Способы бурения скважин: технологические принципы и особенности основных методов

Виды бурения

В зависимости от вида применяемого истирающего материала колонковое бурение разбивается на три основные группы:

1. алмазное,
2. твердыми сплавами,
3. дробовое.

В виду того что алмазы — дорогой импортный продукт, алмазное следует применять только при очень глубоких или сильно клонных скважин с углом наклона менее 45° в крепких и очень крепких породах. Применяют следующие сорта алмазов: карбонаты, балласты, борты. Наибольшее распространение в буровом деле имеют карбонаты, обладающие тонкокристаллическим строением и значительной вязкостью. Вес алмазов измеряется в каратах. Обычно в коронку диаметр 45 мм вставляется 6—8 камней весом по 0,75—1,0 к каждый. Алмазное — диаметр более 55 мм не рекомендуется.

Бурение твердыми сплавами надо применять во всех случаях, если породы поддаются резанию ими. Правильная вставка и заточка резцов увеличивают область распространения твердыми сплавами. Наиболее подходящим является победит РЭ-6 и РЭ-8. Стандартная форма резцов — восьмигранные призмы 5 X 10 мм (рис. 20а) и пластинки 3 х 7 х 10 мм (рис. 20б).

Коронка, оснащенная твердым сплавом, показана на рис. 21. Угол пристроения резцов от 45 до 75°. Чем крепче и трещиноватее порода, тем под более тупой угол затачиваются резцы. Резцы затачиваются на карборундовых кругах «экстра». Давление на коронку в крепких породах берется из расчета 100—150 кг на 1 резец.

Число оборотов коронки в 1 мин. — 100—200 в зависимости от диаметра и проходимых пород. Такие породы, как глинистые, филлитовые сланцы, известняки, мраморы, многие песчаники, выветрелые изверженные породы, целесообразнее всего проходить твердыми сплавами. Такие породы, как граниты, диориты, диабазы, различные брекчии и конгломераты, следует проходить дробовым бурением. Наиболее употребительные диаметры дробью—115, 100 и 85 мм.

Энергия[править | править код]

Генераторыправить | править код

Ветряная мельницаправить | править код

Улучшенная ветряная мельницаправить | править код

Передачаправить | править код

Хранение энергииправить | править код

Конденсаторы позволяют хранить полученную энергию.

Оборудование

Если говорить об оборудовании, то для колонкового бурения понадобятся несколько элементов.

• Колонковый снаряд. Он может быть двух типов: с тонкими стенками и стандартный. Обычные используются для работ вверх-вниз по горизонту и для бурения горизонтального типа под углом до 45 градусов. А модели с тонкими стенками применяются только для горизонтального бурения.
• Алмазные коронки. Это приспособление для разрушения породы, которым комплектуется установка для бурения колонкового типа.
• Обсадные трубы, что выполнены из стали, а также штанги. Эти элементы нужны для создания прочной поверхности внутри скважины.
• Переходники. Их предназначение – стыковка резьбовых соединений на комплектующих, сальниках промывки, вращателях и буровых штангах.
• Сальники промывки. Они нужны для подъема керна из скважины.
• Колонковые долота используются, чтобы углубить отверстие скважины.

Гидробурение

Осуществляется мощной струей воды из специального бурового инструмента. Преимущество технологии в том, что возможно гидробурение скважин в каменистой почве.

Нагрузка струи обеспечивается весом штанги и бурильной оснастки. В установку заливают специальный раствор, который потом направляется в подготовленный приямок.

Последовательность гидробурения своими руками:

• В первую очередь устанавливается малогабаритная конструкция или МБУ для гидробурения.
• Начинать работы лучше всего с утра.
• Если бурение происходит в песчаной почве, то необходим большой запас жидкости.
• Перед работой глина смешивается в раствор в подготовленном приямке. Замес выполняется посредством строительного миксера. Консистенция должна напоминать кефир.
• Далее по шлангам подается раствор к работающему буру.
• Постепенно жидкость шлифует стенки и углубляется в почву. Раствор используется по кругу.

Эта технология содействует дополнительному усилению стенок образующегося источника.

Бурильный инструмент при колонковом способе

В качестве грунторазрушающего устройства применяется специальный инструмент с твердосплавными режущими частями или алмазными вставками.

Бурильная коронка с твердосплавными сменными резцами для колонкового бурения.

На кольцеобразном корпусе из легированной стали крепятся специальные замки для установки режущих пластин из твердого сплава. Пластины крепятся винтами и, по мере износа или притупления, заменяются на новые. На корпусе выполняется трапецеидальная многозаходная резьба для установки на бурильную колонковую трубу.

Принцип колонковой методики

Основным элементом при колонковом бурении является разрушающая режущая деталь, установленная на подошву колонковой трубы. Называют ее коронкой. Для проходки скальных пород применяют особые коронки, оснащенные алмазными резцами.

Именно алмазная коронка обеспечивает практически беспрепятственное прохождение бура на большую глубину при проходке водозаборных выработок на известняк. То есть при разработке скважин, заглубленных в коренные породы, в трещинах которых в результате многовековой конденсации формировались запасы наиболее чистой подземной воды.

Горная порода разрезается с помощью коронки, вращающейся на высоких оборотах. Скорость вращения бура можно регулировать в зависимости от плотности разрабатываемого грунта. Коронка “вырезает” грунт только по краю своеобразного цилиндра, центральная часть которого продавливается в колонковую трубу.

Для извлечения керна буровой снаряд поднимают на поверхность. Захваченный им грунт буквально выдувают из колонкового бура струей воздуха, поданной в верхнюю часть трубы. Процесс выдува ускоряют, простукивая снаряд кувалдой.

В процессе колонкового бурения выбуренный конусообразный сегмент горной породы проталкивается в колонковую трубу. Для его извлечения колонковый снаряд достают из ствола путем разбора колонны бурильных штанг. Керн выдувают и выколачивают из трубы.

Вдобавок, долота полностью разрушают породу, которую нужно будет “вычерпывать” желонкой или подавать воду с напором для промывки забоя. По сути придется дважды, а то и трижды проходить один и тот же отрезок: сначала разрушать, затем расчищать. Колонковая технология позволяет пройти и расчистить забой за один прием.

Станки и буровые установки

Выбор станка или буровой установки определяется назначением скважины и ее диаметром. Популярность способа колонкового бурения обуславливает производство буровых установок и станков во всем мире. Тяжелые трактора, грузовики и вездеходы подходят для установок, предназначенных для разведочного бурения.

Использование тяжелых гусеничных тягачей позволяет производить работы по колонковому бурению скважин в районах с бездорожьем, поверхностным заболачиванием, нестабильным рельефом

Чаще всего бурильное оборудование монтируется на классические автомобили марок МАЗ, КАМАЗ, Урал. Однако есть варианты монтажа и на более легкую технику, которая применяется для бурения скважин на воду в частном строительстве.

При ручном вращательном бурении колонковую трубу заменяет его исторический предшественник – стакан. Этот снаряд представляет собой укороченный вариант колонковой трубы с заостренной кромкой на подошве. Стакан вручную или с использованием мотобура закручивают в землю и извлекают на поверхность все, что в него набилось.

Для механизации ручного бурения неглубоких скважин и формирования лунок для установки оград и опор ЛЭП применяются бензиновые и электродвигатели. Они сообщают вращающие движения шнеку или колонковой трубе

Характеристика роторного бурения

Роторное бурение — метод вращательного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала. Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.

Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная 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:

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

В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.

Применяемое оборудование и инструменты

Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.

В состав буровой установки роторного типа входит:

• рамная или решётчатая вышка;
• двигатель с приводом;
• ротор и бурильная колонна;
• насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
• подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.

В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.

Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент — долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.

Своеобразие роторной технологии

Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:

Разрушение породы при помощи долота. Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды. Укрепление стенок скважины обсадными трубами.

Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды. Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:

• заглубление в грунт долота большого диаметра;
• вращение долота под воздействием ротора;
• установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
• удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
• монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
• бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.

При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.

Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:

• высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
• возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
• высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.

Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.

Трудности

Методика не лишена недостатков, которые могут приводить к следующим ситуациям.

• Если в процессе бурения скважина пересекает неустойчивые породы, то от обваливания почвы при колонковой методике не спасет даже применение промывочных растворов. В таких случаях неустойчивый слой как можно быстрее перекрывают обсадными трубами, а бурение продолжают другой коронкой. При спуске колонны обсадных труб требуется установка инструмента меньшего диаметра. Далее через 50 м меняют азимут скважины.
• При обработке твердых пород коронка может перегреться или затупиться. В подобной ситуации требуется снизить скорость подачи и использовать охлаждающую жидкость.
• Если в процессе работы произошло заклинивание керна, то необходим подъем колонковой трубы и его принудительное извлечение.

Расчитать стоимость бурения скважины Вы можете воспользовавшись нашим калькулятором.

Наша группа VK

Технологические особенности процесса

В процессе углубления возможна регулировка частоты вращения бура. Нужно отметить, что слои осадочных горных пород бур легко преодолевает на низких оборотах. А вот при прохождении коренных скальных пород требуется повышение частоты вращения. При колонковом способе бурения можно проходить пласты различного состава и любой твердости.

Необходимо учитывать тот факт, что буровая установка должна располагаться на подготовленной выровненной горизонтальной площадке. Угол проходки можно регулировать в случае, если диаметр разрабатываемого отверстия скважины не превышает 1 метра. Затем вертикальность выработки поддерживается обсадной колонной.

Обсадные трубы можно использовать повторно, если сразу после проходки извлечь их из выработки. Колонковая труба – снаряд многоразового использования, чего нельзя сказать о коронках. Для бурения в осадочном горизонте их требуется не меньше двух, а то и более. При сооружении скважины на известняк предсказать число стертых коронок с точностью невозможно.

Буровую установку можно монтировать на автомобильную технику с высокой грузоподъемностью либо на гусеничную спецтехнику в случае проведения работ в условиях сложного рельефа. Более легкую мобильную технику можно использовать при бурении колонковым способом скважин на воду.

Схемы геологического института

Мы сотрудничаем с геологическим институтом, чтобы использовать в работе современные карты и схемы залегания водных потоков, поэтому более 560 выполненных нами скважин работают отменно.

Колонковое бурение скважин промывкой, видео

Во время колонкового бурения разрушение пород осуществляется по кольцу, в то время как внутренние элементы остаются. Такой способ помогает избежать значительного загрязнения скважины осколками пород. На сайте есть видео и фото, как происходит колонковое бурение скважин промывкой. Чтобы заказать бурение скважин, нужно:

1. Оставить заявку нашему оператору;
2. Обсудить на месте со специалистом нюансы бурения;
3. Выбрать материал для строительства;
4. Подписать договор;
5. Принять работу;
6. Оплатить труд специалистов и получить паспорт на скважину.

Видео

Смотрите фото

Бурение скважин с продувкой

Особенности технологии

При колонковой методике давление на грунт осуществляется специальными коронками в виде пустотелых цилиндров с резцами с одной стороны. Резцы способны бурить грунты различной твердости, благодаря работе на больших оборотах. Чтобы инструмент прослужил дольше, порода заблаговременно обрабатывается бурильным долотом. При работе с твердыми породами требуется строгое соблюдение соосности составных элементов инструмента, для чего производится калибровка с помощью твердосплавного расширителя.

Колонковое бурение может проводиться под любыми углами наклона к поверхности. Прорабатываемые при этом скважины отличаются небольшим диаметром при достаточной глубине. Сам станок весит немного, поэтому довольно маневренный. Диаметральная обработка позволяет извлекать цельную часть грунта и проводить ее анализ с учетом естественной последовательности пластов.

Обязательным условием считается наличие процедуры промывки, при которой станок омывается водой или глинистыми растворами, защищающими скважину от обвалов. Завершающим этапом становится выемка грунта с помощью шнековой машины.

Технические требования

Буровые вышки состоят из копра и откоса и должны отвечать следующим техническим требованиям:

1. быть достаточно прочными для восприятия напряжений от максимальных нагрузок и ветровых усилий;
2. быстро и просто собираться и разбираться с минимальной потерей материала;
3. быть достаточно высокими в зависимости от глубины;
4. быть достаточных размеров для удобного размещения и обслуживания механизмов;
5. в зимний период быть в должной мере утепленными.

Схема буровой вышки для разведочного вертикального колонкового бурения дана на рис. 7, где 1 — габарит двигателя, 2 — габарит насоса, 3 — габарит станка.

Вышки строятся как бревенчатые, так и дощатые и трубчатые. При наклонном бурении скважины обычно пользуются треногими копрами.

Методы бурения водоносных скважин по направленности

Методы бурения скважин отличаются не только по характеру разрушения почв и по применению различных приспособлений. Также они подразделяются и по направленности.

Так, существует бурение горизонтальных и наклонно направленных скважин (ГНБ и ННБ). К таким методам относятся все варианты формирования скважин, стволы которых имеют, пусть даже небольшие, отклонения от вертикали.

Причем, в некоторых случаях наклонное бурение скважин является единственным способом для достижения поставленной задачи.

К примеру, такие методы создания скважин будут актуальны в следующих условиях:

• на плавунах;
• в скальных породах;
• в лесопарковой зоне;
• в густо застроенных районах;
• на участках где требуется бурение под дорогой;
• в местах, где проложены высоковольтные линии электропередач и другие магистрали.

Кроме того, такие методы позволяют создавать дополнительные каналы в уже существующей скважине, а также прокладывать подземные коммуникации без использования траншей. Самым популярным методом бестраншейного строительства являются пилотные скважины, формирование которых осуществляется при помощи буровой головки со встроенным излучателем, с имеющимся скосом в передней части.

На фото показано, как происходит формирование пилотной скважины.

Поскольку горизонтальные и наклонно направленные скважины формируются с применением специального оборудования только квалифицированными специалистами, следовательно, эти методы очень дорогостоящие, поэтому в частном землевладении ГНБ и ННБ применяется довольно редко. Исключение составляют случаи, когда без данных способов обойтись невозможно.

Фильтрация воды

Первая ступень фильтрации воды происходит внутри скважины на обсадной трубе. Такая очистка избавляет от крупных частиц мусора и увеличивает срок службы скважинного насоса.

В продаже можно встретить:

• Сварные безнапорные фильтры. При высокой стоимости обладают рядом преимуществ – выдерживают высокие нагрузки, долговечны, надежны.
• Наборно-кольцевой полимерный фильтр. Среди преимуществ — невысокая цена, пригодность к ремонту. Однако требуют увеличенного диаметра скважины.
• Трубчато-проволочный фильтр, имеющий обмотку из проволоки (профилированной). Изделие среднего ценового сегмента отличается стабильной долговечной работой, отсутствием риска заиливания, ремонтопригодностью.