Краткое описание методов бурения и способы оценки качества буровых работ

Водозаборные скважины бурятся обычно при освоении территорий, где отсутствуют источники централизованного водоснабжения. Обычно такие водозаборные сооружения строят дачники, садоводы и владельцы загородной недвижимости.

После принятия решения о строительстве собственной скважины неизбежно возникает ряд вопросов, правильно ответить на которые может только специалист.

В этой статье приведены краткие ответы на самые популярные вопросы о способах бурения водозаборных скважин.

Сначала совсем немного теории.

Оглавление

• Что такое бурение скважины?
• Методы проведения буровых работ
• Принцип колонкового бурения
• Шнековое бурение
• Роторное бурение
• Плюсы и минусы механического бурения
• Гидродинамическое бурение
• Термическое бурение
• Термомеханическое бурение
• Качество буровых работ

Рекомендуем почитать по теме:

• Как бурят скважину на воду технология процесса.
• Как обустроить скважину после бурения

Что понимается под бурением скважины?

Скважиной называется достаточно глубокая шахта в грунте, имеющая незначительный по сравнению с глубиной диаметр. Процесс строительства скважины называют бурением. Целью бурения является достижение планируемой глубины, на которой располагаются горные породы с нужными свойствами. В нашем случае - это водоносные пласты.

Бурение – это процесс разрушения горной породы и последующая доставка разрушенных частей этой породы (шлама) на поверхность. Очень важным в процессе бурения является обеспечение прочности и герметичности скважины.

Это интересно:

• Технические параметры скважин на воду
• Глубины артезианских скважин в Московской области
• Водоснабжение частного дома из скважины

Какие существуют методы бурения?

Разработано достаточно много технологий бурения. Самыми распространёнными являются способы механического воздействия на породу, при которых выработка достигается за счёт разрушения породы различными буровыми инструментами. Кроме механических методов в арсенале буровиков имеются гидродинамический, термомеханический, термический, электротермический и другие более современные способы, основанные на немеханическом воздействии на породу.

Механические способы разделяют на:

1. вращательный;
2. ударный;
3. вибрационный.

Вращательный в свою очередь делится на:

• колонковый;
• шнековый;
• роторный.

Различают также 3 основных вида ударного бурения: ударно-канатный, ударно-вращательный и ударно-штанговый.

Очень часто при бурении одной скважины применяют несколько методов. Такое бурение называют комбинированным.

Все механические способы обычно требуют при бурении проведения промывки или реже продувки. Исключение составляют шнековый и ударные способы бурения скважин на глубину до 2-3 метров: например, для монтажа свай и столбов.

Каков принцип колонкового бурения? 

Этот метод получил своё название из-за использования колонкового долота. Конструктивно оно выполнено в виде отрезка трубы, на торцах которого расположены режущие кромки из твёрдых сплавов или синтетических алмазов.

Колонковое долото (другое название – фреза) спускается в скважину на специальных пустотелых буровых штангах, имеющих внутреннее отверстие вдоль всего тела штанги. Колонну штанг вращают с помощью специальной установки. Таким образом вращение с поверхности передаётся буровому инструменту с одновременным созданием нагрузки на него.

Особенностью этого метода является возможность получения нетронутого образца горной породы – керна, образующегося внутри бурового снаряда. Поэтому данный способ чаще всего используют при разведочном или исследовательском бурении

Колонковое бурение применяют для строительства скважин небольшого диаметра (до 0,15 м) и глубиной до 200 м.

В чём суть шнекового бурения?

Принцип шнекового бурения основан на применении так называемого шнека – бурового инструмента, выполненного в виде винтообразной спирали, напоминающий винт в обычной мясорубке. Вращаясь, шнек режущей кромкой (лопастным резцом) углубляется в породу. При этом шлам транспортируется на поверхность между витками спирали.

Вращение шнеку передаётся с поверхности от электрического или дизельного двигателя через буровые штанги специальной конструкции с винтовыми ребордами на внешней поверхности.

Таким способом обычно бурят скважины диаметром до 0,20 м и глубиной до 30-40 м.

• Узнать подробнее про роторное и шнековое бурение скважин

Как выполняется роторное бурение?

Разрушение породы при применении этого метода производится сплошным долотом, вращение которому передаётся от ротора через бурильные трубы. Кроме того, колонна таких труб создаёт нагрузку на долото.

Образующийся шлам удаляют с помощью промывки специальным раствором, который, кроме всего прочего, способен укреплять стенки скважины.

Таким способом бурят скважины любой глубины (до 1500 м) и диаметром до 0,5 м.

В чём преимущества и недостатки механических методов бурения?

В качестве достоинств механического бурения специалисты отмечают следующее.

1. Возможность получения керна.
2. Используется оборудование, основанное на простых физических принципах работы.
3. Возможность бурения в строго заданном направлении, в том числе наклонных и криволинейных скважин.
4. Достаточно хорошие и удобные условия вскрытия необходимых пластов.

Недостатками механического бурения являются:

1. Вследствие тяжёлых условий работы дорогостоящего бурового инструмента, он достаточно быстро изнашивается. Кроме того, при замене подземного оборудования необходимо производить большое количество спуско-подъёмных операций.
2. Механическое бурение требует использования большого количества наземного оборудования.
3. При передаче энергии от наземных приводов, очень низок коэффициент полезного действия бурового инструмента.

Все эти недостатки приводят к тому, что механическое бурение стоит очень дорого.

Гидродинамическое бурение – что это?

При таком способе бурения в качестве бурового инструмента используется гидробур. Это - специальное оборудование, подающее на забой струю воды под высоким давлением (до 0,5 МПа).

Вода размывает горную породу. Шлам доставляется на устье по затрубному пространству.

Достоинством такого метода считается:

• экологическая чистота производства, так как не используется глинистый раствор;
• высокая скорость проходки.

К недостаткам можно отнести необходимость бесперебойной работы, так как любая кратковременная остановка приводит к забиванию отверстий насадка, подающего воду на забой.

Данный метод применим для разбуривания песчаных пород. Этот способ малоэффективен при бурении глинистых и относительно твёрдых пород.

Чаще всего гидродинамическое бурение применяется в комбинации с механическими способами.

Как проводится термическое бурение?

В этом случае разрушение породы на забое производится струёй раскалённых газов из специальной горелки, которая, вращаясь, двигается по возвратно-поступательной траектории.

При этом в качестве топлива используется смесь керосина, бензина и сжатого воздуха.

Горелку на забое охлаждают водой. Такое бурение – результат сложного взаимодействия раскалённых газов, воды и горной породы.

Метод эффективен при бурении твёрдых, даже кристаллических пород, где нет низкоплавких включений.

В чём сущность термомеханического бурения?

Принцип такого бурения известен давно. Сначала породу разогревают до достижения ею пластичных свойств, а затем производят разбуривание. При этом часто используют обычный буровой инструмент. Применяют способ при бурении твёрдых пород совместно с механическими способами.

В последнее время метод получил дальнейшее развитие. Разогрев породы осуществляют электрическим обогревателем. Затем шлам расплавляют, формируют гранулы, которые уже и доставляются на устье. Такой способ назвали электротермическим методом бурения.

Как неспециалисту проверить качество буровых работ?

Тем, кто не знаком с технологией бурения, проверить качество работ непосредственно во время строительства скважины – достаточно затруднительно. Именно поэтому рекомендуется доверять бурения водозаборной скважины только профессионалам, имеющим опыт производства бурильных работ.

Конечно, способы контроля существуют: прямые и косвенные. Но они требуют специального оборудования, очень трудоёмки и занимают много времени. Применение методов контроля во время бурения приведёт к значительному удорожанию скважины.

Проверить качество работ обычный заказчик может только по их окончании. Проверку производят по следующим показателям.

1. Проверяют глубину скважины. Если скважина неглубокая, то это можно сделать даже обычной рулеткой или верёвкой. Глубина должна соответствовать проектной.
2. Производительность. Выполняют замер дебита скважины и сравнивают его с планируемой производительностью.
3. Качество воды. После прокачки, когда из скважины станет поступать чистая вода, необходимо отобрать пробу и сдать её на анализ. По результатам лабораторных исследований делают вывод о качестве добываемой из скважины воды. Следует обратить внимание на химический состав: по нему можно судить также о качестве цементажа. Если колонна герметична и перетоки отсутствуют, то химический состав будет соответствовать воде именно из водоносного пласта, без присутствия примесей поверхностных вод.
4. Дополнительным показателем является замер статического и динамического уровней. При работе скважины не должно быть большой разницы в нахождении зеркала воды. Например, хорошим показателем считается разница между уровнями в пределах 3 метров при добыче 3 м³ воды.