Назовите недостатки забивного способа бурения

Ударно-забивное бурение

Особенности и проблемы бурения на море

Эффективность применения на море способов бурения, признанных рациональными для выполнения геолого­разведочных задач, ниже, чем на суше. Обусловлено это ря­дом причин:

· качкой и дрейфом ПБУ;

· сильной обводненностью и неустойчивостью рыхлых пород разрезов;

· требования­ми недопущения загрязнения окружающей среды;

· трудностью организации замкнутой циркуляции промывочных растворов;

· нахождением придонного устья скважины вне видимости бурильщика и обусловленны­ми этим трудностями;

· повышенным износом бурового обо­рудования и инструментов из-за работы в агрессивной среде;

· особенностями способов и схем бурения и т.д.

Традиционная схема ударно-забивного бурения требует выполнения большого количества трудоемких и опасных для жизни людей операций.

Станки с ударными кривошипно-шатунными механизмами на плавучих буровых установках не применяют, так как они не обеспечивают изменения навески снарядов синхронно с качкой установки. Погружают трубы и керноприемники в породы при помощи лебедок, причем обсадную колонну по­гружают ударами по ее наголовнику снарядом, выполненным в виде монолитного груза с направляющей штангой, сколь­зящей внутри колонны. После погружения колонны на каж­дые 1-2 м с нее снимают забивной снаряд и рейсами по 0,2-0,5 м при помощи забивных стаканов и желонок из ко­лонны выбирают керн. Затем на колонну, возвышающуюся на несколько метров над палубой установки, снова устанав­ливают забивной снаряд, что в условиях качки ПБУ трудно и небезопасно.

Рис.3. Принципиальные схемы забивного бурения на море: а — традиционная; б – разработанная автором Пронкином А.П; 1 – забивной снаряд; 2 – наголовник; 3 – муфта; 4 – обсадная труба; 5 – башмак; 6 – керноприемник; 7 – ударная штанга.

Из-за опасности раскачивания подвешенного на тросе забивного снаряда максимальное значение его массы ограничи­вают 600 кг, независимо от диаметра и длины погружаемых в породы обсадных колонн. Недостаток массы снаряда не поз­воляет эффективно погружать в породы колонны труб диа­метром 0,168/0,188 м, длиной более 20 м. В то же время при бурении на море зачастую для перекрытия слоя воды приме­няют колонны труб диаметром 0,325/0,351 м, длиной до 200-300 м, которые одновременно используются в качестве об­садных и требуют погружения в породы.

Важной проблемой является снижение потерь энергии уда­ра в погружаемой колонне. На море к потерям на продоль­ные деформации колонны добавляются потери на ее ради­альные деформации, обусловленные тем, что в интервале слоя воды колонна не защищена от изгиба. Длина отдельных труб колонны при бурении на море обычно не превышает 2 м, так как они массивные (толщина стенки 0,008 м и бо­лее), а в условиях качки ПБУ трудно наращивать длинные трубы больших диаметров с треугольной резьбой, имеющей угол наклона менее 2°. Поэтому потери энергии удара в ко­лонне длиной, например, 100 м с 50 муфтовыми соединения­ми достигают 90% (без учета потерь на радиальные дефор­мации).

Требуют совершенствования при ударно-забивном бурении технические средства и технологии отбора керна.

Забивные керноприемники (ЗК), применяемые при буре­нии на суше, состоят из керноприемного стакана, жестко соединенной с ним трубчатой направляющей и установленной в ней с возможностью перемещения в пределах до 0,6м ударной штанги. Применение таких ЗК для бурения с ПБУ неэффективно, так как качка приводит к отрыву стакана от забоя, перемешиванию, растворению в воде и утрате керна; кроме того, энергии удара штанги, падающей с высоты до 0,6 м в заполненной водой трубчатой направляющей, недо­статочно для погружения стакана в породы. Увеличение хода штанги удлиняет и утяжеляет керноприемник, затрудняет его обслуживание и снижает производительность бурения.

Экспериментально установлено, что при бурении на море по традиционным схемам забивного способа трудно обеспечить высокий выход керна, так как:

· часть керна отжимается в забой уже при погружении об­садной колонны труб в породы из-за гидродинамического воздействия на них находящейся в колонне воды и проявле­ния свайного эффекта и поступившие в колонну породы по тем же причинам уплотнены;

· керноприемник, забиваемый затем в поступившие в ко­лонну и ограниченные ее стенками породы, дополнительно уплотняет и отжимает их в забой;

· в каждом рейсе после извлечения керноприемника на стенках колонны остается уплотненное кольцо пород, кото­рые в последующем рейсе при работе ударной штангой пе­ремешиваются с водой и вместе с ней изливаются из скважи­ны при извлечении керноприемника.

При отборе из колонны керна сильнообводненных пород отмечаются случаи их дополнительного поступления с забоя вследствие уменьшения над ними горного и гидростатическо­го давления.

Трудности возникают также при забивном бурении в по­родах с включением галечников и валунов. Здесь при погру­жении колонны, поступающие в нее галечники и валуны рас­клиниваются и распределяются по всему ее сечению. После­дующее погружение в них керноприемника затруднительно, так как галька и валуны не входят в керноприемник из-за расклинивания или если их размеры превышают его диаметр. Смещение гальки и валунов керноприемником в стороны ограничено стенками колонны.

При морском бурении скважина зачастую до уровня моря заполнена водой, которая создает сопротивление движению ударных инструментов, и энергии удара их недостаточно для эффективного разруше­ния пород. Поэтому при бурении на море в суглинках с включениями 20% гравия и гальки на погружение обсадных труб на глубину 10-12 м требуется мин, а на отбор пород из труб, поступивших в них из этого интервала, — ч.

Свободна от перечисленных недостатков схема бурения с поинтервальным отбором керна, в которой колонну погру­жают в породы совместно с зафиксированным в ней керноприемниким. При этом нет необходимости применять доло­та, так как башмак колонны, армированный твердым спла­вом, разрушает или раздвигает в стороны небольшие валуны и галечники и формирует поступающий в керноприемник цилиндрический столбик керна.

Из-за подводных течений, дрейфа ПБУ, расположения забивных снарядов и механизмов на колонне на большом рас­стоянии от дна моря трудно обеспечить ее вертикальность при погружении в породы.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Методы бурения скважин

Такой тип работ является самым дешевым и простым, но он подойдет для бурения скважин небольшой глубины. Данный способ отходит на второй план. Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта и подаче его на поверхность. Соответственно ручной способ имеет свои технологические подходы: вращательный метод бурения, ударно-канатное бурение, п ерфоративное бурение (забивной метод).

Основные методы и способы бурения скважин — это ручной и механизированный.

Для работы применяются такие инструменты:

— бур-долото, ложка и бур спиральный.
— лебедка.
— желонка.
— штанги.
— бурильная вышка.

Особенности механизированного бурения

Роторное бурение. Это бурение применяют в основном с помощью буровых машин, в том числе и МГБУ. Породу в этом случае разрушает бур, к примеру, шарошечное долото, а размельченную породу наверх поднимает буровой раствор. То есть это бурение с промывкой. С помощью этого метода можно пробурить прослойки известняка, скальные включения, так называемые морены. Для вращения буровых штанг используется крутящий момент ротора, который располагается на буровой машине. От двигателя внутреннего сгорания, расположенного на машине идет привод к ротору. Чтобы долото смогло бурить на него необходимо дать значительную нагрузку сверху. Это осуществляется, в том числе с помощью утяжеленных бурильных штанг.

Ударно-канатное бурение. Для этого метода бурения используются желонки и забивные стаканы. Желонка – это снаряд, который кидается с высоты в скважину. При ударе о дно скважины в желонку входит грунт, который остается в ней за счет наличия клапана. Потом желонку вытаскивают на поверхность, вытряхивают из нее грунт, и снова кидают. Забивной стакан – по сути это тоже желонка, с той лишь разницей, что в стакане нет клапана, и грунт застревает в стакане за счет силы трения. С помощью желонки бурят, обводненные грунты, песчаные. С помощью забивного стакана бурят глинистые грунты, суглинистые, то есть достаточно вязкие, которые при отрыве стакана от грунта застревают в стакане. Ударно-канатное бурение – это довольно длительный и трудоемкий процесс.

Шнековое бурение. Основным рабочим инструментом при шнековом бурении выступает классический Архимедовый винт (шнек). К буровой штанге приварены лопасти, которые вращательными движениями выносят породу на поверхность.
Шнековый способ подходит для бурения неглубоких скважин (не более 40-50 метров). Для осуществления данного способа используются малогабаритные легкоперевозимые буровые установки. Достоинства шнекового способа бурения: экономичность и эффективность метода при бурении небольших скважин на песчано-глинистых грунтах, доступность способа, отсутствует размытия почвы. Недостатки шнекового метода обустройства скважин на воду: подходит только для песчаных пород грунта, если в ходе работ шнек упрется в камень, то процесс придется остановить, и начать бурение в другом месте.

Колонковое бурение. Редко применяется для бурения скважин на воду. Чаще он используется геологических изысканиях. При бурении используется оборудование с кольцевой твердосплавной или алмазной коронкой. В процессе бурения через полость коронки удается извлечь столб породы и определить наличие тех или иных природных ископаемых. При бурении колонковым способом происходит кольцевое разрушение и последующее вымывание грунта.
Достоинства колонкового метода: высокая скорость обустройства скважины, возможность бурения очень твердых пород грунта, буровые установки компактны и могут использоваться в труднодоступных местах. Недостатки колонкового метода: быстрое стачивание рабочей коронки, небольшое сечение (около 150 мм) не позволяет применять мощные погружные насосы.

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

1. По виду применяемых механизмов и приспособлений:

• Ручной;
• Механический.

1. 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:

1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
4. 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