. Для этого необходимы такие инструменты:

• колонковая труба и штанги для ее наращивания;
• буровые коронки;
• труба для устранения шлама;
• муфты, переходники между фрагментами труб, промывочный сальник.

Если работы проводятся на скалистых грунтах, то коронки придется часто менять, т. к. они быстро стираются и перестают выполнять свою функцию. Для облегчения работы в забой поступает промывочная жидкость.

Технология колонкового бурения

Во время прохождения бура порода полностью сохраняется внутри трубы. Этот тип бурения предусматривает такие этапы работ:

1. Соединение колонковой трубы со штангами для наращивания бурильной коронки.
2. Закрепление рабочего инструмента в станке.
3. Постепенное ввинчивание коронки в грунт.
4. Очищение трубы от содержимого через каждые полметра.

Все действия проводятся до тех пор, пока не будет вскрыт водоносный слой. После этого следует углубиться еще на 50 см. Шлам удаляется промывкой с использованием большого объема воды или при помощи продувания.

Веские достоинства и недостатки

Если целью устройства скважины не является водоносный слой в песчаных отложениях, бурение до достижения скальных пород может проводиться с промывкой.

Данная технология изготовления скважины имеет такие преимущества:

• высокая скорость проведения работ;
• возможность применения на твердых породах;
• изготовление скважин глубиной до 100 м;
• компактность, что позволяет использовать установку в труднодоступных районах;
• мобильность.

Недостатки метода таковы: быстрый выход из строя рабочей поверхности, небольшой диаметр шахты (нельзя использовать погружные насосы высокой мощности). Такой способ изготовления глубинного колодца считается самым быстрым.

Особенности шнекового бурения

Из всех методов бурения этот считается самым простым и эффективным. Разрушение и устранение грунта из шахты производится путем вращения винтоподобного приспособления. Диаметр скважины при этом составляет 10-60 см, а максимальная глубина — 25 м. Для удаления почвы тут не требуется дополнительного оборудования.

Задействованное оборудование и инструменты

Основной инструмент, применяемый в работе, — шнек. Это металлический стержень с лопастями. Кроме того, применяются и промышленные типы оборудования на базе автомобиля.

Большинство таких установок оснащено пустыми внутри снарядами с замками обратного хода, предотвращающими движение рабочего инструмента в противоположную сторону. Охлаждение режущей поверхности происходит посредством разбиваемой почвы. Бурение с использованием таких установок производится практически без перерыва, поэтому затраты времени, а также электрической энергии уменьшаются.

Технология шнекового бурения

Сначала выполняется проходка до 2 м, после чего инструмент удаляется из шахты, в которую помещаются обсадные трубы. Они предупреждают обрушение стенок скважины. Это дает возможность применять метод на рыхлых грунтах. Работа продолжается до достижения водоносного слоя.

Плюсы и минусы применения шнека

Такая технология обладает следующими преимуществами:

• высоким уровнем производительности;
• простотой и доступностью технологии;
• сравнительно невысокой стоимостью;
• почва поднимается на поверхность во время бурения;
• возможностью применения на твердых и сухих участках;
• отсутствием риска размывания почвы.

Бурение при помощи шнека — быстрый и недорогой способ, не требующий организации резервуара для промывочной жидкости.

Единственным недостатком шнекового бурения является невозможность его использования при наличии скальных пород в грунте.

Характеристика роторного бурения

Этот способ изготовления глубоких скважин считается самым распространенным. Принцип действия установки заключается в разрушении слоя почвы при помощи долота. В действие оно приводится посредством ротора. Для его вращения требуется отдельный электродвигатель. Почва вымывается при помощи прямой или обратной промывки.

Оборудование позволяет работать на скальных или полускальных участках, обустраивать скважины до 150 м глубиной, но применяется технология при таких условиях:

1. Рассчитаны гидрогеологические характеристики участка, глубина залегания водного горизонта.
2. Подземный источник имеет напор, присущий артезианской скважине.
3. Существует возможность постоянного снабжения рабочей области технической водой.

В теплых регионах такой способ бурения может применяться даже зимой.

Применяемое оборудование и инструменты

Для роторного бурения требуется вышка рамного или решетчатого типа. На ней располагается оборудование для работы. Вышка облегчает подъем колонны. В составе установки присутствуют:

• вышка;
• долото;
• двигатель и привод;
• рабочая колонна и ротор;
• насосы;
• система для очистки промывочной жидкости;
• механизм для подъема рабочего инструмента.

В автоматических установках присутствует возможность регулировки скорости оборотов бура. Долото производится из металлических сплавов высокой прочности. Его форма различна. Эти параметры подбираются индивидуально.

Роторное бурение — метод вращательно-вибрационного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки.

Своеобразие роторной технологии

Данный метод обустройства скважины предусматривает применение долота. Стенки шахты следует укреплять при помощи обсадных труб. Для выбора метода промывки учитывается тип почвы, количество необходимой жидкости. Обратная промывка предпочтительнее. Она сложнее технологически, но позволяет лучше вскрыть водоносный горизонт. Еще обеспечивается больший дебет скважины.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Преимуществами указанного технологического процесса являются:

• большая глубина бурения;
• возможность достижения водоноса в скальных породах;
• большой диаметр скважины (до 20 см);
• незначительные энергозатраты.

Единственный недостаток метода — необходимость использования промывки.

Какой способ бурения выбрать

Выбор метода зависит от типа грунта, диаметр сечения шахты, глубины бурения. Кроме того, учитываются следующие критерии:

• объем воды, необходимый для обеспечения домовладения;
• частота использования скважины;
• качество жидкости;
• стоимость монтажа глубинного колодца.

Колонковый способ хорошо подойдет при работе с пластичными глинистыми породами. Роторное бурение применяется в том случае, если участок находится на скальном грунте. Если требуется неглубокая скважина с небольшим дебетом, разрешается применять шнек.

При обустройстве неглубоких скважин нужно учитывать внешние факторы: условия климата и погоды, сезонные изменения водного горизонта. Влияние оказывает близкое нахождение сельскохозяйственных полей, вредных производств. Если планируется обустройство артезианской скважины, то требуется разрешение санэпидстанции, оформление соответствующих документов.

Источник