Классификация существующих способов бурения скважин

Выбор оптимального способа обусловлен, в первую очередь, качеством грунта в месте выполнения работ. Рыхлый и влажный удобнее извлекать желонкой, скальные и глинистые необходимо проходить, применяя технологию, основанную на вращении и вибрации. Для качественного выполнения работ, сокращения сроков их выполнения привлекается специальная техника.

В статье сделана попытка кратко рассмотреть основные существующие способы бурения скважин с учётом глубины скважины, её назначения.

Содержание

Способы бурения скважин на воду

Классификация существующих способов

Бурение можно осуществлять различными способами, число которых, согласно специальной литературе, доступной в открытых источниках, достигает 21.

Большая их часть предусматривает использование специальной техники и оборудования. Однако, выполнение подобных работ с применением ручного метода, продолжает иметь место.

В качестве примера ниже приведена таблица, содержащая один из возможных вариантов классификации.

Рассмотреть все возможные виды бурения скважин в одной короткой статье практически невозможно. Поэтому остановимся только механическом бурении. Именно они востребованы при обустройстве скважин на воду.

Варианты бурения скважин подразделяют на три основных:

  • вращательный - удаляемый грунт предварительно разбивается и измельчается вращением;
  • ударный используется устройство, разрушающее грунт посредством наносимых ударов;
  • вибрационный разработка выполняется за счёт колебаний высокой частоты.

Первый является наиболее производительным. Он почти в пять раз превышает, по данному показателю, второй, и примерно в пять-десять раз, третий. Эта версия наиболее доступна с точки зрения стоимости, доступности. Именно вращательный способ выбирается, чаще всего, при работе вручную.

Каждый способ бурения скважин подразделяется на несколько видов. Основными, для вращательного, являются четыре:

  • колонковое;
  • роторное;
  • шнековый способ;
  • ударно-канатное.

Рассмотрим их более подробно.

Особенности колонкового бурения

При осуществлении данного способа бурения скважин, грунт из них (песчаный плотный, глинистый) извлекается в форме цилиндрического керна. Работа ведётся с использованием в качестве бурового снаряда, бурового долота (металлической трубы с толстыми стенками и резцами).

В верхней части бура устанавливается устройство, специально предназначенное для присоединения следующей штанги. Это обеспечивает оперативное удлинение буровой колонны. В нижней располагается коронка, конструктивное исполнение которой выбирается с учётом категории грунтов, подлежащих бурению.

Грунт, в процессе проходки, разрушается с помощью коронки кольцеобразной формы, формируя керн. Внутренняя часть последнего не разрушается.

На сложных грунтах (скальные породы, глины, суглинки) процесс бурения облегчается подачей промывочной жидкости.

Шлам может удаляться из забоя промывкой. Бывает, её заменяют продувкой с использованием сжатого воздуха.

Подобный тип бурения позволяет обустраивать скважины глубиной ≤ 1000 м, диаметром (80-200) мм.

Работы проводятся с использованием буровых установок (БУ) различных типов (пример: УГБ, ЗИФ, УКБ), которые монтируются на шасси грузовых авто, трелёвочных тракторов.

Этот метод востребован:

  • при бурении скважин разведочных;
  • в процессе поиска полезных ископаемых (проведения геологоразведки);
  • промышленных скважин;
  • для обустройства водоносных скважин различной глубины.

Когда речь идёт о частных скважинах, колонковый способ выбирается для разведочного бурения перед переходом на иное бурильное оборудование, роторное, шнековое. Бывают варианты использования совместно с ударно-канатным.

Преимущества и недостатки метода

Одним из наиболее важных плюсов данного способа бурения скважин является существенная скорость выполнения работ, в сравнении с роторным или ударно-канатным.

Другими достоинствами является:

  • возможность бурения на глубину более 100 метров;
  • снижение нагрузок на БУ благодаря малой площади разрушаемых пород посредством вырезания керна;
  • использование небольших мобильных БУ.

Основной минус, невозможность извлечения из пробуренной шахты скважины галечников, насыщенных водой, рыхлых грунтов. К минусам относятся незначительный диаметр скважины (до 150 мм), быстрое стачивание резцов.

Специфика роторного бурения

Этот вид является разновидностью вибрационного вращательного бурения. Грунт разрушается долотом, которое приводится в действие ротором БУ. Является наиболее распространённым.

Грунт удаляется из скважины обратной (ускоренный вариант работы), прямой промывкой. Глинистый раствор подаётся насосной станцией (грязевый насос), самотёком.

Специфика роторного бурения

Вариант создаёт оптимальные условия для применения на полускальных, скальных грунтах. Позволяет обустраивать скважины ≤ 150м.

Метод рекомендуется использовать, когда:

  • существует возможность доставлять техническую воду, используемую при промывке, бесперебойно;
  • подземная вода имеет надлежащий напор, характерный для артезианской скважины;
  • гидрогеология участка известна досконально (работа по скальным породам, уровень залегания в коренных породах водоносного горизонта).

Для этого способа буре6ния скважин имеется ограничение в применении с учётом климата региона (промывочная жидкость может замерзать).

Работы производятся с использованием вышки (решётчатой, рамной). На ней монтируются элементы БУ, подъёмное оборудование. Наличие вышки обеспечивает возможность поднимать из скважины, опускать в неё бурильные и обсадные колонны.

Двигатель, через зубчатое устройство, вращает ведущую трубу. Оно передаёт вращательное движение на долото, являющееся основным инструментом бурения. Этот элемент может иметь разное исполнение, изготавливаться из композитных материалов, высокопрочной стали на которой выполнено алмазное напыление, иных материалов.

Форма и размер долота бывают различными (выбирается с учётом типа грунта).

Процесс включает несколько этапов:

  • на первом осуществляется разрушение породы долотом;
  • затем порода выносится, нагнетаемым потоком воды, на поверхность (обратная, прямая промывка);
  • стенки скважины укрепляются обсадными трубами.

Технология обратной промывки позволяет повысить скорость выполнения работ и последующий дебет скважины. Однако она более дорогостоящая.

Достоинства и недостатки

Главный плюс, возможность выполнять глубокое бурение, обеспечивающее забор воды из трещиноватых известняков. В числе иных достоинств:

  • вскрытие водоносного слоя в скальных коренных породах выполняется с высоким качеством (с обязательным учётом глубины их залегания);
  • возможно бурение скважин большого диаметра (максимальное значение составляет 200 мм);
  • значительная скорость проходки с минимальными затратами энергоресурсов.

К минусам относятся: сложность эксплуатации при низких наружных температурах (требующая утепления система, по которой циркулирует промывочный раствор). Пробу воды можно получить только после пуска скважины. Водяной слой загрязняется раствором. Поэтому требуется достаточно продолжительный период промывки скважины.

Характеристики шнекового бурения

Данный метод чаще всего используют при обустройстве скважин на приусадебных и дачных участках. Это один из востребованных методов бурения скважин на воду. Его особенность предусматривает полное удаление разрабатываемой породы из створа, без использования дополнительного оборудования. метод можно сравнить с работой сверла, входящего в материал, с одновременным удалением ненужного.

Инструмент, которым ведётся бурение, именуется шнек. Фактически, это керноприёмник значительного диаметра (стержень из металла с лопастями). При ввинчивании в грунт, он разрушает последний, удерживая породу на лопастях. Полностью очистить забой от отвалов такая конструкция не позволяет. Поэтому применяется на начальном этапе, когда проходятся верхние слои.

Для выполнения работ больших затрат и усилий не требуется. Поэтому вариант широко используется при прокладке различных коммуникаций, в геологоразведке, при обустройстве буронабивных и, иногда, скважин на воду.

Позволяет оперативно вести обустройство абиссинских колодцев (скважин на песок). Эта технология позволяет облегчить процесс первичного погружения ствола, без полного забивания скважины-иглы в грунт на площадке работы, выполняя первичное разрушение породы.

Допустимые глубины 20 м на грунтах средней плотности, 30 на рыхлых, мягких. Допустимые диаметры скважины (100-600) мм.

Технология предусматривает финишную очистку желонкой ствола от оставшейся в нём породы, после его проходки шнеком, монтажа обсадки.

Позволяет вести частичную проходку на глубину 120м. Но только при обязательной комбинации с колонковым, роторным, ударно-канатным.

Вариант нельзя использовать на скальных грунтах.

Бурение ведётся с использованием БУ, оснащённой высокопрочным бурильным винтовым инструментом. В комплект могут включать долота: с лопастями (число которых может достигать двух, трёх), востребованные при проходке рыхлых пород; с конусными, круглыми головками, для твёрдых.

Шнековое бурение

Практически все современные БУ комплектуются полым инструментом с реверсивным замком, исключающим его вращение в противоположную сторону.

Разрабатываемый грунт охлаждает режущий инструмент, порода удаляется наверх по спиральным направляющим с ребордой. Такое техническое решение даёт возможность непрерывного бурения, что снижает финансовые и энергетические расходы.

Преимущества и недостатки

При правильном подборе угла наклона установленного долота и размера шнека бурение идёт с высокой скоростью. Среди плюсов отмечают:

  • подъём грунта на поверхность непосредственно в ходе бурения;
  • отсутствие необходимости промывать ствол;
  • высокая скорость безостановочного бурения;
  • ручным шнеком, компактной установкой подобного типа работы можно вести в подвале дома;
  • отсутствует необходимость постоянного подъёма звеньев, сборки буровой колонны, её разборки (как в колонковой версии);
  • идеальное решение для работы на глинистых мягких, смешанных, суглинистых грунтах;
  • отсутствие вероятности размывания почвы.

К минусам относят: невозможность бурения на очень твёрдых и сыпучих грунтах; потребность использования ударно-канатного варианта для финишной очистки ствола от отработанной породы.

Специфика ударно-канатного бурения

Работа выполняется с использованием забивного стакана, и комплекта желонок. Разница заключается в том, что желонка имеет специальный клапан, позволяющий удерживать в ней грунт, попавший внутрь при ударе о его поверхность, а в стакане последний удерживается, благодаря силе трения.

Технология востребована для работы на песке, обводнённых грунтах, суглинках, глинистых почвах, любом вязком грунте.

Это достаточно сложная технология, весьма продолжительная по времени. На твёрдых грунтах может потребоваться применение буровых патронов.

Подобным методом можно обустроить достаточно глубокие скважины. Однако, в этом случае, потребуется обустраивать телескопическую структуру, с уменьшением диаметра по глубине.

Преимущества и недостатки

В числе достоинств отмечают:

  • возможность применения на различных почвах, включая каменистые;
  • легко выполнимое очищение стакана;
  • водоносный слой и стенки скважины при работе не повреждаются;
  • монтаж всех элементов скважины начинается сразу по завершению бурения.

К минусам можно отнести:

  • низкую скорость проходки;
  • возможность вести только вертикальное бурение;
  • невозможность организации работ на песчаных грунтах.

Выводы

Рассмотренные варианты применяют в различных ситуациях:

  • колонковое бурение лучше подходит для ведения проходки в глинистых пластичных грунтах.

Может использоваться для обустройства большей части водозаборных выработок. Иногда применяется совместно с ударно-канатным бурением.

  • Шнековое бурение сопоставимо с предыдущим по сферам использования.

Основным отличием является недостаточная очистка ствола, что влечёт потребность в обязательном применении желонки (вариант, длительной промывки скважины до начала эксплуатации).

  • Роторное бурение самое взвешенное решение для работы в скальных грунтах;
  • ударно-канатное используется достаточно редко. Преимущественно при ручном бурении на приусадебном участке.

От правильно подобранного метода зависят сроки выполнения работ, качество и сроки эксплуатации скважины, финансовые затраты на её обустройство.

Способы