На приусадебных участках, удаленных от центрального водопровода единственным выходом получить воду для питьевых и бытовых нужд является обустройство автономного источника. Вариантов такого водозабора существует немного. Это колодец и скважина. Для загородного дома второй вариант предпочтительнее, так как позволяет получить относительно чистую воду в достаточном объеме. Выбор способа бурения скважины зависит от глубины залегания водоносного пласта, его ресурса и геологических условий.

Как правило, скважины бурят на три основных водоносных горизонта, отличающихся качеством воды, глубиной залегания и мощностью источника.

1. Первый горизонт – верховодка. Располагается на небольших глубинах до 10 метров. По своему качеству вода годится только для технических нужд из-за недостаточной очистки. Степень загрязнения зависит от сезона, находящихся поблизости сельхозугодий и промышленных предприятий. Мощность пласта небольшая. Максимальный дебет не превышает 0,5 м 3 /ч. Годится для бурения абиссинской скважины или устройства колодца. Проходку ствола можно осуществить своими руками посредством несложных инструментов и оснастки.
2. Второй водоносный пласт – песчаный. Глубина залегания от 10 до 50 м. Качество воды приемлемое, на глубоких горизонтах пригодна для питьевых нужд. Водоотдача такого источника стабильна и составляет от 1 до 2 м 3 /ч. Вскрывают месторождение механизированным способом бурения. Диаметр скважин на песок составляет от 5 до 10 см.
3. Третий горизонт – артезианский. Располагается водоносный слой на известняках, залегающих на глубинах от 50 метров. Вода характеризуется высокой степенью очистки и представляет собой стратегический ресурс. Для вскрытия пласта и добычи воды требуется разрешение. Потенциал водоотдачи высокий – от 3 до 5 м 3 /ч. Объем воды стабильный. Бурение скважины осуществляется с применением специальной техники. Традиционно используют ударно канатный способ. Диаметр ствола такого водозабора в среднем составляет 12…14 см.

Классификация способов

Способы вскрытия водоносных горизонтов классифицируют по двум основным критериям.

1. По виду применяемых механизмов и приспособлений:

• Ручной;
• Механический.

1. По типу использования бурового механизма:

• Роторный;
• Ударно-канатный;
• Шнековый;
• Колонковый.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

• комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
• штанги;
• лебёдка или электрическая таль;
• обсадные трубы;
• для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
4. Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Главное преимущество ручного метода – низкая стоимость, однородная структура ствола на всей длине. Тем не менее, использовать его можно лишь на малой глубине. Дебит и срок эксплуатации такой скважины оставляют желать лучшего.

Специфика роторного бурения

Роторный способ применяют при бурении скважин различной глубины. Тут уже не обойтись без специального оборудования, а именно – самоходной буровой установки, габариты и оснащение которой зависят от условий работы.При походке ствола снаряд с долотом вращательным движением разрушает породу, постепенно углубляясь к пласту.

• Для бурения в плотном каменистом грунте используется модель УРБ-2А2.
• В условиях полной застройки – МБУ-2М.
• Для проходки промышленных скважин глубиной до 500 метров – УРБ-3АМ.

Буровая установка снабжается полой мачтой, внутри которой размещается подвижный вал с долотом. При включении вал начинает вращаться, приводя в движение долото, острые края которого пробивают в породе ствол необходимого диаметра.

В процессе проходки производится промывка, в ходе которой скважина освобождается от слоя выработанного грунта. Промывка может осуществляться двумя способами:

1. прямым;
2. обратным.

В первом случае струя воды подаётся в скважину сверху; смешиваясь с грунтом, она заполняет её целиком, после чего выходит наружу в верхней части. Метод универсален, поскольку может использоваться на любой скважине и дополнительно расширяет её диаметр, что впоследствии обеспечит больший дебит.

Недостаток прямой промывки – повреждение структуры водоносного горизонта.

При обратной промывке вода поступает в скважину самотёком, после чего вместе с грунтом выкачивается при помощи насоса. Такой метод обеспечит ещё большее значение дебита, но потребует больших капиталовложений.

Ударно-канатное бурение

При таком способе, разрушение породы производится за счёт резкого механического воздействия, а именно – падения тяжёлого предмета с высоты. В качестве такого предмета выступает забойный стакан – кусок стальной трубы с буром на конце. В корпусе трубы делают несколько отверстий для быстрой очистки от грунта при вытаскивании. Освобождение стакана от породы производится через каждые 50 см проходки.

К задней части стакана крепится трос или канат, другой конец которого расположен в верхней части буровой вышки. Вышкой называют сборную конструкцию из брёвен, металлических балок или труб высотой от 2 м. Для бурения скважин глубиной от 20 м используются канатно-ударные бурильные установки.

Преимущества

Ударный метод обладает рядом преимуществ.

• Его можно использовать для работы с прочными каменистыми грунтами
• Стакан не портит водоносный слой и стенки скважины и легко очищается.
• Способ можно использовать для изучения характеристик грунта на определённых слоях.
• Монтаж скважины можно проводить сразу после окончания бурильных работ.

Недостатки

Из недостатков метода можно выделить следующие моменты:

• Низкая скорость бурения.
• Невозможность использования на песчаном грунте.
• Метод годится только для вертикального бурения.

Шнековый метод

Основным инструментом, использующимся при данном методе, является шнек. Чтобы понять его устройство, представьте себе ледовый бур для зимней рыбалки, только больших размеров. Шнек работает аналогичным способом – его вставляют в подготовленную яму и вращают при помощи мобильной буровой установки.

Шнековый способ отличается высокой производительностью – при его использовании можно провести бурение в самые короткие сроки. Обуславливается такая скорость за счёт быстрой выемки породы из скважины – она выходит сама, перемещаясь вдоль сплошной винтовой поверхности шнека. Диаметр винта может доходить до 1500 мм.

Кроме того, шнековое бурение идеально подходит для работы на песчаном и болотистом грунте и не предполагает никаких физических усилий либо серьёзных затрат на оборудование.

Из недостатков можно выделить невозможность его использования на каменистой почве, а также ограниченную глубину – не более 50 метров.

Колонковый метод

В основном, применяется при бурении промышленных скважин, а также для исследовательских работ. Порода разрушается при помощи специального долота – пустотелой трубы, оборудованной резцами. Проникая вглубь грунта, она отсекает его от основной структуры, после чего не составляет труда вымыть его наружу при помощи направленной струи воды под давлением.

Высокая функциональность колонкового способа бурения позволяет использовать его не только при бурении скважин, но и для строительных работ – например, если необходимо проделать отверстие в железобетонной плите. Долото приводится в движение при помощи буровых установок ЗИФ.

• Преимущества метода очевидны – высокая скорость работы, взаимодействие с любыми видами породы, мобильность и малые габариты буровой установки.
• Из недостатков можно выделить небольшой диаметр трубы долота (не больше 150 мм) и быстрое стачивание коронок, что приводит к дополнительным расходам.

Выбор метода зависит от трёх основных параметров:

• типа грунта;
• диаметра сечения ствола;
• глубины проходки.

Для скважин малой глубины в мягком грунте рекомендуется использовать шнековый или ручной метод, в твёрдом – ударно-канатный.

Помимо этого выбирая способ бурения, обратите внимание на дополнительные критерии:

• необходимый объем воды;
• частота использования;
• качество воды;
• стоимость, которую придётся затратить на сооружение автономного источника, а именно – рациональность подобных расходов.

Перед проведением бурения скважины на малую глубину следует учитывать внешние факторы – климатические условия, сезонные изменения грунтовых вод, близкое расположение сельскохозяйственных угодий и объектов с вредным производством.

При монтаже артезианских скважин потребуется их регистрация в надзорных органах и оформление соответствующих документов, а значит – новые траты времени и денег.

Помните, что водозабор, изготовленный качественно, с учётом всех оказывающих влияние факторов, прослужит Вам на протяжении многих лет. Перед составлением заказа на бурение, необходимо получить профессиональную консультацию, провести экспертизу на наличие воды, подобрать наилучшее место для размещения скважины в отдалении от септиков и выгребных ям. При обнаружении каких-либо неисправностей в её работе лучше не рисковать и обратиться за помощью к специалистам, проводившим монтаж.

Во многих регионах при невозможности подключения к централизованному водоснабжению прибегают к бурению водозаборных скважин из подземных горизонтов.

Изолированные от поверхностных источников загрязнения толщами горных пород как правило, отвечают санитарным нормам, установленным для воды бытового назначения. При дополнительной очистке, проходя через фильтровальное устройство, они приобретают высокое качество питьевых.

Что нужно знать

Определяющими критериями выбора способа бурения водозаборной скважины являются глубина уровня подземных вод и породы геологического разреза, которые подлежат проходке. Правильно выбранная технология бурения скважин на воду позволит быстро пробурить скважину, избежать аварийных ситуаций при бурении. В итоге это даст возможность получить наиболее высокий в данных условиях дебит

Что подразумевает технология под воду? Это способ и режим разрушения различных горных пород, очищение ствола скважины и крепление ее стенок, оборудование водоприемной части.

Способы бурения

Для строительства глубоких водозаборных скважин обычно применяют вращательное и ударно-канатное бурение. Технология бурения скважин на воду этими способами различная. Особенности каждого не позволяют применять их без ограничений в любых условиях. Технология бурения скважин на воду буровой установкой с вращением породоразрушающего инструмента (долота) в данной статье приводится на примере шнекового и роторного способов.

Технология шнекового бурения

В песчаных и глинистых породах, не содержащих крупных включений, применяется бурение комплектом из долота и шнеков, транспортирующих разбуриваемую породу с забоя наверх. Из двух разновидностей шнекового бурения для устройства водозаборной скважины в районе с хорошо изученным геологическим строением чаще применяют сплошной забой непрерывным рейсом, рейсовыми заходками и завинчиванием. Там, где необходимо получение высококачественной информации о породах и глубинах их залегания, применяется способ кольцевого забоя.

Непрерывный рейс (поточное бурение) - разбуриваемая порода выносится шнековой колонной на дневную поверхность. По мере углубления буровой снаряд наращивается дополнительными шнеками. Применяют для проходки однородных песков без прослоек илов или других слабых пород. Частота вращения шнеков 250-300 об/мин. Недопустимо излишне быстрое погружение во избежание переполнения лопастей породой и заклинивания снаряда в скважине по этой причине. Достаточная нагрузка - собственный вес шнеков и вес вращателя.

В пластичных и тугопластичных глинистых породах применяют рейсовые заходки - долото и шнековая колонна вбуривается в породу с последующим извлечением для очистки реборды от разбуренной массы. Величина рейсового погружения в пределах 1 метра. Частота вращения от 100 и не более 300 об/мин. Нагрузка 500 Н.

В слабых породах применяют спиральное долото на шнековой колонне - их завинчивают на определенную глубину и затем извлекают без вращения лебедкой.

Кольцевой забой ведется специальными колонковыми шнеками, позволяющими извлекать керн (столбик пробуренной породы) без подъема бурильной колонны на поверхность. Режим бурения: 60-250 об/мин, величина рейса от 0,4 до 2,0 м. Применяется эта технология бурения скважин на воду редко, в основном геологическими организациями, занимающимися разведкой и попутно выполняющими бурение скважин на воду.

Технология вращательно-роторного бурения

Этим способом достигается большая скорость проходки и большие выходы колонн труб. К недостаткам относят кольматацию (глинизацию) водоносного горизонта, большие затраты на приготовление глинистого раствора, большие объемы воды на промывку скважины для восстановления водоотдачи горизонта, заглинизированного в ходе бурения.

Чаще применяется роторное с прямой промывкой: разрушенная порода с забоя выносится на поверхность глинистым раствором, закачивающимся в скважину насосом через бурильные штанги. Следует выдерживать скорости восходящего потока в интервале 0,5 - 0,75 м/сек. Циркулирование промывочного раствора нарушается в сильно трещиноватых зонах - он вместе со шламом уходит в трещины. Бурильщику нужно внимательно смотреть за режимом бурения, уменьшать при необходимости осевую нагрузку и бесперебойно подавать промывку, чтобы избежать прихвата снаряда.

Не нужно преследовать высокую механическую скорость, достигаемую увеличением числа оборотов: это чревато авариями. Нагрузка на долото и вращательная скорость регулируются в зависимости от проходимых пород, диаметра долота и бурильных труб, количества промывочной жидкости.

Обороты нужно уменьшать при:

• увеличениях параметра долота;
• уменьшении диаметра бурильной колонны;
• увеличения крепости пород;
• при чередовании слоев с небольшой мощностью (до 1,5 м).

На роторных установках типа УРБ и БА работают в основном на II- III скоростях. Проходка глинистых и глинисто-песчаных пород ведется при 300-400 об/мин (III-IV скорости). Для пород умеренной крепости (песчаники, известняки, мергели) пределы вращения ротора от 200 до 300 об/мин. Крепкие породы разбуриваются долотом со скоростью вращения 100-200 об/мин.

Бурильщик внимательно следит за режимом бурения, уменьшая осевую нагрузку и бесперебойно подавая промывку, чтобы избежать прихвата снаряда. Момент вскрытия водоносного пласта определяет внезапное понижение глинистого раствора и увеличение нагрузки на двигатель. Циркуляция раствора нарушается в сильно трещиноватых зонах - выбуренная порода и раствор уходят в трещины.

Если водоносные породы представлены коренными с мелкими трещинами, вскрытие горизонта проводится с качественным глинистым раствором с обязательным выходом его на поверхность.

Технология бурения скважин на воду малой буровой установкой аналогична технологии бурения мощными станками.

Сопутствующие работы

Крепление стенок скважины трубами проводится после бурения. Применяют металлические, асбестоцементные и пластмассовые трубы. Тип фильтра (дырчатый или сетчатый) выбирают в зависимости от водовмещающих пород.

Перед установкой фильтра раствор заменяют на более легкий, желателен удельный вес не более 1,15. После установки фильтра сразу же промывают скважину водой. Затем выполняют желонирование скважины - откачка столба жидкости из скважины желонкой. При осветлении промывки и появлении в ней песка начинают откачку эрлифтом. С прекращением выноса песка и полным осветлением воды устанавливают погружной насос.

Энергия свободнопадающего удара

Ударно-канатным способом вскрываются без проблем маломощные водоносные горизонты (менее 1 м). Возможно получение максимального дебита - водовмещающие породы незаглинизированы. Не нужна длительная откачка.

Способ применяют:

• в малоизученной местности;
• в безводных районах, где невозможна доставка воды для приготовления раствора;
• при необходимости раздельного опробования нескольких горизонтов;
• для скважин с большим начальным диаметром.

Недостатки ударно-канатного бурения:

• небольшая скорость проходки;
• большой расход труб на обсадку;
• ограниченность глубины бурения (до 150 м).

Нормальную частоту ударов свободнопадающего снаряда рассчитывают. Она обратно пропорциональна квадратному корню из высоты падения: с увеличением высоты подъема долота над забоем частоту ударов уменьшают и, наоборот, с уменьшением высоты количество ударов увеличивают.

Нужна сила и смекалка

При неглубоком залегании зеркала подземных вод (как правило, это грунтовые воды) и геологическом разрезе, сложенном рыхлыми породами, в застроенного участка скважину можно пробурить, применяя мускульную силу людей - достаточно 2 человека.

Технология бурения скважин на воду ручным методом проста. Можно применить забивной способ или шнековый.

Для забивки стальной в 1 дюйм ее предварительно разрезают на отрезки по 2 или 3 метра. На концах делают наружную резьбу. По мере углубления отрезки трубы будут соединяться муфтами с внутренней резьбой. Изготавливается специальный стальной наконечник (хвостовик) в виде конуса, диаметр основания которого на 1 см больше диаметра трубы. Он приваривается на трубу. Около метра длины трубы над наконечником (достаточно 60 см) отведено под примитивный фильтр - водопринимающее устройство для проникновения в скважину воды из водоносного горизонта. Сверлом 6 мм делают отверстия через 5 см друг от друга.

На трубу надевают забивное устройство из двух отдельных частей. Первым - упор с конусной дырой под трубу. Его выходное отверстие больше внешнего диаметра забиваемой трубы на 5 мм, что достаточно для вставки в зазор снизу двух клиньев - разрезанного повдоль металлического усеченного конуса. Диаметр вершины конуса чуть больше диаметра трубы, но меньше выходного отверстия упора. Вторая часть - ударная "баба", груз со сквозным отверстием под трубу и две ручки для подъема над упором.

При опускании бабы в момент удара ее об упор клинья входят в отверстие и держат забиваемую трубу в своих "объятьях". После забивки отрезка трубы конус выбивают, трубу наращивают, свинчивая со следующим отрезком. Переставляют упор с клиньями, надевают "бабу" и продолжают забивание трубы до водоносного слоя. Периодически нужно поворачивать трубу вокруг оси.

Появление воды в скважине определяют опусканием внутрь ее грузика, привязанного к бечевке. Если его поднимут наверх мокрым, значит скважина углубилась в водоносный слой. Важно не "проскочить" этот слой, дающий воду. Нужно оставить перфорированный конец трубы в этой водонасыщенной породе. И приступать к прокачиванию минискважины вначале ручным насосом. По мере осветления воды переходят на откачку поверхностным водяным электронасосом.

Шнековое ручное бурение скважин на воду - технология подобна описанному с помощью буровой установки, которую здесь заменяют два человека. Разумеется, за параметрами механического режима бурения им не угнаться. Некоторые умельцы заменяют физическую силу на механизмы.

Бурение скважин водой

Технология простая при минимальных затратах материалов, силы и времени. Условия - глубина скважины до 10 м, разрез сложен рыхлыми грунтами.

Оборудование - емкость под воду (чем больше объем, тем лучше, но можно и бочку литров на 200). Ворот для поворачивания трубы делают из двух трубок и стяжного хомута.

Материалы: труба диаметром 120 мм, длиной на глубину скважины. На нижнем торце нарезают зубцы, верхний торец оборудован фланцем со штуцером, через который по шлангу будет поступать вода из бочки под давлением, создаваемым насосом "Малыш". Для крепления фланца к краю трубы приварены 4 ушка с отверстиями под болты М10.

Рабочая сила: легче работать вдвоем. Затраты времени - на 6 метров проходки по суглинкам 1-2 часа.

Процесс бурения: выкопать приямок глубиной около метра, установить вертикально в нем трубу и нагнетать в нее воду насосом. Вода, выходя через нижний конец с резцами, станет размывать грунт, освобождая пространство под трубу, которая станет оседать под собственным весом. Нужно только, покачивая, поворачивать трубу для того, чтобы зубцы крошили породу. Разбуренные частицы породы под давлением выходят вместе с водой в приямок. Из него можно вычерпывать воду и, процеживая, вновь использовать для промывки. Достигнув водоносного горизонта, снимают фланец, и в скважину под уровень воды, но не доходя до забоя, погружается насос для откачки.

Виды водозаборных скважин

Они подразделены на бесфильтровые и фильтровые. Бесфильтровые скважины устраивают в водоносных горизонтах, сложенных мелкозернистыми песками или в устойчивых трещиноватых скальных породах. Для других водоносных горизонтов подбирается фильтр в зависимости от фракций водовмещающих пород.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

3.ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН

3.2 Расчет цементирования скважин способом двух пробок

3.3 Ликвидационный тампонаж скважины

ЛИТЕРАТУРА

скважина цементирование порода горный

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время бурение скважин, многоцелевое производство и современная промышленность предлагает большой выбор технических средств и технологий, в которых требуется разбираться, чтобы принять правильное решение. В условиях рыночной экономики и жесткой конкуренции между недропользователями к специалистам геологам предъявляются соответствующие требования, так как от его квалификации и знаний, порой на уровне интуиции, может зависеть успех всего предприятия.

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН

Буровая скважина проходит сквозь толщу горных пород, для того чтобы добраться до желаемого объекта - залежи рудного тела, нефти, газа, водоносного горизонта и т.д. Таким образом, скважина это искусственная выемка в горном массиве пород. В то же время, имеются близкие по назначению, но иной формы выемки - горные выработки (шахты, штольни, карьеры), от которых скважина существенно отличается наименьшим объемом выемки на глубину проходки. В этом смысле она наиболее экономичная и самая быстрая по достижению объекта вскрытия. В поперечном сечении скважина имеет форму круга, так как бурение осуществляется обычно способом вращения, при этом диаметр круга очень мал по сравнению с длиной скважины это первые сантиметры, реже десятки сантиметров при глубине бурения в сотни метров и даже несколько километров.

Бурение, особенно глубокое - достаточно сложное производство, требующее применения специальных технических средств, которые в комплексе именуют буровой установкой. В нее входят следующие главные узлы: буровая вышка (или мачта), энергетическое оборудование или силовой привод - двигатель, буровой станок и буровой насос. В зависимости от способа бурения и конструкции установки подразделяются на вращательные, ударные, вибрационные, турбинные и др. По способу транспортировки они также подразделяются на стационарные, передвижные, самоходные и переносные.

1.1 Основные технические понятия, целевое назначение скважин

Диаметр скважины определяется диаметром породоразрушающего инструмента и изменяется в пределах от 16 до 1500 мм.

Длина ствола скважины - это расстояние от устья до забоя скважины, измеренное по ее осевой линии. Глубина скважины это разница между отметками устья и забоя по шкале глубин (ось z). Достигает 12500 м.

Элементы скважины:

Устье скважины - начало скважины, то есть место пересечения ее с земной поверхностью или с поверхностью горной выработки.

Забой скважины - дно скважины

Стенки скважины - боковые поверхности скважины.

Ствол скважины - пространство в недрах, занимаемое скважиной.

По способу разработки забоя бурение разделяется на бескерновое и колонковое (рис. 1.1.).

Бескерновое бурение - бурение, при котором горная порода разрушается на всей площади забоя. Колонковое бурение - бурение, при котором горная порода разрушается по кольцевому забою с сохранением керна. Керн - колонка горной породы, образующаяся в результате кольцевого разрушения забоя скважины.

Основные размеры скважины - диаметры интервалов бурения в мм; диаметры наружные и внутренние колонн обсадных труб в мм; глубина интервалов скважины от устья до забоя в м; общая глубина и длина скважины от устья до забоя в м.

Пространственное расположение буровой скважины определяется: 1) координатами устья x, y, z; 2) направлением скважины; 3) углом наклона скважины; 4) азимутом скважины; 5) глубиной (рис. 1.2.).

По направлению бурения скважины, форме ствола и их количеству скважины делятся на следующие группы: 1- вертикальные; 2- наклонные; 3- горизонтальные; 4- восстающие; 5- искривленные; 6- многоствольны

Буровой установкой называется комплекс, состоящий из буровой вышки (или мачты), бурового и энергетического оборудования, необходимых при бурении скважин. В зависимости от способа бурения буровые установки подразделяются на вращательные, ударные, вибрационные и др. В зависимости от транспортных средств подразделяются на стационарные, передвижные, самоходные и переносные:

По целевому назначению буровые скважины делятся на три основные группы: геологоразведочные, эксплуатационные и технические.

1 - Геологоразведочные скважины :

· Картировочные

· Поисковые

· Разведочные

· Гидрогеологические

· Инженерно-геологические

· Сейсмические

· Структурные

· Опорные

· Параметрические

2 - Эксплуатационные скважины:

· Водозаборные

· Нефтяные и газовые

· Скважины подземной газификации углей

· Скважины для добычи рассолов

· Геотехнологические скважины

3 - Технические скважины:

· Взрывные скважины

· Стволы шурфов и шахт

1.2 Производственные операции бурения

Бурение как производственный процесс состоит из ряда последовательных операций,

1. Транспортирование буровой установки на точку бурения;

2. монтаж буровой установки;

3. Собственно бурение (проходка ствола скважины), которое включает в себя:

а) чистое бурение, т. е. непосредственное разрушение горной породы породоразрушающим инструментом на забое скважины;

б) очистка забоя от разрушенной породы и транспортирование ее от забоя до устья скважины. При бурении с промывкой или продувкой, а также при бурении шнеками эта операция совмещается с основной - чистым бурением;

в) спуско-подъемные операции осуществляются для замены износившегося породоразрушающего инструмента и для подъема керна (образцов пород).

4. Крепление стенок скважины в неустойчивых породах, т. е. способных к обрушения (трещиноватые, слабосвязанные, рыхлые, сыпучие и плывуны), что может производиться двумя способами:

а) крепление спуском в скважину обсадных колонн труб, что требует остановки бурения;

б) крепление промывочными жидкостями, закрепляющими стенки скважины, производимое одновременно с бурением

5. Испытания и исследования в скважине (измерение искривления, каротаж и др.

6. Тампонирование скважин с целью разобщения и изоляции водоносных пластов с разным химическим составом вод или с целью изоляции водоносного пласта от нефтегазоносного.

7. Установки фильтра и водоподъемника в гидрогеологической скважине и производство гидрогеологических исследований (замеры уровня воды в скважине, отборы проб воды, определение дебита скважины с помощью пробных откачек).

8. Предупреждение и ликвидация аварий в скважине.

9. Извлечение обсадных труб и ликвидация скважины после выполнения задачи (ликвидационный тампонаж).

10. Демонтаж буровой установки и перемещение на новую точку бурения

Перечисленные рабочие операции бурения являются последовательными, т. е. могут выполняться последовательно одной и той же бригадой.

При необходимости бурения нескольких скважин и при наличии резервных буровых установок с целью ускорения разведочных ·работ некоторые рабочие операции могут быть параллельными, т. е. выполняться двумя или несколькими специализированными бригадами. Так, например, буровая бригада выполняет собственно бурения и крепление скважины; монтажные бригады занимаются только транспортированием, монтажом, демонтажем буровых установок, ликвидационным тампонажем скважин; каротажная бригада занимается только каротажем и т. п.

1.3 Основные технологические понятия и показатели бурения

Показателями бурения называются параметры, характеризующие количество и качество результатов проходки скважин. Главнейшими из них являются: скорость, стоимость 1 м пробуренной скважины, процент выхода керна, направление ствола скважины и др.

Режимом бурения называется сочетание параметров, которые могут изменяться бурильщиком.

Так, например, при вращательном бурении основными параметрами режима бурения являются: 1) осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент; 2) частота вращения бурового снаряда;

3) качество очистного агента (воды, бурового раствора или сжатого воздуха); 4) объемный расход, т. е. объем в единицу времени очистного агента.

Различают следующие разновидности режимов бурения: оптимальный и специальный.

Оптимальным режимом бурения называется сочетание параметров режима бурения, обеспечивающих максимальную скорость бурения в данных геолого-технических условиях при данном типоразмере породоразрушающего инструмента и при обеспечении требуемых качественных показателей: надлежащего направления ствола скважины и высокого выхода керна.

Специальным режимом бурения называется сочетание специальных технологических задач. Например, взятие керна полезного ископаемого с помощью специальных технических средств, выпрямление ствола скважины, искусственное искривление скважины в заданном направлении и др. В этом случае величина скорости бурения имеет подчиненное значение.

Рейсом бурения называется комплекс работ, затраченных на выполнение следующих рабочих операций: 1) спуск бурового снаряда в скважину; 2) чистое бурение, т. е. углубление скважины (основная операция); 3) подъем бурового снаряда из скважины.

2.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ

Горные породы классифицируются по разным признакам. По происхождению они делятся на: магматические или изверженные; (глубинные и излившиеся); осадочные (механические или обломочные, хемогенные, органогенные); метаморфические, образовавшиеся из магматических и осадочных пород на больших глубинах под действием высоких давлений и температур.. Для бурения важны физико-механические свойства горных пород, которые определяют сопротивляемость породы разрушению, а, следовательно, производительность и затраты. Физические свойства горных пород характеризуют их физическое состояние. Из всего разнообразия физических свойств пород прямо или косвенно влияют на процесс бурения следующие: минеральный состав, степень связности, пористость, плотность, удельный вес, структура, текстура, зернистость.

Механические свойства горных пород являются внешним проявлением физических и выражаются в способности оказывать сопротивление деформированию и разрушению. К ним относятся: прочность, крепость, динамическая прочность, твердость, упругость, хрупкость, пластичность, абразивность и др. В целом, изверженные породы наиболее прочные, за ними следуют метаморфические, потом осадочные, хотя и здесь не без исключений. На прочность пород оказывает существенное влияние степень их выветривания. Есть гранит, а есть выветренный гранит, прочность второго намного ниже.

Изучение физико-механических свойств горных пород необходимо 1) для выбора способа бурения и наиболее производительных типов породоразрушающих инструментов; 2) для разработки рациональной технологии бурения и крепления стенок скважины; 3) для расширения геологической изученности района работ. Особое внимание уделяют исследованию физико-механических свойств керна из опорных скважин, так как результаты этого изучения используются при составлении проектов бурения новых скважин..

2.1 Классификация горных пород по степени связности

По степени связности горные породы разделяются на четыре основные группы: скальные, связные, рыхлые (сыпучие) и плывучие. Скальные породы характеризуются различной, обычно высокой твердостью, обусловленной наличием между минеральными зернами молекулярных сил сцепления, которые после разрушения породы не восстанавливаются. Скальные породы по содержанию кварца разделяются на кварцсодержащие и бескварцевые. Первые характеризуются большей твердостью и абразивностью. Связные породы отличаются от скальных меньшей прочностью. Обычно это некоторые типы осадочных пород, в которых обломочный материал связан цементирующей массой иного состава или структуры. К ним, например, относятся различные песчаники. Рыхлые породы (сыпучие) представляют собой механическую смесь частиц минералов или пород, не связанных между собой. Плывучие породы обладают способностью к течению, это обычно разжиженные водой пески (плывуны), но к течению способны породы и в твердом состоянии, например лед.

2.2 Буримость и классификация горных пород по буримости

Буримостью называется сопротивление горной породы проникновению в нее породоразрушающего инструмента. Буримость является комплексной функцией, зависящей, во-первых, от механических и абразивных свойств горных пород, во-вторых, от применяемой техники и технологии бурения, а именно: способа, типа и площади разрушения. Буримость является одним из основных факторов, определяющих производительность труда в процессе бурения скважин.

Для вращательного колонкового бурения все горные породы разделены на двенадцать категорий по возрастающей трудности бурения. Критерием отнесения к той или иной категории является механическая скорость бурения при стандартных условиях. Определить точно только визуально категорию породы по величине механической скорости бурения в производственных условиях не всегда представляется возможным. Тем не менее, это обычно и практикуется при документации керна. При таком визуальном и субъективном способе не исключаются неточности в отнесении породы к той или иной категории, и здесь важен опыт геолога. Буримость зависит от способа бурения. Поэтому для разных способов бурения разработаны свои классификации горных пород по буримости, в которых горные породы сгруппированы в категории в зависимости от показателя буримости. Ниже приводиться классификация пород по их буримости при колонковом способе. За критерий отнесения породы к соответствующей категории принята углубка скважины за 1 час чистого времени бурения. Скорость проходки пород I категории составляет 20-30 м/час; XII категории - 5-10 см/час.

Таблица 2.1

Классификация горных пород по буримости для вращательного механического бурения скважин

Категория	Горные породы, типичные для каждой категории
	Торф и растительный слой без корней; рыхлые: лесс, пески (не плывуны), супеси без гальки и щебня; ил влажный и иловатые грунты; суглинки лессовидные; трепел: мел слабый
	Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой (до 3 см) гальки и щебня; супеси и суглинки с примесью до 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; пески плотные; суглинок плотный; лесс; мергель рыхлый; плывун без напора; лед; глины средней плотности (ленточные к пластичные); мел; диатомит; сажи; каменная соль (галит); нацело каолинизированные продукты выветривания изверженных и метаморфизованных лород; железная руда охристая
	Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; лесс плотный; дресва; плывун напорный; глины с частыми прослоями (до 5 см) слабосцементированных песчаников и мергелей, плотные, мергелистые, загипсованные, песчанистые; алевролиты глинистые слабосцементированные; песчаники, слабосцементированные глинистым и известковистым цементом; мергель; известняк-ракушечник; мел плотный; магнезит; гипс тонкокристаллический, выветренный; каменный уголь слабый; бурый уголь; сланцы тальковые, разрушенные всех разновидностей; марганцевая руда; железная руда окисленная, рыхлая; бокситы глинистые
	Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород; мерзлые водоносные пески, ил, торф; алевролиты плотные глинистые; песчаники глинистые; мергель плотный; не-1гтот1"ыч известняки и доломиты; магнезит плотный; пористые известняки, туфы; опоки глинистые; гипс кристаллический; ангидрит; калийные соли; каменный уголь; бурый уголь крепкий; каолин (первичный); сланцы глинистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, алевролитовые; серпентиниты (змеевики) сильно выветренные и оталькованные; неплотные скарны хлоритового и ам-фибол-слюдистого состава; апатит кристаллический; сильно выветренные дуниты, перидотиты; кимберлиты, затронутые выветриванием; мартитовые и им подобные руды, сильно выветренныеые; железная руда мягкая вязкая; бокситы
	Галечно-щебенистые грунты; галечник мерзлый, связанный глинистым или песчано-глинистым материалом с ледяными прослойками; мерзлые; песок крупнозернистый и дресва, ил плотный, глины песчанистые, песчаники на известковистом и железистом цементе; алевролиты; аргиллите; глины аргиллитоподобные, весьма плотные, плотные сильно песчанистые; конгломерат осадочных пород на песчано-глинистом или другом пористом цементе; известняки; мрамор; доломиты мергелистые; ангидрит весьма плотный; опоки пористые выветренные; каменный уголь твердый; антрацит, фосфориты желваковые; сланцы глпнисто-слюдяные, слюдяные, тальково-хлоритовые, хлоритовые, хлорито-глинистые, серицитовые; серпентиниты (змеевики); выветренные алъбитофиры, кератофиры; туры серпентинизированные вулканические; дуниты, затронутые выветриванием; кимберлиты брекчиеведные; мартитовые и юл подобные руды, неплотные
	Ангидриты плотные, загрязненные туфогенным материалом; глины плотные мерзлые: глины плотные с прослоями доломита и сидеритов; конгломерат осадочных пород на известковистом цементе; песчаники полевошпатовые, кварцево-известковистые; алевролиты с включениями кварца; известняки плотные доломитизированные, скарнированные; доломиты плотные; опоки; сланцы глинистые, кварцево-серицитовые, кварцево-слюдяные, кварцево-хлоритовые, кварцево-хлорито-серицитовые, кровельные; хлоритизированные и рассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфириты; габбро; аргиллиты слабо окремнелые; дуниты, не затронутые выветриванием; перидотиты, затронутые выветриванием; амфиболиты; пирокоениты крупнокристаллические; тальково-карбонатные породы; апатиты, скарны эпидото- кальцитовые; колчедан сыпучий; бурые железняки ноздреватые; гематито-мартитовые руды; сидериты
	Аргиллиты окремненные; галечник изверженных и метаморфических пород (речник); щебень мелкий без валунов; конгломераты о галькой (до 50%) изверженных пород на песчано-глиниотом цементе; конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе; песчаники кварцевые; доломиты весьма плотные; окварцованные полевошпатовые песчаники, известняки; опоки крепкие плотные; фосфоритовая плита; сланцы слабо окремненные; амфибол-магнетитовые, куммингтонитовые, роговообманковые, хлорито-роговообманковые; слабо рассланцованные альбитофиры, кератофиры, диабазовые туфы; затронутые выветриванием: порфиры, порфириты; крупно- и среднезернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы; пироксениты, пироксениты рудные; кимберлиты базальтовидные; скарны кальцитосодержащие авгито-гранатовые; кварцы пористые (трещиноватые, ноздреватые, охристые); бурые железняки ноздреватые пористые; хромиты; сульфидные руды; мартито-сидеритовне и гематитовые руды; амфибол-магнетитовая руда
	Аргиллиты кремнистые; конгломераты изверженных пород на известковистом цементе; доломиты окварцованные; окремненные известняки и доломиты; фосфориты плотные пластовые; сланцы окремненные: кварцево-хлоритовые, кварцево-оерицитовые, кварцево-хлорито-эпидотовые, слюдяные; гнейсы; среднезернистые альбитофиры и кератофиры; базальты выветренные; диабазы; андезиты} диориты, не затронутые выветриванием; лабрадориты; перидотиты; мелкозернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, габбро; затронутые выветриванием гранито-гнейоы, пегматиты, кварцево-турмалиновые породы; скарны крупно- и среднезернистые кристаллические авгито-гранатовые, авгито-эпидотовые; эпидозиты; кварцево-карбонаткые и кварцево-баритовые породы; бурые железняки пористые; гидро-гематитовые руды плотные; кварциты гематитовые, магнетитовые; колчедан плотный; бокситы диаспоровые
	Базальты, не затронутые выветриванием; конгломераты изверженных пород на кремнистом цементе; известняки карстовые; кремнистые песчаники, известняки; доломиты кремнистые; фосфориты плаcтовые окремненные; сланцы кремнистые; кварциты магнетитовые и гематитовые тонкополоcчатые, плотные мартито-магнетитовые; роговики амфибол-магнетитовые и серицитизированные; альбитофиры и кератофиры; трахиты; порфиры окварцованные; диабазы тонкокристаллические; туфы окремненные; ороговикованные; затронутые выветриванием липариты, микрограниты; крупно- и cреднезернистые граниты, гранито-гнейcы, гранодиориты; сиениты; габбро-нориты; пегматиты; березиты; скарны мелкокристаллические авгито-эпидото-гранатовые; датолито-гранато-геденбергитовые; скарны крупнозернистые, гранатовые; окварцоваяные амфиболит, колчедан; кварцево-турмалиновые породы, не затронутые выветриванием; бурые железняки плотные; кварцы со значительным количеством колчедана; бариты плотные
	Валунно-галечные отложения изверженных и метаморфизованных пород; песчаники кварцевые сливные; джеспилиты; затронутые выветриванием, фосфатно-кремнистые породы; кварциты неравномернозерниотые; роговики с вкрапленностью сульфидов; кварцевые альбитофиры и кератофиры; липариты; мелкозернистые граниты, гранито-гнейоы и гранодиориты; микрограниты; пегматиты плотные, сильно кварцевые; скарны мелкозернистые гранатовые, датолито-гранатовые; магнетитовые и мартитовые руда, плотные, с прослойками роговиков; бурые железняки окремненные; кварц жильный; порфириты сильно окварцованные и ороговикованные
	Альбитофиры тонкозернистые, ороговикованные; джеспилиты, не затронутые выветриванием; сланцы яшмовидные кремнистые; кварциты; роговики железистые, очень твердые; кварц плотный; корундовые породы; джеспилиты гематито-мартитовыв и гематито-магнетитовые
	Совершенно не затронутые выветриванием монолито-сливные джеспилиты, кремень, яшмы, роговики, кварциты, эгириновые и корундовые породы

Как видно из таблицы, для отнесения породы к той или иной категории по буримости к ее названию дополнительно даются несколько определений, уточняющих свойства и состояние пород.

3. ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН

Тампонированием скважины называется комплекс работ по изоляции отдельных ее интервалов. Тампонирование осуществляется с целью предотвращения обвалов скважины и размывания пород в пространстве за обсадными трубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, перекрытия трещин, пустот, каверн, для ликвидации водопроявлений, поглощения промывочной жидкости при бурении.

Рис. 3.1 Общая схема тампонажа:

1 - колонна обсадных труб; 2 - тампонажный материал; 3, 4, 5 - изолируемый, водонепроницаемый и водоносный пласты соответственно.

При бурении на жидкие и газообразные полезные ископаемые, а также на минеральные соли необходимо изолировать пласт полезного ископаемого от вышележащих пластов. Изоляция отдельных горизонтов в скважине необходима для предотвращения проникновения грунтовых и пластовых вод в пласт полезного ископаемого. При подходе к продуктивному пласту проходка скважины прекращается в водонепроницаемом вышерасположенном пласте. Затем в скважину спускают колонну обсадных труб, а кольцевое пространство между низом колонны и стенами скважины заполняют водонепроницаемым материалом. Тампонированием затрубного пространства обсадная колонна предохраняется от сжатия давлением и корродирующего воздействия минерализованных подземных вод.

Применяют постоянное и временное тампонирование. Постоянное тампонирование проводят на длительное время. При постоянном тампонировании околоствольное пространство изолируется от ствола скважины. Временное тампонирование предназначается для изоляции отдельных горизонтов и проводится на срок испытания скважины.

Тампонирование производят для разобщения и изоляции водоносных пластов с разным химическим составом. Например, для изоляции горько-соленой воды от питьевой, изоляции водоносных пластов от нефтегазоносных, для производства опытных нагнетаний воды в пористый пласт, для защиты обсадных труб от коррозии минеральными водами, для устранения циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ликвидации скважины.

В качестве тампонажных материалов используют глину, цемент, глиноцементные смеси с наполнителями, быстросхватывающиеся смеси (БСС), битумы и смолы.

Тампонирование глиной применяют при бурении неглубоких разведочных или гидрогеологических скважин. Если в месте намечаемого тампонирования залегает пласт глины мощностью 2-3 м, то тампонирование осуществляют задавливанием башмака обсадной колонны в глину, предварительно пробурив этот лласт на 0,5-0,6 м.

При отсутствии на забое глины или при недостаточной мощности ее пласта нижнюю часть скважины заполняют вязкой глиной, в башмак обсадной колонны вставляют конусную пробку, которой выдавливают глину в затрубное пространство. По окончании тампонирования пробки разбуривают.

Тампонирование с помощью цемента называется цементированием скважин. Цементирование используют при бурении скважины на воду, нефть, газ и в случаях, когда необходимо получить прочный и плотный тампон на весьма продолжительное время.

Для цементирования скважин используют тампонажный цемент на основе портландцемента.

После смешивания с водой тампонажный цемент должен давать подвижный раствор, перекачиваемый насосами, который с течением времени загустевает и затем превращается в водонепроницаемый цементный камень. Цементный раствор надо изготовлять как можно быстрее, чтобы предупредить его схватывание во время нагнетания в скважину. Готовят цементный раствор в цементомешалках или в специальных цементировочных агрегатах, смонтированных на автомобиле.

Наиболее широко применяемый способ цементирования при разведочном бурении - погружение башмака обсадной колонны в цементный раствор, залитый на забой скважины. Забойное цементирование проводят для изоляции нижней призабойной части колонны обсадных труб. Цементный раствор заливают в скважину через заливочные трубы на высоту 2-3 м.

После извлечения из скважины заливочных труб на забой спускают колонну обсадных труб. После затвердения цементного раствора разбуривают пробку в обсадных трубах и продолжают проходку скважины.

Временное тампонирование скважин производится на непродолжительный период проведения раздельного исследования водоносных (нефте- и газоносных) горизонтов.

Для разобщения отдельных участков скважины, подвергаемых исследованиям (откачки, нагнетания), используют специальные тампоны, называемые пакерами. По принципу действия различают пакеры простого и двойного действия. Пакеры простого действия разделяют скважину на два изолированных друг от друга участка, а двойного действия - на три.

Принцип действия пакера основан на том, что при расширении резиновой манжеты или подушки надежно уплотняется зазор между стенками скважины и колонной труб, на которой опускается тампон. Резиновая манжета (подушка) в скважине может уплотняться механически, с помощью воды или сжатого воздуха.

Гидравлический пакер (рис. 8.2.) с двумя резиновыми камерами 3 (двойного действия) спускают в скважину на колонне труб 1. Вода, подаваемая под давлением через трубки 2 в камеры 3, прижимает их к стенкам скважины. Таким образом скважина разделяется на три участка. Через фильтровую трубу 4 после установки пакера производят опытные откачки или наливы.

Тампонирование без обсадных труб. Для борьбы с поглощением промывочной жидкости без уменьшения диаметра скважины применяют БСС различного состава. Дозировка смеси, содержащей портландцемент, глинистый раствор, жидкое стекло, каустическую соду и воду, зависит от качества цемента и глины. Изменением количества жидкого стекла и каустической соды регулируют свойства смеси и сроки ее схватывания. Через 20-35 мин после приготовления БСС теряет подвижность, а через 1-1,5 ч заканчивается ее схватывание. Используют также тампонажные смеси на основе синтетических смол путем смешивания их с наполнителем и последующим введением в смесь отвердителя.

Тампонажные смеси должны быть доставлены к месту поглощения промывочной жидкости до потери подвижности. Смесь, доставляют одним из следующих способов: 1) заливкой через устье неглубокой скважины; 2) закачиванием через бурильную колонну, 3) в колонковом наборе, закрытом снизу глиняной пробкой, с последующим выдавливанием промывочной жидкостью; 4) с использованием специальных тампонажных устройств.

Доставленную в зону поглощения тампонажную смесь после выдержки в течение времени, необходимого для ее затвердевания, разбуривают.

3.1 Производство работ по цементированию скважины при помощи двух пробок

Если необходима большая высота подъема цемента в затрубном пространстве (на любое расстояние от забоя, вплоть до устья скважины), применяется цементирование под давлением с разделяющими пробками. При этом используют две разделяющие пробки и цементировочную головку. Разделяющие пробки снабжены уплотняющими резиновыми манжетами. Верхняя пробка сплошная, а в нижней выполнен осевой канал, перекрытый стеклянным диском или резиновой перепонкой.

Промывка затрубного пространства. Через отвод 1 (рис. 8.1, а) цементировочной головки нагнетают промывочную жидкость для промывки скважины. При этом колонна обсадных труб подвешена в устье скважины с помощью лафетного хомута и не касается забоя.

Введение в обсадные трубы нижней пробки. Для этого цементировочную головку отвинчивают от колонны и в устье обсадной колонны вводят нижнюю пробку. После этого навинчивают цементировочную головку с закрепленной в ней верхней пробкой

Нагнетание цементного раствора в колонну обсадных труб. Освобождение верхней пробки и ее продавливание вдоль колонны. Вывинчивают выдвижные стопоры 6 цементировочной головки, освобождая этим верхнюю пробку и через отвод нагнетают промывочную жидкость (глинистый раствор или воду) для продавливания пробок. Тогда система, состоящая из двух пробок и цементного раствора между ними, будет перемещаться вниз.

Продавливание цементного раствора в затрубное пространство. Когда нижняя пробка упрется в упорное (стопорное) кольцо, закрепленное между трубами и башмаком, тогда возросшим давлением насоса раздавливается стеклянная пластинка, перекрывающая отверстие в нижней пробке, и цементный раствор через это отверстие продавливается в кольцевое затрубное пространство (рис. 8.1, в). Окончание нагнетания цементного раствора в затрубное пространство соответствует моменту схождения пробок (рис. 8.1, г), определяемому по резкому повышению давления на манометре.

Снятие колонны обсадных труб с лафетного хомута и спуск колонны до забоя.

Для этого колонну с помощью элеватора, крюка, талевой системы и лебедки бурового станка приподнимают, вынимают из корпуса лафетного хомута и спускают колонну до забоя.

Выдерживание колонны обсадных труб под давлением (при закрытых отводах 1 и 2) в течение 12-24 ч до конца схватывания и затвердевания цемента.

Снятие цементировочной головки, разбуривание пробок и упорного кольца, очистка забоя.

Проверка результата тампонирования. Для этого понижают откачкой уровень жидкости в скважине ниже (не менее чем на 10 м) статического уровня тампонируемого водоносного горизонта. Если в течение суток уровень воды в скважине не поднялся (не учитывая поднятия уровня до 1м за счет стенания капель по стенкам труб), то считают, что тампонирование водоносного пласта произведено и об этом составляется акт.

Рис. 3.3 Схема тампонажа скважины цементом по способу «с двумя пробками»:

а - начало закачивания цемента; б - конец закачки цемента; в - начало подъема цемента в затрубное пространство; г - конец цементации

1 - запорный кран; 2 - манометр; 3 - головка для цементации; 4 - верхняя часть пробки; 5 - резиновые манжеты; 6 - нижняя часть пробки; 7 - обсадная труба; 8 - верхняя пробка; 9 - нижняя пробка

3.2 Ликвидационный тампонаж скважины

Пробурив скважину, производят контрольный замер ее глубины, измерение зенитных углов и азимутов через установленные интервалы (обычно 20 м) и геофизические исследования (каротаж). Затем приступают к извлечению обсадных колонн и ликвидационному тампонированию скважины.

Цель ликвидационного тампонирования состоит в том, чтобы изолировать все водоносные пласты и пласты полезного ископаемого, подлежащего разработке, от поступления в них воды по скважине и трещинам из изолируемого водоносного пласта и устранить возможность циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ее ликвидации.

Для ликвидационного тампонирования скважины, пройденной в скальных и полускальных породах, применяют цемент, в породах глинистых - пластичную жирную глину. Скважина, пробуренная с применением глинистого раствора и тампонируемая цементом, перед тампонированием промывается водой для разглинизации. Цементный раствор нагнетают насосом через бурильные трубы, опущенные до забоя. По мере заполнения скважины цементным раствором бурильные трубы приподнимают. После подъема насос и бурильные трубы должны быть промыты водой для очистки от остатков цементного раствора.

При тампонировании глиной ее замачивают, приготовляют густое глиняное тесто, затем с помощью глинопресса или вручную готовят цилиндры из глины. Глиняные цилиндры опускают на забой скважины в длинной колонковой трубе и, приподняв колонковую трубу на 1,0-1,5 м над забоем, выпрессовывают с помощью насоса давлением воды обычно при 1,0-1,5 МПа. Для надежности каждую порцию тампонажной глины трамбуют металлической трамбовкой.

Для ликвидационного тампонирования глубоких скважин хорошо зарекомендовали себя:

1. Глинисто-цементный раствор, изготовляемый на базе глинистого раствора повышенной вязкости (Т = 50-80 с, и = 500- 1500 Н/см2).

На 1 м3 глинистого раствора добавляют 120-130 кг тампонажного цемента и 12 кг жидкого стекла.

2. Для тампонирования законченных скважин применяют отверждаемый глинистый раствор (ОГР) следующего состава: нормальный глинистый раствор - 64%; формалин - 11%; ТС-10 -25%. ТС-10 представляет собой темно-коричневую жидкость, изготовленную из смеси (в надлежащих пропорциях) сланцевых фенолов, этиленгликоля и раствора едкого натра.

В ряде разведочных районов к тампонажным растворам добавляют песок.

При наличии полного поглощения промывочной жидкости на интервале скважины выше зоны поглощения устанавливают деревянные пробки. В устье ликвидированной скважины оставляют обсадную трубу с цементной пробкой. На трубе отмечают номер и глубину скважины.

При выполнении работ по ликвидационному тампонированию следует руководствоваться утвержденными инструкциями или правилами выполнения этого вида работ, действующими в данном регионе. О выполнении ликвидационного тампонирования составляется акт по форме, предусмотренной инструкцией или правилами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воздвиженский Б.И. Разведочное бурение / Б.И. Воздвиженский, О.Н. Голубинцев, А.А. Новожилов. - М.: Недра, 1979. - 510 с.

2. Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. - М.: Недра, 1991. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Закономерности разрушения горных пород. Буровые долота. Бурильная колонна, ее элементы. Промывка скважины. Турбинные и винтовые забойные двигатели. Особенности бурения скважин при равновесии "скважина-пласт".

презентация , добавлен 18.10.2016


Оборудование ствола и устья скважины. Характеристика и условия работы насосных штанг. Законтурное и внутриконтурное заводнение. Классификация скважин по назначению. Ликвидация песчаных пробок гидробуром. Методы воздействия на призабойную зону пласта.

курсовая работа , добавлен 26.10.2011


Метод ударно-канатного бурения скважин. Мощность привода ротора. Использование всех типов буровых растворов и продувки воздухом при роторном бурении. Особенности турбинного бурения и бурения электробуром. Бурение скважин с забойными двигателями.

курсовая работа , добавлен 10.10.2011


Геологическое строение, стратиграфия, тектоника, нефтегазоносность месторождения. Состояние фонда скважин. Состояние фонда скважин, способы их эксплуатации. Ликвидация песчаных пробок промывкой водой. Определение глубины установки промывочного устройства.

дипломная работа , добавлен 31.12.2015


Особенности буровых работ. Методы контроля и регулирования, применяемые в процессе бурения скважины. Общая характеристика некоторых прогрессивных методик, обеспечивающих процесс бурения. Критерии оценки технического состояния скважин. Организация ГИС.

шпаргалка , добавлен 22.03.2011


Геолого-технические условия бурения и отбора керна. Способ бурения и конструкция скважины. Разработка режимов бурения скважины. Повышение качества отбора керна. Искривление скважин и инклинометрия. Буровое оборудование и инструмент. Сооружение скважин.

курсовая работа , добавлен 05.02.2008


Характеристика геологического разреза на территории нефтяного месторождения, классификация породы. Выбор способа бурения и построение конструкции скважин, расчет глубины спуска кондуктора. Мероприятия по борьбе с самопроизвольным искривлением скважин.

курсовая работа , добавлен 01.12.2011


Характеристика геологического строения месторождения Жетыбай, системы его разработки. Техника и технология добычи нефти и газа. Изучение правил промывки скважин для удаления песчаных пробок. Сравнительный анализ эффективности прямой и обратной промывки.

дипломная работа , добавлен 08.02.2015


Схема колонкового бурения, инструмент и технология. Конструкция колонковых скважин и буровые установки. Промывка скважин и типы промывочной жидкости, условия их применения. Назначение глинистых растворов и их свойства. Расчет потребного количества глины.

курсовая работа , добавлен 12.02.2009


Причины и механизм самопроизвольного искривления ствола скважин, их предупреждение. Назначение и область применения наклонно-направленных скважин. Цели и способы направленного бурения. Факторы, определяющие траекторию перемещения забоя скважины.

Давайте рассмотрим технологию бурения скважин на воду, как сегодня выполняются такие работы, и каким образом эти знания могут помочь непрофессионалу.

Что нужно знать о скважинах

Конечно, было бы неразумно долгое время учиться, узнавая все тонкости создания скважин, для того, чтобы потом эту работу сделал кто-то другой, да и при личном участии в работах такой объем знаний не нужен. Тем не менее технологию бурения хотя бы в упрощенном виде знать нужно, потому что это будет защитой от ошибок, да и от обмана недобросовестными исполнителями.

Рассмотрим три основных способа бурения:

1. Шнековое.
2. Роторное.
3. Ударно-канатное.

Они различаются способами разрушения грунта в скважине, а также методами, извлечения породы. Это, конечно же, сказывается на стоимости работ, и на то, как будет выглядеть участок после каждого вида оборудования. Давайте остановимся на технологии более детально.

Этот метод по праву считается самым дешевым и простым. Поэтому спрос на него более высокий, что сказалось на формировании бригад, представители которых будут настаивать именно на таком бурении, ведь в случае отказа они останутся без работы, так как другого оборудования, зачастую, не имеется.

Такая технология приемлема только для мягких пород грунта.

Для работ применяется малогабаритная буровая установка, доставить которую может небольшой грузовик. Собрав за четверть часа оборудование, бригада сразу приступает к работе. Шнек входит в грунт, и благодаря тому, что это своего рода винт, земля без проблем поднимается на поверхность его лопастями. Ландшафт остается практически нетронутым, и навести порядок после ухода бригады не составит труда, тем более, когда скважина менее 10 м. и работы выполнялись без бурового раствора.

Бурение роторным способом

Сейчас эта технология является самым распространенным способом устройства скважин на воду. Что она собой представляет? Используется специальная бурильная труба, внутри которой находится вращающийся вал с наконечником – долото. Именно этот наконечник погружается вглубь. Работает система при помощи гидравлической установки. Такой способ позволяет бурить практически любую породу даже на большой глубине.

Принцип работы такой буровой установки основан на разрушении буром слоя грунта внутри обсадных труб, и вымывании его из скважины бурильным раствором. С помощью такой технологии разрушаются даже фрагменты подземных скальных пород.

Для более качественного вскрытия водоносного горизонта и получения большей отдачи потребуется обратная промывка.

Уже через 2–3 недели после начала работ можно делать анализ артезианской воды, которой должно с избытком хватить для одного домовладения.

Однако, этот тспособ наиболее трудоемкий, и выполняется на более сложном оборудовании. По этой причине бурение скважин с использованием обратной промывки обычно обходится дорого. Такая установка имеет большую массу, поэтому размещается на платформе мощных грузовых автомобилей МАЗ, ЗИЛ и им подобных. Передвижение тяжелой техники по приусадебному участку очень изменит его вид.

Такая технология позволяет пробиться до водоносного слоя с большими усилиями. Хотя этот метод очень старый и не скоростной, тем не менее он остается самым качественным способом устройства скважины.

Суть этого метода заключается в том, что почва разрушается тяжелым снарядом, который падает с определенной высоты, и врезается в грунт. При вытягивании снаряда внутренняя полость его очищается, и процесс повторяется. Если грунт остался в скважине, то используется желонка, но, чаще всего они объединены в одном снаряде.

Работы проводятся до тех пор, пока в достаточной мере не откроется водяной слой.

Преимущество такого бурения в том, что происходит «сухое» операция, так как не применяется раствор. Это способствует более точному вскрытию водоносного горизонта и обеспечивает максимально возможный эффективный срок службы скважины более 50 лет.

Наиболее эффективной и экономичной конструкцией для добычи подземных вод является буровая скважина. Это отличная альтернатива централизованного водоснабжения для земледельческого, садового хозяйства или загородного дома.

Обстроить скважину на воду можно разными способами. Рассмотрим основные технологии бурения и остановимся на общих рекомендациях по созданию собственного автономного источника питьевой воды.

Выбираем тип скважины на воду

Бурение скважины на воду - достаточно трудоемкий процесс, требующий от исполнителя определенных знаний и навыков. Зависимо от геологических особенностей грунта и предполагаемых потребностей воды надо подобрать оптимальный тип скважины и технологию ее обустройства.

Стволы для скважин бывают нескольких типов:

1. безфильтровые (артезианские);
2. фильтровые (песчаные скважины);
3. колодцы.

Бурение артезианских скважин на воду осуществляется до пористого известняка, глубина залегания которого более 150 метров. Артезианская скважина способна обеспечить несколько загородных домов бесперебойной подачей воды круглый год (в таких забоях вода не замерзает). Период эксплуатации безфильтровой артезианской скважины достигает 50-ти лет.

Глубина бурения скважин на воду фильтрового типа (на песок) составляет - 15-30 метров. Устройство песчаной скважины представляет собой заглубленную трубу, на конце которой находиться фильтр, отсеивающий крупные фракции песка. Такой скважины достаточно для небольшого загородного дома или дачного участка.

К числу достоинств скважины на песок относятся:

• простота бурения;
• низкая стоимость обустройства скважины.

Недостатки фильтровых скважин на песок:

• невысокая производительность (около 1 м3 за час);
• срок эксплуатации - до 10 лет;
• высокая вероятность заиливания;
• попадание в забой поверхностных и грунтовых вод.

Трубчатый (абиссинский) колодец имеет глубину 8-12 метров, сооружается с применением бетонных заводских колец. При наличии на участке хорошего родника, колодец быстро наполняется и накапливает воду (средняя вместительность - 2 м3 воды).

Выбирая конструкцию ствола для скважины, надо учитывать предполагаемые потребности в воде и регулярность ее потребления. Для дачного участка с сезонным пребыванием подойдет фильтровой ствол, а для обеспечения водой большого частного дома надо обустраивать артезианскую скважину - наиболее надежный вариант автономного водоснабжения.

Бурение скважин на воду: отзывы и советы выбора типа скважины

Способы бурения скважин на воду: технология, достоинства и недостатки метода

Классифицировать способы бурения можно по двум главным критериям.

1. По применяемым механизмам:
   • ручное бурение;
   • механическое бурение.
2. По принципу работы бурового инструмента:
   • ударный способ;
   • вращательный способ;
   • ударно-вращательный.

Рассмотрим наиболее востребованные способы бурения скважин на воду.

Ручной способ бурения скважин

Пробурить вручную можно скважину, глубина которой не будет превышать 25 метров. Бурение производиться до достижения водоупорного слоя.

Для ручного бурения скважин на воду используют такое оборудование:

В случае если глубина скважины небольшая, то управлять бурильной колонной можно вручную. Штанги для бурения можно сделать из труб, соединив их при помощи резьбы или шпоном. Буровая головка крепится на конец нижней штанги.

Весь технологический процесс ручного бурения скважины можно разбить на несколько этапов:

Для полной очистки воды обычно достаточно откачать 2-3 ведра грязной грунтовой воды. Для этого можно использовать насос погружного типа

Ручное бурения имеет как преимущества, так и недостатки. К достоинствам способа относятся:

• низкая стоимость работ;
• неизменность структуры проходимого грунта.

Недостатки способа:

• ограниченная глубина бурения;
• небольшой дебет скважины, обусловленный маленьким диаметром сооружения;
• срок службы «ручной» скважины от 2-х до 10-ти лет (зависимо от условий эксплуатации).

Роторный способ: обратная и прямая промывка

Вращательный (роторный) метод бурения наиболее распространенный способ обустройства глубоких скважин на воду.

Вращательный способ подразумевает использование специальных установок. Бурение скважин на воду осуществляется при помощи оборудования:

Установки для бурения оснащены специальной трубой, в полостях которой есть вращающийся вал с долотом. За счет гидравлической установки создается воздействие на долото. Грунт из скважины вымывается бурильным раствором.

Различают две технологии бурения скважин водой:

Прямая промывка . Жидкость подается по стволу скважины в направлении сверху вниз. Раствор, вымывая породу, выходит через затрубное пространство наружу.

К числу достоинств роторного способа прямой промывкой можно отнести:

• универсальность метода (можно создать скважину любой глубины);
• большой дебет скважины, за счет большого диаметра бурения.

Недостаток прямой промывки заключается в размывании водоносного горизонта.

Обратная промывка . Бурильный раствор самотеком поступает в затрубное пространство. В последующем, раствор выкачивается с помощью насоса.

Преимущество бурения скважины давлением воды с обратной промывкой - максимальное вскрытие водоносного горизонта обеспечивает максимальный дебит скважины.

Основной недостаток данного способа - его дороговизна. Для работы необходимо привлекать сложное оборудование и квалифицированных специалистов.

Бурение скважин водой:видео

Ударно-канатное бурение

При ударно-канатном способе бурения скважины на воду разбивка грунта достигается за счет падения с вышки тяжелого инструмента (забивного стакана).

При самостоятельном бурении можно использовать самодельную буровую вышку и дополнительные инструменты (забойный стакан, канат, инвентарь для извлечения грунта).

Последовательность ударно-канатного бурения:

Для бурения глубоких скважин ударно-канатным способом необходимо привлекать специальные установки: УКС-22М2, УГБ-1ВС, УГБ-50.

Шнековый способ обустройства скважины

Основным рабочим инструментом при шнековом бурении выступает классический Архимедовый винт (шнек). К буровой штанге приварены лопасти, которые вращательными движениями выносят породу на поверхность.

Шнековый способ подходит для бурения неглубоких скважин (не более 10 метров)

Для осуществления данного способа используются малогабаритные легкоперевозимые буровые установки.

Достоинства шнекового способа бурения:

• экономичность и эффективность метода при бурении небольших скважин (до 50 метров) на песчано-глинистых грунтах;
• доступность способа;
• почвенные слои не размываются.

Недостатки шнекового метода обустройства скважин на воду:

• подходит только для песчаных пород грунта;
• если в ходе работ шнек упрется в камень, то процесс придется остановить, и начать бурение в другом месте.

Колонковый метод бурения

Колонковый метод редко применяется для бурения скважин на воду. Чаще он используется как способ инженерно-геологического и гидрогеологического исследования.

При бурении используется оборудование (ЗиФ 650, ЗиФ 1200) с кольцевой твердосплавной или алмазной коронкой. В процессе бурения, через полость коронки удается извлечь столб породы и определить наличие тех или иных природных ископаемых.

При бурении колонковым способом происходит кольцевое разрушение и последующее вымывание грунта

Достоинства колонкового метода:

• высокая скорость обустройства скважины;
• возможность бурения очень твердых пород грунта;
• буровые установки компактны и могут использоваться в труднодоступных метах.

Недостатки колонкового метода:

• быстрое стачивание рабочей коронки;
• небольшое сечение (около 150 мм) не позволяет применять мощные погружные насосы.

Независимо от способа бурения, скважина на воду должна соответствовать определенным требованиям:

• водоносный горизонт должен быть раскрыт качественно с минимальным сопротивлением прифильтровых зон;
• содержание металлических элементов в конструкции - минимально;
• если разные водоносные горизонты не эксплуатируются совместно, то их надо изолировать друг от друга;
• возможность проведения ремонтных работ;
• надежность скважины.

Бурение скважины на воду - сложный технологический процесс, грамотное выполнение которого станет залогом бесперебойной подачи качественной воды в течение всего срока эксплуатации скважины.