Современные способы бурения
Технология бурения скважин на воду
Современные способы бурения скважин
Бурение скважины на воду - сложная гидрогеологическая задача, требующая ответственного подхода и выполнения, для ее решения существует несколько основных способов бурения.
Все методы бурения делятся на два основных: вращательное и ударно-канатное.
Ударно-канатный метод бурения
Ударный снаряд подвешен на канате, который подаётся с инструментального барабана. Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается с помощью балансира - оттяжного механизма станка, либо с лебедки. При сбросе снаряд под действием собственного веса падает вниз, разрушая породу на забое.
По мере углубления скважины бурильный канат стравливают с инструментального барабана, осуществляя подачу долота. Пробурив некоторый интервал скважины, прекращают долбление и приступают к очистке забоя. Эту операцию выполняют желонкой. После очистки скважины продолжают долбление или приступают к креплению скважины - неустойчивые интервалы закрепляют обсадными трубами.
Буровой снаряд для УКБ состоит из долота, ударной штанги, ножниц (яссы) и канатного замка (ропсокет).
Долота применяемые при ударно-канатном бурении
а- плоское б)- двутавровое в)- округляющее г)- крестовое
Долота применяются следующих типов: плоские, двутавровые, зетовые, округляющие, крестовые, пирамидальные и эксцентричные. Тип долота определяется характером проходимых пород. Угол заточки (атаки) зависит от твёрдости буримых горных пород.
При ударном бурении россыпных месторождений для забивки опережающей обсадной колонны одновременно с углубкой скважины, применяют дополнительно в составе снаряда забивную полуштангу и ударную головку.
Для удаления с забоя разрушенной породы и при проходке пластов плывуна используется желоночный снаряд в следующем составе: желонка, ножницы и канатный замок. Иногда добавляют короткую ударную штангу (полуштангу).
Установки ударно-канатного бурения
Основное преимущество ударно-канатного метода в том, что - не требуется снабжать буровые установки глиной и водой.
Основной недостаток - небольшая механическая скорость в легкопроходимых породах, относительно большой расход обсадных труб, метод более энергозатратный. Так же при бурении в породах выше III-ей категории в непосредственной близости от зданий возможны повреждения фундаментов от возникающей вибрации при ударе долота о забой.
Вращательные способы бурения
Вращательные способы бурения можно разделить на:
- шнековое
- колонковое
- бурение с промывкой (прямой и обратной)
- бурение с продувкой
- ударно-вращательное (бурение с погружным пневмоударником)
При шнековом способе бурения мягких и рыхлых пород разрушение породы на забое производят вращающимся долотом различных конструкций, разрушенная порода транспортируется с забоя на дневную поверхность шнеками, представляющими собой единый винтовой транспортер. При шнековом бурении кольцевым забоем применяют магазинные шнеки и специальные коронки.
Этот вид бурения — наиболее распространенный и наиболее универсальный способ из всех видов неглубокого бурения. Его применяют при бурении в породах от I до VI категорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных и в породах с включением небольших валунов. Широко распространено шнековое бурение ввиду того, что при бурении в большинстве пород происходит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой.
Основное преимущество бурения шнеками – это высокая скорость проходки.
Основной недостаток – большая энергоемкость, невозможность бурения в породах твердостью выше VI категории.
При колонковом бурении разрушение породы на забое производится прорезанием кольцевого канала при помощи вращения колонковой трубы с размещенной на ее конце буровой коронкой. При этом в центральной части забоя (внутри колонковой трубы) образуется керн в виде столбика (монолит) ненарушенной структуры. После образования керна достаточной длины его отрывают от массива при помощи кернорвателя, устанавливаемого на колонковой трубе сразу над коронкой и поднимают на поверхность.
Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором. Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:
- исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя
- исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов
- исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам
Основной недостаток - при заполнении колонковой трубы керном приходится поднимать колонковый снаряд на дневную поверхность, в отличие от бурения сплошным забоем.
Основное преимущество – высокая скорость проходки в породах от V категории и выше. Возможность извлечения на дневную поверхность керна с ненарушенной структурой.
Бурение с промывкой
Из общего объема бурения скважин на воду более 85% выполняют вращательным способом с промывкой технической водой или глинистым раствором. В качестве промывочной жидкости при вскрытии водоносных горизонтов используют воду, глинистые растворы, обработанные неионогенными ПАВ (ОП-7, ОП-10 и др.), водногипановые (3-5%-ные) и карбонатные растворы. При бурении вращательным способом используются два вида промывки: прямая и обратная
При прямой промывке промывочная жидкость подастся к породоразрушающему инструменту по бурильным трубам и по кольцевому зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность вынося с собой кусочки разрушенной породы (шлама).
При обратной промывке промывочная жидкость поступает в скважину через герметически закрытое устье по стволу скважины и поднимается по бурильным трубам на поверхность.
Схема промывки скважины: а - прямая; б - обратная.
Бурение сплошным забоем производится шарошечными долотами, тип которых подбирается исходя из категории буримой породы.
Основные преимущества - скорость бурение этим способом в породах мягких и средней твердости на любых глкбинах примерно в 3 раз выше по сравнению с ударно-канатным. Конструкция скважины вращательного бурения значительно проще, а расход обсадных труб на 40-60% меньше, чем при ударно-канатно бурении. Значительно меньшая по сравнению с другими способами энергоемкость и энергозатратность.
Основной недостаток - обеспечение буровых станокв водой и глиной.
Бурение с продувкой сжатым воздухом
При бурении с прямой продувкой процессы в общих чертах такие же как и при бурении с прямой промывкой. Только вместо раствора через сальнкик-вертлюг подается сжатый воздух. И разрушенная порода (шлам) выдувается на поверхность.
Ударно-вращательное бурение осуществляется пневмоударниками сплошным забоем, или колонковой трубой со специальной коронкой кольцевым забоем с отбором керна.
Основные преимущества - нет необходимости в подвозе воды к буровым установкам, высокая скорость проходки в породах выше VI категории по буримости.
Основные недостатки - необходимость мощных компрессоров, затруднительно и не целесообразно бурить данным методом мягкие и вязкие породы.
taggeo.ru
Способы бурения — Студопедия
При бурении как на земле, так и в открытом море эффективная система бурения должна обеспечить: 1) способ разрушения и измельчения горной породы, через которую необходимо пройти, чтобы добраться до нефти и газа; 2) способ удаления раздробленного материала из скважины по мере бурения и 3) способ предотвращения обрушения стенок скважины и одновременного перекрывания выхода нефти и газа. Кроме того, в общем случае направление скважины должно быть как можно ближе к вертикальному, скважина должна быть достаточно глубокой, чтобы достичь породы-коллектора, а ее диаметр должен быть достаточно большим, чтобы внутрь можно было опускать необходимые инструменты.
В настоящее время наиболее широко применяются два способа бурения: ударно-канатное и роторное. Хотя роторное бурение используется чаще, ударно-канатное бурение является более старым способом*.
Ударно-канатное бурение
При ударно-канатном способе бурение осуществляется за счет погружения в отверстие проволочного каната или троса, на конце которого находится тяжелое остроконечное изделие из стали — так называемое буровое долото. Движение вверх-вниз задается участку каната, находящемуся на поверхности. За счет возвратно-поступательного перемещения от пласта откалываются небольшие фрагменты (рис. 5.3).
Долото, которое весит несколько сот фунтов, находится в постоянном движении, пока не будет пробурено несколько метров вглубь. Затем канат поднимают с помощью барабана, установленного на поверхности, и после этого долото удаляют. С помощью другого каната, называемого желоночным канатом, в скважину опускают желонку — металлическую трубу с одноходовым откидным клапаном на нижнем конце. Фрагменты пласта, отколотые буровым долотом, собираются в ковш и удаляются из скважины, после чего можно возобновлять бурение.
Ударно-канатное бурение не предполагает использования больших количеств жидкости для циркуляции в скважине. Как правило, единственная жидкость в скважине — это жидкость, которая выделилась из пласта при бурении. Однако присутствие небольшого количества воды желательно; если вода не появляется за счет выделения из пласта, несколько галлонов воды заливают в скважину.
Рис. 5.3. Схема станка канатного бурения
Одним из наиболее важных преимуществ канатного бурения является возможность быстро выявить нефте- и газопродуктивные зоны. Кроме того, его используют для бурения определенных типов пластов, чувствительных к буровым растворам на основе воды. В некоторых типах пластов вода из бурового раствора может вступить в химическую реакцию с глиной, входящей в состав горной породы. Это снижает скорость истечения нефти или газа. Применение кабельного способа бурения сводит эту проблему к минимуму благодаря небольшому количеству воды.
Бурение ударно-канатным методом — медленный процесс. В некоторых случаях скорость бурения однотипной породы этим методом в 10 раз ниже, чем скорость роторного бурения. Однако стоимость установки канатного бурения значительно ниже, чем установки роторного бурения, что может частично скомпенсировать низкую скорость.
В случае обнаружения нефте- или газоносного пласта высокого давления отсутствие в скважине жидкости, необходимой для регулирования их истечения, оказывается очевидным недостатком ударно-канатного бурения. Во многих случаях это может привести к выбросу нефти из скважины. При выбросе нефть и газ из подповерхностного пласта устремляются к поверхности и бесконтрольно вытекают из скважины. При выбросе фонтан нефти и газа может подняться более чем на 100 м над землей, при этом всегда возникает значительная опасность пожара.
Вследствие низкой скорости бурения и опасности выброса ударно-канатный метод редко используют при бурении скважин глубиной более 1000 м. Но и для менее глубоких скважин этот способ тоже в значительной мере уступил место роторному бурению.
Роторное бурение
Роторное бурение значительно отличается от канатного. При роторном бурении буровое долото, используемое для разбивки пласта, прикрепляется к стальной трубе, называемой бурильной трубой. При этом долото опускают до дна скважины. Труба вращается с поверхности с помощью бурового стола, через который проходит квадратный или шестиугольный участок трубы, так называемая ведущая бурильная труба. Соединяясь на поверхности с бурильной трубой, ведущая труба проходит через буровой стол, вращение которого передается на нее, что, в свою очередь, вращает бурильную трубу и буровое долото в скважине.
Обычная процедура бурения является непрерывной и включает последовательное наращивание бурильной колонны навинчиванием или добавлением отдельных звеньев, обычно длиной 10 или 15м. Бурение продолжается до тех пор, пока не возникает необходимость сменить буровое долото — вследствие либо его износа, либо проникновения в пласт, для которого данное долото не вполне пригодно. Операции по замене бурового долота называются спуско-подъемными операциями. Последовательность операций, включающая выход из скважины, замену долота и возвращение в скважину, называется рейсом.
Роторное бурение производится тремя основными типами бурового долота: 1) дол ото режущего типа (рыбий хвост), 2) шарошечное долото (оно называется также «долото для твердых пород»), 3) алмазное долото. Большая часть буровых наконечников относится к типу «долото для твердых пород», которые могут иметь разный вид для прохождения различных типов пород.
Буровая установка состоит из большого числа деталей, каждая из которых выполняет свою функцию. Основными частями буровой установки являются: 1) мачтовая вышка; 2) буровая лебедка; 3) двигатели; 4) система промывки буровым раствором; 5) бурильная колонна (рис. 5.4). Мачтовая вышка или деррик — это структура, которую устанавливают над скважиной для осуществления спуска и подъема бурильной трубы и оборудования. Буровая лебедка служит в качестве подъемного оборудования. Двигатели приводят в действие насосы для бурового раствора и лебедку, а также производят электроэнергию. Система промывки буровым раствором состоит из насосов, резервуаров, трубопровода и шланга для циркуляции бурового раствора. Бурильной колонной называется вся вращающаяся конструкция, которая состоит из ведущей трубы, бурильной трубы, воротника бура и бурового долота.
Буровой шлам — фрагменты пласта, отделенные буровым долотом, — непрерывно удаляется из нижней части скважины за счет циркуляции бурового раствора (промывочной жидкости). Буровой раствор проходит вниз внутри бурильной трубы, а затем возвращается на поверхность снаружи трубы — это его основная функция. Кроме того, буровой раствор выполняет и другие важные задачи, в число которых входит охлаждение и смазка долота, образование глинистой корки на стенках скважины, что придает скважине большую прочность; создаваемое гидростатическое давление препятствует попаданию соленой воды, нефти и газа в ствол скважины, что помогает предотвратить выбросы.
Рис. 5.4. Детали установки для роторного бурения: а — мачтовая вышка; б— буровые лебедки; в— двигатели системы промывки буровым раствором; г — система промывки буровым раствором и бурильная колонна
studopedia.ru
современные методы и этапы работ
Способ бурения скважины зависит от ее глубины и почвыМногие люди заботятся о своем здоровье и поэтому предпочитают пить экологически чистую воду. Отличным решением в этом случае станет колодец или артезианская скважина, в итоге вы получите воду хорошего качества. Но для этого сначала нужно их выкопать, для чего используют разные способы бурения, которые будут зависеть от геологических особенностей и местности.
Содержание статьи
Какие применяют способы бурения
Устройство водозаборной скважины может осуществляться различными способами. Ранее бурение водоносных горизонтов проводилось с применением ручного метода. Это был довольно длительный и трудоемкий процесс, по этой причине не каждый владелец дачного участка мог похвастаться наличием такого источника водоснабжения.
Услуга бурения скважины стоит достаточно дорогоСо временем ручные методы вытеснило механизированное бурение, за счет чего значительно облегчился и ускорился процесс обустройства скважин.
Сегодня же практически все источники бурятся с применением различных механизированных методов, которые основываются на разрушении грунта и последующей подаче его на поверхность двумя способами. Так, сухой метод позволяет убирать грунт из скважины при помощи специальных механизмов. При гидравлическом методе он вымывается напором воды на поверхность.
Различают 3 способа механического бурения:
- Вибрационный, когда грунт разбрасывается при помощи высокочастотных колебаний;
- Вращательный – грунт убирается вращательными движениями;
- Ударный, когда грунт разрушается ударами бурснаряда.
При этом самым высокопроизводительным считается вращательный, он в среднем в 5 раз по своей эффективности превышает другие. Также этот способ считается доступным и недорогим, поэтому его часто используют как основной при ручном бурении.
При этом он разделяется еще на 3 вида:
- Шнековый;
- Колонковый;
- Роторный.
Каждый из них имеет свои особенности и производится с применением специального оборудования.
Колонковый метод
Колонковое бурение представляет собой вращательный механический метод, при проведении которого песчаный или глинистый грунт извлекается из выработки в виде керна, имеющего цилиндрическую форму.
Буровой снаряд, предназначенный для колонкового метода, является толстенной металлической трубой.
Поверху бурового колонкового снаряда располагается приспособление, предназначенное для присоединения штанг, которые необходимы для наращивания колонны. Внизу располагается коронка, которая выбирается в зависимости от грунта.
Как осуществляется выработка:
- При проходе грунт будет разрушаться кольцеобразной коронкой;
- В неразрушенном виде сохранится внутренняя часть керна;
- Для облегчения бурильных работ по суглинкам и скальным породам на забой должна подаваться промывочная жидкость.
Колонковый метод бурения скважин часто применяется на дачных участкахШлам из забоя иногда может удаляться промывкой, для чего в ствол выработки нагнетается большое количество воды. Такой тип бурения позволяет рыть скважины, имеющие длину 1000 метров и диаметр до 20 см. Для проведения работ используют установки УГБ, ЗИФ и автомобили типа КРаЗ и КАМАЗ.
Этот вид бурения используют для геологоразведки полезных ископаемых и создания разведочных скважин. Но самое главное их преимущество — это то, что они подходят для устройства водоносных скважин абсолютно любой глубины.
Роторное бурение грунтов
Роторный способ изначально пришел из нефтяной промышленности. Сегодня его используют довольно часто. В основе бурильного процесса лежит вращение бурильного инструмента ротором.
Вынос горных пород при роторном методе осуществляется при помощи глинистого раствора, который закачивается по бурильной колонне в скважину, в то время как порода выносится по скважинному стволу.
Раствор также может подаваться к нему, в результате чего разрушенная порода будет удаляться через обратную промывку.
Преимущества роторного метода:
- Высокая скорость бурильных работ;
- Минимальная металлоемкость скважин;
- Возможность бурения различных типов грунта.
Роторное бурение должны выполнять профессионалы с помощью специального оборудованияК недостаткам стоит отнести обязательную разглинизацию водоносного горизонта. Это необходимо для того, что был хороший дебит воды. Также бурильные работы трудно проводить в зимнее время из-за минусовых температур.
Рытье шнековым способом
Шнековый способ чаще всего применяется при обустройстве водоносных скважин в частных домах. Главной особенностью этого метода является то, что разрабатываемая порода удаляется из створа полностью без привлечения дополнительного специализированного оборудования.
Шнековые работы похожи на ввинчивание, что позволяет бурить на большую глубину и при этом удалять одновременно ненужный грунт.
В качестве бурильного инструмента используется шнек, который является металлическим стержнем с лопастями. При завинчивании в грунт он разрушает породу, задерживающуюся в лопастях. Специфика конструкции не позволяет полностью от отвала освободить забой. По этой причине метод используется в верхних слоях пород.
При бурении скважины следует обязательно соблюдать правила техники безопасностиИспользуют шнековый способ для:
- Геологоразведочных мероприятий;
- Устройства буронабивных скважин;
- Прокладки коммуникаций.
Сегодня этот метод активно применим для устройства абиссинских колодцев, благодаря чему есть возможность не забивать скважину полностью в плотный грунт. Это слегка облегчает процесс погружения в заранее разрушенную породу ствола.
На выбор способа бурения скважины будут влиять гидрогеологические условия на планируемом участке. Также нужно учитывать все достоинства и недостатки еще на этапе планирования работ, ведь от этого будут зависеть финансовые затраты и дальнейшая эксплуатация объекта.
kanaliza.ru
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ — Студопедия
Выбор способа бурения скважин зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются: целевое назначение скважины, тип полезного ископаемого, физико-механические свойства горных пород.
В данной контрольной необходимо составить проект бурения скважины для детальной разведки месторождения твердого полезного ископаемого. Тип полезного ископаемого приведен в контрольном задании (полезное ископаемое – предпоследний слой).
Основными физико-механическими свойствами горных пород, определяющими выбор способа и технологии бурение скважин, являются: связность, пористость, устойчивость, плотность, прочность, твердость, абразивность. Для проектирования и нормирования бурения геолого-разведочных скважин используется обобщенный показатель физико-механических свойств горных пород – буримость. Для вращательного бурения скважин в настоящее время принята классификация горных пород по буримости, включающая 12 категорий. Породы I – IV категории называ-ются мягкими, V – VIII категории – породами средней твердости, IX – X категории – твердыми, XI – XII категории – крепкими. Категории пород по буримости приведены в задании.
Бурение геологоразведочных скважин осуществляется механическим способом, при котором горная порода на забое разрушается под воздействием породоразрушающего инструмента. В зависимости от характера движения породоразрушающего инструмента к механическим способам бурения относятся: вращательное, ударно-вращательное и ударное.
Наиболее распространенным является вращательное бурение. Вращательное бурение подразделяется на бескерновое и колонковое.
При бескерновом бурении горная порода разрушается по всей площади забоя, бурение производится без отбора керна. Бескерновое бурение применяется при разведке жидких и газообразных полезных ископаемых. При разведке твердых полезных ископаемых бескерновое бурение применяется на стадии детальной разведки при проходке верхних, хорошо изученных, слоев пород. Бескерновое бурение позволяет повысить производительность геологоразведочных работ, но обязательно должно сопровождаться геофизическими исследованиями в скважинах.
При колонковом бурении горная порода разрушается по кольцевому забою, а в центре скважины остается ненарушенный столбик породы – керн. Керн используется для изучения структуры и вещественного состава горных пород. Колонковое бурение является основным способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Кроме того, колонковое бурение широко применяется при бурении картировочных, структурно-поисковых, инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.
Бурение скважин предусматривается колонковым способом кроме интервалов, отмеченных в графе «Особые условия». Если интервал бескернового бурения не указан вся скважина бурится колонковым способом
В зависимости от типа выбранного породоразрушающего инструмента бурение подразделяется на твердосплавное и алмазное. Твердосплавное бурение целесообразно применять при бурении мягких и средней твердости пород до VIII категории по буримости. Алмазное бурение применяют при бурении твердых и крепких пород от VI до XII категорий по буримости.
Для повышения производительности при алмазном бурении рекомендуется применять снаряды со съемными керноприемниками (ССК). Возможность извлечения съемного керноприемника без подъема колонны бурильных труб позволяет, кроме увеличения выхода керна, значительно сократить затраты времени на непроизводительные спуско-подъемные операции. Однако, из-за высокой стоимости снаряда ССК его применение целесообразно при глубине скважины 500 м и более.
При ударно-вращательном бурении между колонковым набором и низом колонны бурильных труб устанавливается ударный механизм, в результате чего на породоразрушающий инструмент кроме осевого усилия и крутящего момента передаются ударные импульсы. Это способствует повышению скорости бурения (особенно в хрупких породах), повышению выхода керна и стабилизации направления скважин. В качестве ударных механизмов используется гидроударники и пневмоударники.
Гидроударное бурение рекомендуется применять при бурении скважин глубиной до 1000 м. Из-за увеличенного расхода промывочной жидкости гидроударное бурение целесообразно применять при отсутствии поглощения промывочной жидкости, т.е. в монолитных не трещиноватых породах
Пневмоударное бурение применяется при бурении скважин глубиной до 100-200 м в пустынных регионах, где затруднен подвоз воды, в районах распространения вечномерзлых пород, в условиях активного поглощения промывочной жидкости и при пересечении скважин с горными выработками.
При сооружении скважины можно чередовать различные способы бурения, например, твердосплавное и алмазное, колонковое и бескерновое, вращательное и вращательно-ударное.
Ударное бурение применяется при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, а также для сооружения гидрогеологических и технических скважин.
studopedia.ru
