Способы бурения преимущества недостатки

Основные виды и способы бурения

Сегодня практически все скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда когда разращенная порода транспортируется на поверхность из скважины, при помощи механизмов или воздуха и гидравлическим, когда он вымывается водой.

Существует два основных метода бурения: с отбором керна — колонуовый, сплошным забоем — шнековый, пневмоударный и шарошечный.

Мы выделяем 4 основных вида бурения, широко применяемых для сооружения скважин в различных сферах:

Каждый вид бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

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

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу – коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой – нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

• геологоразведка полезных ископаемых;
• бурение разведочных скважин;
• устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Иногда их используют в паре или комбинируют. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с шарошечным способом механического бурения, колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток – невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам.

К достоинствам колонкового бурения относят:

• технология осуществляет вынос на поверхность кернового материала, это позволяет определить состояние геологии в данной местности, что поможет обосновать наличие или отсутствие здесь месторождений полезных ископаемых.
• высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
• сокращение нагрузок на соединения бурового инструмента и привод буровой колонны за счет небольшой площади разрушения породы путем обуривания (вырезания) керна;

Главный недостаток колонковое бурение – быстрым методом колонковое бурение не назвать, т.к. способ с отборкой керна требует через каждый интервал керноприемной трубы разбирать буровой став. Кроме того, в ходе процесса колонка затупляется очень быстро, так как она сильно перегревается при работе с твердыми породами.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования.

Инструмент -транспортируемый разрушенную породу на поверхность скважины называю шнеком. Переставляет собой несущую трубу с присоединительными замками, обваренную ребордой. Породоразрушающим инструментом выступает долото с впаяными или сменными элементами твердого сплава. Под давлением долото разрушает и скалывает породу, которая далее по реборде транспортируется к устью скважины. Часто применяют в комбинации с колонковым бурением, когда керн необходимо отобрать с заданой отметки.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: шарошечным , ударно-канатным, колонковым.

Плюсы и минусы применения шнека

Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно.

К достоинствам шнекового бурения относят:

• высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
• нет необходимости делать промывку ствола скважины;
• нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.

Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек – идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах.

Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин – необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от осыпавшейся породы.

Особенности пневмоударного бурения

Бурение с пневмоударником относится к технологиям ударно-вращательного бурения и наиболее широко применяется в сфере инженерно-геологических изысканий, а также для бурения водозаборных скважин. С помощью бурения с пневматическим инструментом можно выполнять горные выработки вертикальных и направленных скважин в грунте до 10 категории буримости.

Главная отличительная особенность методики – для разрушения породы используется одновременно ударное и вращательное действие, выполняемые соответственно пневмоударником и вращателем буровой установки.

Рабочим органом станка является погружной пневмоударник. С помощью клапанного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит в поступательно-возвратное движение ударник, наносящий удары по хвостовику буровой коронки. Одновременно вместе со штангой вращается пневмоударник; вращатель расположен вне скважины. Буровые сколы удаляются из скважины сжатым воздухом.

Преимущества и недостатки бурения с пневмоударником

Основные преимущества бурения с пневматическим молотком – высокая скорость создания скважин, эффективная очистка от шлама, возможность работать на скальных трещиноватых породах и отказаться от расходов на бентонит и доставку воды для промывки.

Так же преимуществам мы отнесем:

• Цикл бурения в разы меньше по времени ранее рассмотренных. Технология бурения с пневмоударником дает возможность выполнять создание скважин значительно быстрее, чем при бурении с промывочной жидкостью. Основная причина – скорость движения воздушного потока значительно больше скорости перемещения промывочного раствора;
• Попутная очистка скважины в процессе бурения. Вынос шлама достигается движением мощного восходящего потока воздуха в зазоре между бурильной колонной и стеной скважины;
• Нет необходимости в использовании промывочного раствора, для изготовления которого необходимо приобретать бентонит и организовывать транспортировку воды к месту работ;
• Быстрая и удобная смена бурового инструмента.

К недостаткам бурения пневмоударным способом можно отнести, потребность в большом объеме сжатого воздуха, возможен прихват буровой колонны при бурении водоносных горизонтов и пород повышенной трещиноватости. Следует обеспечить устойчивость стенок скважины.

Характеристика шарошечного бурения

Шарошечное бурени — вращательный способ бурения скважин с использованием в качестве породоразрушающего инструмента шарошечного долота. Вращатель приводится в движение от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала.

Разработанный грунт вымывается из забоя скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.

Шарошечное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.

Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:

1. Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
2. Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
3. Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.

Достоинства и недостатки шарошечного бурения

Данный метод бурения имеет следующие преимущества:

• высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
• возможность устройства скважины большого диаметра;
• высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком шарошечного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Какой способ бурения выбрать?

Подводя итоги, можно сказать, что:

1. Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
2. Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
3. Шарошечное бурение – оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.
4. Пневмоударное бурение является наиболее эффективным при работе с трещиноватыми, твердыми и сухими породами.

Стоимость разработки скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.

Источник

Какая технология бурения скважин на воду лучше – способы бурения, различия, преимущества и недостатки

Главной сложностью при организации водоснабжения загородного дома является отсутствие централизованных магистралей. Чтобы решить эту задачу, применяют одну из технологий бурения скважин на воду.

Какой вариант бурения лучше

При выборе подходящей технологии в учет следует взять следующие факторы:

1. Присутствует ли на участке водоносный слой. Чтобы это определить, стоит внимательно понаблюдать за окружающей природой. Существует несколько признаков, которые указывают на близость к поверхности земли воды. Кроме того, есть специальные приспособления, позволяющие найти воду на участке.
2. Специфика состава грунта в данном районе. Подобную информацию могут предоставить местные гидрогеологические компании. Они также смогут подтвердить достоверность данных, полученных пользователем при исследовании участка на воду.
3. Необходимо вооружиться информацией о глубине залегания различных водоносных слоев. Дело в том, что на одном участке на разной глубине может находиться верховодка, грунтовые воды, межпластовые и артезианские горизонты.

Вооружившись этими данными, намного легче определиться со способом бурения скважин под воду на приусадебной территории.

Типы бурения

Есть несколько технологий, как бурить скважину на воду. Каждая из них имеет свою специфику реализации и область применения.

Роторная технология бурения

Обычно эта технология используется при поиске залежей нефти. Из-за роста популярности буровых скважин на воду ее стали применять для бытовых нужд. Для ее реализации необходимы мощные энергозатратные механизмы, позволяющие успешно преодолевать тяжелые и особо тяжелые грунты со скальными включениями. Также это касается сплошных известняков.

Вращающийся ротор разрушает породу на мелкие фрагменты. Далее промывочная жидкость выносит их на поверхность. Учитывая наличие в этой жидкости цемента, есть реальная угроза засорения плодородных почв на участке. Кроме того, готовую скважину необходимо долго промывать чистой водой, чтобы очистить ее от цементных частиц. Перед тем, как прочистить скважину, определяют наиболее эффективный способ очистки. Как правило, на небольших загородных участках роторный способ бурения скважин не применяют.

Гидроразмыв

Это самая простая в реализации технология бурения скважин под воду. Она реализуется методом размывки почвы внутри обсадной трубы: ее погружение происходит самопроизвольно, под собственным весом. Усилия необходимо прикладывать в самом начале работы, когда обсадная колонна еще не набрала нужную массу. Для этого ее проворачивают специальным ключом.

В состав комплекса для реализации гидроразмыва входят следующие узлы:

• Пара насосов. Один из них предназначен для подачи жидкости под давлением не менее 6 атм. С помощью второго устройства отработанную воду откачивают обратно в накопительный бак.
• Бак. Его объем подбирается в зависимости от параметров скважины. Имеется в виду диаметр, вместительность и глубины скважины.
• Гидромонитор. Речь идет о шланге, оснащенной металлической насадкой. Оптимальный диаметр выходного отверстия – 20 мм.

Для расчета объема бака используют формулу V = Rобс 2 (см) х 3,14 x H(см). Здесь V – объем бака, R – внутренний радиус обсадной трубы, 3,14 – число пи. К примеру, если скважина имеет диаметр 273 мм (максимальное значение для бурения скважин на воду по технологии процесса гидроразмыва), то оптимальный внутренний диаметр обсадки будет 260 мм (радиус 13 см). За глубину скважины можно взять 15000 см. Подставив эти значения в формулу, получают V= 132 х 3,14 х 1500 = 756000 см 3 (или 756 литров).

Реализация этой технологии предусматривает постоянное присутствие воды в баке. Для приводимого выше случая достаточно будет емкости объемом 2 м 3 . На среднем дачном участке использование такого бака не повлияет на уровень комфорта: как правило, подобные емкости входят в состав полива огорода.

1. Забуривание. Для этого используют обычный садовый бур. Важно, чтобы его диаметр превосходил сечение обсадной трубы на 30 – 40 мм. Для забуривания достаточно пройти вглубь на 1,5 метра.
2. Монтаж первого модуля секции обсадной трубы. Его вставляют в забуренное углубление.
3. Подключение гидромонитора. Его вводят внутрь обсадной трубы, что обеспечит оптимальный напор подаваемой воды. На начальной стадии размывки требуется проворачивание обсадной трубы по часовой стрелке, для чего используют специальный ключ.
4. По ходу реализации процесса необходимо делать паузы для монтажа следующего модуля обсадки.
5. По мере накопления воды ее откачивают в бак, используя один из двух насосов.

Слабая сторона этой технологии – возможность использования исключительно на песчаных и супесных почвах. Кроме того, методом гидроразмыва можно пробурить скважину не глубже 15 м. Максимальный зафиксированный результат – 20 м.

Ударный метод

Этот способ относится к сухому бурению скважин на воду. Впервые его применили в Китае.

Ударный способ реализуется таким образом:

1. Выкапывают в грунте ствол глубиной примерно 1,5 метров. Оптимальные размеры – 1,5х1,5 м.
2. Посредине выборки забуривают место под первый модуль обсадной трубы глубиной 2 м.
3. Монтируют буровую вышку. Она имеет вид треноги высотой от 3-х м. На ее точные параметры влияет длина обсадных модулей (максимальное значение – 6 м).
4. Вводят ударный модуль в отверстие обсадной трубы и отпускают в свободное падение. Взаимодействуя с породой, она начинает активно разрушать породу. Измельченный грунт оказывается внутри полости ударной части. Для большей эффективности конец ударника оснащают специальными зубьями.
5. Внутри ударной трубы имеется клапан. Он пропускает измельченную породу внутрь, и не дает ей высыпаться во время очередного подъема. При работе на глинистых влажных грунтах насадной стакан обычно снимают, т.к. влажная глина начинает налипать на его стенки. Согласно правилам бурения скважин на воду, чистку ударника нужно проводить после прохождения каждого метра породы.

Профессиональные буровые бригады комплектуются несколькими моделями ударников. Это дает возможность работать без остановки на грунтах различного типа. Ограничения распространяются только на скальные породы. Изготовленные ударным методом скважины отличаются высоким качеством, что объясняет его повсеместную распространенность.

Шнековый способ бурения скважин на воду

Популярность этого способа бурения скважин под воду объясняется его высокой эффективностью и простоте реализации. Шнековая технология основывается на сверлении породы вращающимся приспособлением. Роль режущей кромки сводится к разрушению грунта по направлению движения. После этого он в измельченном состоянии выносится на поверхность спиральным шнеком. Следует сказать, что наверху оказывается только 40-50 % породы: остальная часть материала уходит на уплотнение стенок. Как результат, дополнительная обсадка стенок в этом случае не требуется. Обсадную колонну вводят внутрь шахты по окончанию процесса.

Недостатками шнекового метода является трудности с использованием его на песчаных и других сыпучих почвах. Кроме того, пробурить шахту глубже 50 м этим способом не получится. Для дальнейшего заглубления приходится время от времени поднимать инструмент на поверхность для очистки. Для бурения применяют целый ряд приспособлений.

Есть также интересный вариант с ручным изготовлением скважины на верховодку. Для этого в продаже имеется несколько моделей портативных буровых станков, позволяющих сооружать скважины глубиной до 50 м, при условии наличия на участке легких и средних грунтов (кроме песчаных). Данные приспособления очень популярны среди дачников и владельцев загородных домов. Для разового использования ручной станок можно арендовать. При этом важно понимать, что работы по бурению скважин на воду артезианского типа выполняются совсем другим оборудованием.

Перфоративный способ

Для изготовления скважины здесь используется специальное копье, которое забивается в землю посредством бабки или штанги. Чаще всего методом перфорации обустраиваются абиссинские колодцы, где откачка воды осуществляется ручным насосом. Благодаря небольшому диаметру шахты и высокой скорости достижения результата эту технологию часто выбирают для самостоятельной реализации.

Итоги

Источник