Способы бурения, технология проходки, оборудование и инструмент зависят от назначения скважины, гидрогеологических и геолого-технических условий бурения.
Поисково-картировочные скважины бурят на стадии съемочных работ с целью
уточнения геолого-гидрогеологического строения изучаемой территории и выявления
перспективных участков для более детальных исследований. Скважины бурятся
диаметром 76-151 мм с отбором керна. Посадка обсадных колонн выполняется при
необходимости разделения водоносных горизонтов или для крепления скважины в
неустойчивых породах.
Разведочные скважины проходят с полным
или частичным отбором керна. Они имеют большие диаметры ввиду детального
исследования каждого водоносного горизонта и необходимости их изоляции обсадными
трубами. Если скважина проектируется как разведочно-эксплуатационная, то
конечный диаметр труб должен обеспечивать размещение водоподъемного насоса, а
обсадные колонны обязательно цементируются.
Наблюдательные скважины бурят для измерения сезонных уровней подземных вод, с целью проведения опытно-фильтрационных работ, для опытных откачек и др. Обычно спускается одна обсадная колонна с фильтром. Верхний участок у устья колонны цементируется. Скважины имеют диаметр 73-108 мм.
Эксплуатационные (водозаборные) скважины проходят исходя из
требуемого дебита скважины, т е. с учетом диаметра эксплуатационной колонны и
размещенного в ней насоса заданной производительности, а также необходимости
постановки промежуточных обсадных колонн. Проходка ведется сплошным забоем с
начальным диаметром 300- 400 мм.
Специальные технологии бурения обусловлены
необходимостью повышения производительности проходки скважин в сложных разрезах
и стремлением избежать кольматации водоносных горизонтов глинистым раствором.
Следует отметить следующие способы бурения скважин.
Бурение с обратной промывкой применяется при
проходке скважин большого диаметра— от 150 до 1500 мм на
глубину до 200—300 м в мягких и рыхлых породах (рис.
7.85).
Бурение выполняется при непрерывном отсосе промывочной
жидкости из бурильных труб с помощью эрлифта, центробежного или водоструйного
насосов.
Рис. 7.85. Схемы обратной промывочной скважины: а - с
отсосом центробежным насосом; б - с эрлифтом;
в - с отсосом
эжекторным (водоструйным) насосом.
1 - вертлюг-сальник; 2 - вращатель
станка; 3 - вакуумный насос; 4- центробежный насос; 5 - рукав для подачи сжатого
воздуха, 6 - двойная колонна труб: 7 - смеситель эрлифта; 8 – эжектор.
Устье скважины не герметизируется и постоянно соединено каналом с отстойником, откуда вода самотеком поступает в скважину. Промывочная жидкость с разрушенной породой с забоя поступает по бурильным трубам через вертлюг-сальник в отстойник. Во избежание обвалов стенок необходимо поддерживать в скважине избыточное давление (не менее 0,03 МПа). Для этого в скважине непрерывно поддерживается уровень промывочной жидкости на 3 м выше статического уровня. Вертлюг-сальник должен иметь проходное отверстие в шпинделе, равное отверстию в бурильных трубах. Ведущая бурильная труба для ротора может быть изготовлена из бурильной трубы с приваркой уголков или швеллеров. Бурильные трубы обычно выполняются из обсадных труб с фланцами или резьбой. Достигается высокая производительность бурения, отпадает надобность в обсадке скважины для крепления стенок, исключается глинизация стенок, обеспечивается надежное устройство гравийных обсыпок прифильтровой зоны.
Бурение с гидротранспортом керна и разрушенной
породы позволяет в несколько раз увеличить механическую скорость проходки.
Способ рекомендуется для проходки поисковых, разведочных и наблюдательных
скважин на глубину до 200—300 м в породах до VII категории при диаметре скважин
до 150—200 мм. Промывочная жидкость поступает к забою через специальный
вертлюг-сальник и кольцевой зазор между внутренней и наружной бурильными
трубами. Обратно жидкость с выбуренной породой или керном поднимается по
центральному каналу бурильной трубы и по плавному отводу от вертлюга в шламо- и
керноприемное устройство. Способ обеспечивает высокое качество геологического
опробования по керну и шламу, однако могут возникнуть трудности в оценке
гидрогеологических параметров скважины в целом. Требуется применение
специального оборудования и инструмента: высокостойких буровых коронок,
призабойного кернолома, двойных бурильных труб, тройного вертлюга-сальника,
установки для приемки и складирования кернового материала. Применяется
промывочный насос повышенной мощности, так как от его производительности и
давления зависят возможные глубина скважины и ее диаметр.
Бурение
с использованием кольцевых пневмоударников применяют по
мерзлым, трещиноватым породам и галечным отложениям. Сжатый воздух от
компрессора поступает к пневмоударнику по кольцевому зазору двойной бурильной
колонны. Шлам с забоя наверх отводится отработанным воздухом через пневмоударник
по центральному каналу труб.
Возможность качественного опробования и коптажа
из водоносных пластов обеспечивают способы бурения: с продувкой воздухом и
газожидкостными смесями, в том числе с применением пневмоударников; шнековый
способ и ударно-канатное бурение.
Бурение с продувкой воздухом и газожидкостными
смесями рекомендуется при проходке скважины в безводных районах, в
многолетнемерзлых породах, при бурении на водоносные пласты с дебитом до 3 л/с,
а также по породам, поглощающим промывочную жидкость. Этот способ не эффективен
при проходке часто переслаивающихся водоносных пластов и водонасыщенных песков
мощностью более 5 м. Глубина бурения ограничена до 400 м. Применение
пневмоударников эффективно при проходке валунно-галечных отложений при небольших
водопритоках в скважину, в породах VI-IX категорий, до глубины 300-400 м.
Дополнительное оборудование - передвижная компрессорная установка обычно типа
ДК-9, герметизатор устья скважины, холодильный узел при бурении по мерзлоте,
вентилятор отсоса пыли (при сухой скважине). Имеется опыт применения
передвижного модуля для бурения с использованием газожидкостных смесей. Модуль
смонтирован на двухосном прицепе ГКБ-817 и включает компрессорную станцию
ПП-1,5М1, дозировочный насос НБ1-25/16, смеситель, емкость для приготовления
ПАВ, обвязку с КИП, герметизатор устья скважины и циклонный пеногаситель.
Образуется замкнутый контур: жидкость поступает из емкости в дозировочный насос,
смеситель, далее в виде пены нагнетается в скважину и из скважины через
герметизатор устья в пеногаситель и далее в емкость.
При
пневмоударном бурении применяют погружные разведочные машины
ПН, комплексы КПР (ТулНИГП) со специальными одинарными и двойными колонковыми
трубами. Для проходки скважины сплошным забоем используют специальные
долота.
Шнековое бурение, производительное и экономичное,
применяется при бурении разведочных и наблюдательных скважин в породах I-V
категорий на глубину до 50-80 м.
Разрушенная порода поднимается с забоя без
очистного агента шнековым транспортером. Малоэффективно в вязких глинах.
Ударно-канатное бурение относится к наименее
производительному способу, однако обеспечивает качественное вскрытие и
опробование водоносного пласта в скважине. Успешно выполняется бурение в
валунно-галечных отложениях, в породах, поглощающих промывочную жидкость, в
многолетнемерзлых породах, так как ведется без промывки скважины. В рыхлых
неустойчивых породах требуется обсадка скважины несколькими диаметрами труб,
отсюда высокая металлоемкость скважины, трудоемкость операций с посадкой и
извлечением обсадных труб и, следовательно, большой начальный диаметр скважины.
Ускорение операций с обсадными трубами дает применение механизмов по медленному
их вращению (расхаживанию). Используются специализированные буровые установки
УГБ-ЗУК, УГБ-4УК (УКС-22М и УКС-30М), БУУ-2.
