Способы бурения скважин на акваториях

Обновлено: 16.07.2024

Требования к бурению разведочных скважин на море

Наибольшее распространение на море получили бурильные трубы нефтяного сортамента диаметром 0,127 м . Соответственно диаметр скважины не может быть меньше 0,132 м .

Установленные геологические разрезы и глубины разведываемых акваторий, геолого-методические и эксплуатационно-технические требования к бурению скважин рассмотренных целевых назначений определяют следующие их параметры:

Максимальная глубина скважины, м:

по воде/по породам . 300/300

Диаметр скважины в рыхлых отложениях, м:

Диаметр скважины в коренных породах, м: ;

Основная зона шельфа, разведываемая геологами, составляет полосу шириной от сотен метров до 25 км . Удаленность точек заложения скважин от берега при бурении с ледового припая зависит от ширины припайной полосы и для арктических морей достигает 5 км .

Горно-геологические условия характеризуются в основном мощностью и физико-механическими свойствами горных пород, пересекаемых скважиной. Отложения шельфа обычно представлены рыхлыми породами с включением валунов. Основными составляющими донных отложений являются илы, пески, глины и галька. В различных соотношениях могут образовываться отложения песчано-галечные, суглинки, супеси, песчано-илистые и т.д. Для шельфа дальневосточных морей породы донных отложений представлены следующими видами, %: илы — 8, пески — 40, глины — 18, галька — 16, прочие — 18. Валуны встречаются в пределах 4 —6 % в разрезе пробуренных скважин и 10—12 % скважин от общего их количества.

Рациональные способы бурения разведочных скважин на море

Рациональным является такой способ бурения скважины, который обеспечивает достаточно качественное выполнение поставленной задачи при минимальных трудовых и материальных затратах. Выбор такого способа бурения базируется на сравнительной оценке его эффективности, определяемой многими факторами, каждый из которых в зависимости от геолого-методических требований, назначения и условий бурения может иметь решающее значение. При выборе рационального способа бурения оценивать следует, прежде всего, и главным образом по фактору, отражающему целевое назначение скважины. При выявлении двух и более способов бурения, обеспечивающих пусть даже различное, но достаточное качество выполнения поставленной задачи, следует продолжить их оценку по другим факторам. Если сравниваемые способы не обеспечивают качественного решения геологической или технической задачи, ради которой осуществляется бурение, то оценивать их, например, по производительности и экономической эффективности не имеет практического смысла.

Факторы, влияющие на процесс и эффективность бурения на море, специфические (см. рис.16). Они ограничивают или вовсе исключают возможность применения некоторых способов и технических средств, признанных эффективными для бурения скважин того же назначения на суше. Исходя из этого эффективность способов бурения разведочных скважин на море предложено оценивать по четырем показателям:

§ геологической информативности;

§ эксплуатационно-технологическим возможностям;

§ технической эффективности;

§ экономической эффективности.

Геологическая информативность определяется конкретными задачами бурения разведочных скважин. При разведке месторождений полезных ископаемых геологическую информативность способов бурения оценивают по качеству отбираемого керна. Керн должен обеспечивать получение геологического разреза и фактических параметров месторождения: литологического и гранулометрического состава разбуриваемых отложений, их обводненности, границ продуктивного пласта, крупности находящегося в нем металла (при разведке россыпей), содержания полезного компонента, содержания тонкодисперсного материала и глинистых примазок (при разведке стройматериалов) и т.п. Для точного определения этих параметров необходимо предотвратить обогащение или обеднение отбираемых проб керна по каждому интервалу опробования.

Геологическую информативность способов бурения при инженерно-геологических изысканиях оценивают по возможности определения физико-механических свойств грунтов, находящихся в естественном, природном залегании. Достигают этого путем выбуривания проб грунтов (монолитов) и исследования их свойств в специальных лабораториях или определением свойств грунтов непосредственно в стволе скважины. Последний способ перспективнее, так как может обеспечить более быстрое и качественное получение результатов исследований.

Таким образом, эксплуатационно-технологические возможности способа бурения определяются качеством выполнения поставленной задачи, его технической и экономической эффективностью.

Критериями оценки технической эффективности являются: мгновенная, средняя, рейсовая, техническая, парковая, цикловая скорости бурения; производительность за смену, сезон; время выполнения отдельных операций, проходки всей скважины или отдельного ее интервала; износ оборудования, обсадных труб и инструмента; универсальность; металлоемкость; энергоемкость; мощность; транспортабельность бурового оборудования и др.

Все виды скоростей и производительность бурения определяются затратами времени на выполнение того или иного процесса или операции. При выборе способа бурения для условий моря фактор времени является одним из важнейших критериев.

Критерии экономической эффективности включают в себя показатели, характеризующие затраты в рублях. Важнейшие из этих критериев — стоимость 1 м бурения, стоимость сооружения всей скважины или отдельного ее интервала, в большой степени, зависящие от технической эффективности. К ним же могут быть отнесены критерии, характеризующие затраты на содержание вспомогательных плавсредств, расход различных материалов, которые быстро изнашиваются при использовании их в сложных гидрологических и агрессивных условиях моря (например, обсадных и бурильных труб, тросовой оснастки буровых и якорных лебедок и т.д.).

Ударный способ бурения

Ударный способ бурения в зависимости от способа отбора керна подразделяют на: ударный сплошным забоем, клюющий кольцевым забоем и ударно-забивной или просто забивной кольцевым забоем.

Ударное бурение сплошным забоем заключается в разрушении пород забоя долотами, удалении продуктов разрушения желонками и получении образцов пород в виде шлама. Ударное бурение сплошным забоем на море переходят только при необходимости разрушения встречающихся валунов и крепких пород.

Клюющий способ бурения заключается в том, что буровой снаряд, включающий жестко соединенные между собой керноприемный стакан и утяжеленную трубу, сбрасывают на забой с некоторой высоты; стакан углубляется в породу, затем снаряд поднимают на поверхность для отбора керна из стакана. Величина углубления стакана в породы в рейсе зависит от энергии удара снаряда о забой. При бурении этим способом на море достичь значений энергии удара, достаточных для погружения стакана в породы на глубину хотя бы 0,1—0,2 м, трудно, так как буровой снаряд движется в скважине, заполненной водой, и испытывает большие гидравлические сопротивления движению. Поэтому на море этот способ бурения не применяют.

Основной разновидностью ударного бурения в рыхлых породах на море является забивной способ, обеспечивающий получение образцов пород в виде керна. Отбор керна при этом осуществляется нанесением ударов по трубчатому керноприемнику, снабженному упроченным кольцевым башмаком, который выполняет роль породоразрушающего инструмента. Выход керна при отборе его из обсадной колонны забивными керноприемниками примерно такой же, как и при отборе, его вдавливаемыми грунтоносами.

Таким образом, наибольший выход керна рыхлых пород на море имеет место при вдавливающем способе бурения со скоростью погружения обсадных труб и грунтоносов в породы менее 0,02 м/с и всего на 3—4 % меньше при забивном способе со скоростью погружения обсадных труб и забивных керноприемных снарядов в породы более 0,16 м/с.

Однако ударно-забивной способ позволяет бурить разведочные скважины любых необходимых диаметров в рыхлых, крепких и перемежающейся крепости породах. Бурение вдавливанием экономически оправдано только диаметром до 0,108 м и только в рыхлых отложениях без включения гальки и валунов и поэтому не вполне отвечает обобщенным ГМТ, предъявляемым к бурению разведочных скважин.

При бурении многих видов разведочных скважин требуется внедрение в коренные породы (структурные, разведочные на россыпи, уголь и т.д.). Выбуривание керна из таких пород возможно только вращательным способом. Это единственный способ производительного бурения, обеспечивающий получение качественного керна в твердых и крепких породах. Во многих условиях вращательный способ является незаменимым при инженерно-геологических изысканиях, так как позволяет получать колонки керна мягких и твердых пород без существенного искажения их природных физико-механических свойств.

Рис.17-Последовательность выполнения операций в рейсе при погружении колонны обсадных труб в породы и отборе керна из них новыми конструкциями забивного снаряда и забивного керноприемника:

а - погружение в породы обсадной колонны; б - сбрасывание керноприемного стакана на забой скважины; в - спуск в скважину ударной штанги и погружение стакана в породы; г - извлечение штанги из скважины и настройка ловителя на захват стакана; д - спуск ударной штанги с ловителем в скважину, захват стакана и подъем их на поверхность; 1 - обсадная колонна труб; 2 - забивной снаряд; 3 - стакан керноприемный; 4 - ударная штанга; 5 - заблокированный ловитель.

Особенности и проблемы бурения на море

Эффективность применения на море способов бурения, признанных рациональными для выполнения геологоразведочных задач, ниже, чем на суше. Обусловлено это рядом причин:

§ качкой и дрейфом ПБУ;

§ сильной обводненностью и неустойчивостью рыхлых пород разрезов;

§ требованиями недопущения загрязнения окружающей среды;

§ трудностью организации замкнутой циркуляции промывочных растворов;

§ нахождением придонного устья скважины вне видимости бурильщика и обусловленными этим трудностями;

§ повышенным износом бурового оборудования и инструментов из-за работы в агрессивной среде;

§ особенностями способов и схем бурения и т.д.

Традиционная схема ударно-забивного бурения требует выполнения большого количества трудоемких и опасных для жизни людей операций.

Станки с ударными кривошипно-шатунными механизмами на плавучих буровых установках не применяют, так как они не обеспечивают изменения навески снарядов синхронно с качкой установки. Погружают трубы и керноприемники в породы при помощи лебедок, причем обсадную колонну погружают ударами по ее наголовнику снарядом, выполненным в виде монолитного груза с направляющей штангой, скользящей внутри колонны. После погружения колонны на каждые 1—2 м с нее снимают забивной снаряд и рейсами по 0,2—0,5 м при помощи забивных стаканов и желонок из колонны выбирают керн. Затем на колонну, возвышающуюся на несколько метров над палубой установки, снова устанавливают забивной снаряд, что в условиях качки ПБУ трудно и небезопасно.

Из-за опасности раскачивания подвешенного на тросе забивного снаряда максимальное значение его массы ограничивают 600 кг , независимо от диаметра и длины погружаемых в породы обсадных колонн. Недостаток массы снаряда не позволяет эффективно погружать в породы колонны труб диаметром 0,168/0,188 м, длиной более 20 м . В то же время при бурении на море зачастую для перекрытия слоя воды применяют колонны труб диаметром 0,325/0,351 м, длиной до 200—300 м, которые одновременно используются в качестве обсадных и требуют погружения в породы.

Важной проблемой является снижение потерь энергии удара в погружаемой колонне. На море к потерям на продольные деформации колонны добавляются потери на ее радиальные деформации, обусловленные тем, что в интервале слоя воды колонна не защищена от изгиба. Длина отдельных труб колонны при бурении на море обычно не превышает 2 м , так как они массивные (толщина стенки 0,008 м и более), а в условиях качки ПБУ трудно наращивать длинные трубы больших диаметров с треугольной резьбой, имеющей угол наклона менее 2°. Поэтому потери энергии удара в колонне длиной, например, 100 м с 50 муфтовыми соединениями достигают 90 % (без учета потерь на радиальные деформации).

Требуют совершенствования при ударно-забивном бурении технические средства и технологии отбора керна.

Экспериментально установлено, что при бурении на море по традиционным схемам забивного способа трудно обеспечить высокий выход керна, так как:

· часть керна отжимается в забой уже при погружении обсадной колонны труб в породы из-за гидродинамического воздействия на них находящейся в колонне воды и проявления свайного эффекта и поступившие в колонну породы по тем же причинам уплотнены;

· керноприемник, забиваемый затем в поступившие в колонну и ограниченные ее стенками породы, дополнительно уплотняет и отжимает их в забой;

· в каждом рейсе после извлечения керноприемника на стенках колонны остается уплотненное кольцо пород, которые в последующем рейсе при работе ударной штангой перемешиваются с водой и вместе с ней изливаются из скважины при извлечении керноприемника.

При отборе из колонны керна сильнообводненных пород отмечаются случаи их дополнительного поступления с забоя вследствие уменьшения над ними горного и гидростатического давления.

Трудности возникают также при забивном бурении в породах с включением галечников и валунов. Здесь при погружении колонны, поступающие в нее галечники и валуны расклиниваются и распределяются по всему ее сечению. Последующее погружение в них керноприемника затруднительно, так как галька и валуны не входят в керноприемник из-за расклинивания или если их размеры превышают его диаметр. Смещение гальки и валунов керноприемником в стороны ограничено стенками колонны.

При морском бурении скважина зачастую до уровня моря заполнена водой, которая создает сопротивление движению ударных инструментов, и энергии удара их недостаточно для эффективного разрушения пород. Поэтому при бурении на море в суглинках с включениями 20 % гравия и гальки на погружение обсадных труб на глубину 10—12 м требуется 15-20 мин, а на отбор пород из труб, поступивших в них из этого интервала, — 3-3,5 ч.

Из-за подводных течений, дрейфа ПБУ, расположения забивных снарядов и механизмов на колонне на большом расстоянии от дна моря трудно обеспечить ее вертикальность при погружении в породы.

Вращательное бурение

Бурение вращателями роторными и перемещаемыми в вертикальных направляющих вышки. В условиях качки ПБУ наиболее сложно вращательное бурение станками шпиндельного типа. Существующие у них системы принудительных подач, подвески и разгрузки инструментов для условий моря непригодны, так как качка и дрейф ПБУ при жесткой связи ее со станком и последнего с бурильной колонной приводят к изгибам и поломкам труб вследствие смещения оси кронблока от оси скважины, периодическим отрывам бурового снаряда от забоя, утрате и разрушению керна, невозможности поддерживать необходимые режимы бурения. С целью повышения эффективности бурения с ПБУ вращательным способом отечественными и зарубежными специалистами предложен ряд конструктивно-технологических решений.

В АО "Дальморгеология" для бурения с плавсредств разработаны и применяются в производстве два типа вращателей: ВМБ-5 на базе ротора от буровой установки УРБ-3 и перемещаемый в вертикальных направляющих вращатель от бурового комплекса КГК-100. При отсутствии дрейфа, боковой и продольной качки ПБУ базовые варианты этих вращателей позволяют почти беспрепятственно перемещаться в вертикальном направлении плавсредству вместе с ротором и направляющими относительно бурового снаряда.

Опыт бурения вращателями описанных конструкций показал, что при волнении моря более 2 баллов на забой не передается заданная осевая нагрузка, так как ведущая ВМБ-5 заклинивается в роторе, а подвижной вращатель КГК-100 — в направляющих. Так как при бурении этими вращателями бурильная колонна обычно подвешена на тросе лебедки, жестко соединенной с плавсредством, его качка приводит к периодическим отрывам бурового снаряда от забоя, разрушает керн и не позволяет поддерживать необходимую осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент.

Такие же трудности отмечаются при бурении в сложных гидрологических условиях моря с применением силового вертлюга, используемого для вращения бурильной колонны. Эта схема принципиально схожа со схемой бурения вращателем от КГК-100.

Общий недостаток вращателей, устанавливаемых на вращаемой обсадной колонне, — большие потери времени и труда на приведение в каждом рейсе вращателя в рабочее положение и на разворот извлекаемых из скважины обсадных труб, резьбовые соединения которых при вращательном бурении сильно затягиваются.

Подводное устьевое оборудование.

В практике бурения скважин с плавучих буровых средств (БС, ППБУ) широко применяют комплексы полдводного устьевого оборудования (ПУО), устанавливаемые на морском дне. Такое расположение позволяет наибольшие смещения плавсредства от центра скважины, при этом установленное на морском дне оборудование меньше подвержено механическим повреждениям.

Комплекс ПУО предназначен:

§ для обеспечения при бурении скважины гибкой замкнутой технологической связи между перемещающимся от воздействия волн и течений БС или ППБУ и неподвижным подводным устьем, установленным на морском дне;

§ для направления в скважину бурильного инструмента, обеспечения замкнутой циркуляции бурового раствора, управления скважиной при бурении и др.;

§ для надежного закрытия бурящейся скважины в целях предупреждения возможного выброса из скважины при аварийных ситуациях или при отсоединении буровой установки в случае больших волнений моря.

Существует несколько конструкции ПУО, обеспечивающих бурение скважин на разных глубинах моря – от 50 до 1800 м и более.

Большая глубина установки ПУО предъявляет высокие требования к его свойствам: оборудование должно быть прочным, вибростойким, способным выдерживать большие внешние давления, быть герметичным и надежно управляемым на расстоянии. Конструкция узлов комплекса должна обеспечивать точность стыковки должно быть высоким, обеспечивающим нормальную работу и управление ПУО.

Особое внимание уделяют расположению механизмов связи – надежным устройствам, установленным на БС или ППБУ, которые подвергаются действию волн, течения и ветра.

Недостатки размещения ПУО на дне моря – сложность управления, эксплуатации и ремонта.

Многолетний опыт бурения с плавучих буровых средств определил в основном две типовые конструкции скважин с подводным устьем.

В первой конструкции (для глубин скважин примерно 5000- 6500 м ) применяют фундаментальную колонну (направление) диаметром 762 мм , кондуктор -508 мм , первую промежуточную колонну – 340 мм , вторую промежуточную колонну – 178 мм . Диаметр эксплуатационной колонны обеспечивает спуск и установку двухколонных НКТ для одновременно – раздельной эксплуатации пластов. Благодаря такому сочетанию диаметров с большими зазорами между колоннами обеспечивается надежное крепление скважин.

Вторую конструкцию преимущественно применяют в условиях бурения на меньшие глубины при более простой конструкции скважин. В этой конструкции используют фундаментальную колонну диаметром 762 мм , кондуктор -406 мм , промежуточную колонну -273 мм , эксплуатационную колонну- 178 мм .

В практике буровых работ на море с БС и ППБУ применяют одно- или двухблочную конструкцию ПУО.

Некоторые одноблочные конструкции преимущественно используют на больших глубинах вод, в несложных двух- и трехколонных конструкциях скважин и на небольших глубинах бурения.

Двухблочные конструкции применяют преимущественно на небольших глубинах вод, в сложных четырех- и пятиколонных конструкциях скважин и на больших глубинах бурения.

Показанный на рисунке 18 одноблочный подводный устьевой комплекс состоит из следующих узлов:

Преимущества одноблочной конструкции ПУО- сокращение времени на установку и монтаж комплекса, так установленный одноблочный комплекс ПУО используется в течение всего времени бурения скважины.

На рисунке 18 приведена одноблочная конструкция ПУО, обеспечивающая бурение многоколонных глубоких скважин (фирма «Камерон», США).

Особенность конструкции – наличие эластомерного элемента, состоящего из сферических, стальных пластин и эластической набивки. Элемент может выдерживать большие сжимающие нагрузки и срезающие усилия. Компенсатор может отклоняться в любом направлении вокруг центра вращения при изгибе морского стояка.

Морской стояк (рис 19).

Морской стояк является одним из важнейших и ответственных узлов общего комплекса ПУО.

В процессе буровых работ морской стояк эксплуатируется в сложных условиях. Практикой работ установлено, что такие условия эксплуатации приводят к повреждению его отдельных узлов. Причинами повреждений морского стояка могут быть длительный период воздействия на узлы суровых морских условий, использование буровых растворов большей плотности, нарушение рекомендации, недостаточное натяжение нижней секции морского стояка и слабый контроль за изменением угла поворота шарового соединения при отклонения стояка от вертикали, использование недостаточно надежных узлов соединений, не соответствующих условиям работы в данном районе, а также недостаточный опыт работы при эксплуатации стояков и отсутствие соответствующей теоретической базы для их расчета.

Рис.19 - Морской стояк

1 -верхняя секция с отклонителем потока и шаровым компенсатором; 2- телескопический компенсатор; 3-натяжные канаты; 4- промежуточная секция;5-нижняя секция с шаровым и гидравлическим соединителем

БУРЕНИЕ НА АКВАТОРИЯХ

Организация бурения, подготовительные работы к бурению, оборудование устья и некоторые другие работы в море и районах морского шельфа имеют свои особенности.

В настоящее время выполняется несколько видов организационно-подготовительных работ, результатом которых является устройство места установки бурового оборудования:

· возведение искусственных сооружений в виде дамб и эстакад, отделяющих часть акватории с последующей засыпкой (различными способами и материалами);

· намыв и укрепление отдельных островов;

· строительство эстакад с размещением на них производственных поселков;

· сооружение платформ погружного, полупогружного и других типов;

· использование специальных судов с заякоренными устройствами;

· намораживание на ледяных покровах толстого прочного слоя льда и др.

На указанных искусственных островах или основаниях монтируется буровое оборудование для бурения скважин различной глубины и назначения. С учетом значительной стоимости создания искусственных сооружений ведется кустовое бурение. Тип основания определяется глубиной моря и характером ее изменения, метеорологическими условиями, глубиной залегания продуктивного объекта и др. Основными особенностями при бурении морских скважин являются метеорологические условия (особенно в северных морях) и глубина моря.

Необходимо отметить, что отечественные (советские) специалисты являются пионерами морской нефтегазодобычи. Уже в 40-х годах на шельфе Каспийского моря началась добыча нефти и газа с искусственных насыпных островов. Сегодня на Каспии построен целый город. Протяженность эстакад достигла 350 км, а число отдельно стоящих в море стационарных платформ более 250.

В мировой практике производства буровых работ в море определились направления в области создания ПБС, при которых учитывают такие факторы, как глубина моря, состояние грунта, ледовая обстановка, цель бурения и т.д.

В настоящее время плавучие буровые средства классифицируют по способу их установки над скважиной в процессе бурения, выделяя две основные группы (классы): опирающиеся при бурении на морское дно и проводящие бурение в плавучем состоянии.

К первой группе относят плавучие буровые установки самоподъемного и погружного типов (СПБУ), а ко второй - полупогружные буровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС).

СПБУ применяют преимущественно в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых месторождениях в акваториях с глубинами вод 30-120м. СПБУ самоподъемного типа имеют большой запас плавучести, буксируются совместно с оборудованием, инструментом и материалами к точке бурения. При буксировке опоры подняты, а на точке бурения опоры опускаются на дно и задавливаются в грунт, корпус поднимается по опорам и фиксируется на расчетной высоте над уровнем моря.

СПБУ погружного типа применяют в основном на мелководье. В результате заполнения водой нижних корпусов установки они погружаются на дно моря. Рабочая платформа находится над поверхностью воды.

ППБУ в основном применяют для бурения поисковых и разведочных скважин в акваториях при глубинах моря от 100 до 300 м и более.

БС имеют высокую маневренность и скорость перемещения, большую автономность по сравнению с ППБУ и поэтому применяются для бурения поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубине моря 1500 м и более.

Основные состояния ПБС зависят от класса и назначения: перегона на новую точку, установки на точке бурения, бурения и снятия с оконченной бурением скважины.

Перегон СПБУ бывает двух видов: короткий (переход) с точки на точку в пределах разведываемой структуры и длительный — буксировка на дальние расстояния за пределы разведанного района.

ППБУ перегоняют и буксируют с ограничением по погодным условиям. По окончании транспортировки ППБУ наводят на точку бурения и в соответствии со схемой развозят якоря и якорные цепи.

Функции бурения в условиях моря и суши эквивалентны. Однако имеется ряд отличий, которые охватывают в основном круг вопросов, связанных с конструкцией верхней (подводной) части скважин, забуриванием из стволов, оборудованием устья противовыбросовыми устройствами, консервацией скважины и др.

Как самостоятельно пробурить скважину для добычи воды

Скважина на воду на придомовой территории или даче – это возможность обеспечить себя автономным водоснабжением, причем водой достаточно высокого качества, если это подтвердил предварительный ее анализ. Рассмотрим технологию бурения скважин на воду своими руками и нюансы процесса.

Выбор места

В толще грунта находится несколько водоносных слоев, отличающихся глубиной и чистотой, разделяющихся между собой подстилками:

Наиболее близкий слой к поверхности земли – верховодка, которая пополняется осадками и находится на глубине до десяти метров. Верховодка может быть пригодной для потребления только в случае постоянного контроля ее качественного состава, в любом случае всегда требуется ее кипячение и фильтрование.

Ручное бурение скважин на воду проводится в межпластовые воды – безнапорные и напорные. Последние находятся несколько глубже.

Артезианскую скважину пробурить самостоятельно не выйдет. Ее глубина – до пятидесяти метров, кроме того, самостоятельная добыча артезианской воды преследуется законом, как незаконное потребление ценных природных ресурсов.

Безнапорные пласты

Чаще всего скважину бурят в песок, пропитанный водой, находящийся на глиняной подстилке. Это тип бурения скважин на воду песчаного типа, хотя водоносный бывает и гравелистым.

Вода в такой скважине питьевая, но добыча небольшая – 2 м 3 /сутки, и может немного варьироваться в разные времена года. Обязательно нужно отфильтровывать песок, потому конструкция скважины усложняется.

Склад безнапорных пласт

Напорные пласты

Напорные пласты находятся глубже и представляют собой плотные водоупорные породы – известняк или суглинок. Лучшими скважинами такого типа являются известняковые, причем срок их эксплуатации также больше. Напор в пласте поднимает воду до поверхности земли, потому обустройство и обслуживание скважины значительно упрощается.

Добыча воды достигает 5 м 3 /сутки, бесперебойная и стабильная, фильтр, скорее всего, не понадобится, а качество воды достаточно высокое.

Конструкция скважины

Буровая скважина – это длинная узкая выемка в породе, она же называется стволом. Бурение заключается в том, что в ствол опускают буровой инструмент на штанге из труб или на канате.

В ствол опускается труба – обсадка, которая будет обеспечивать целостность стенок ствола и предотвращать их обрушение под давлением пород. Обсадка сидит в стволе плотно или с затрубным пространством. Оно заполняется глиной или бетоном.

Нижний конец ствола заглушен, открыт или с небольшим сужением – забоем. Верхняя часть ствола – оголовок. Вокруг неё устанавливают обустройство скважины.

Конструкция скважины

Методы бурения

Перед началом работы следует определиться, каким способом работать, так как пробить скважину своими руками можно в несколько способов:

Вращательный способ бурения – вращение бурового снаряда для его углубления в породу.
Ударный способ – буровую штангу вбивают в землю, заглубляя снаряд.
Ударно-вращательный – вбивание штанги в толщу земли дважды или трижды, затем вращение штанги и снова вбивание. – буровой снаряд поднимается и опускается, регулируемый канатом.

Ударный способ

Это способы сухого бурения. Также существует технология гидробурения, когда бурение проводят с помощью специального бурового раствора или воды, которые используются для размягчения грунта. Гидроударный способ требует больших затрат и специального оборудования. Если проводится бурение скважин вручную, используют упрощенный его вариант, поливая водой грунт для его размягчения.

Как установить обсадку

Установка обсадной трубы выполняется двумя способами.

Первый вариант. Бурят створ по диаметру больше, чем обсадная труба, затем опускают трубу в ствол, или несколько. Чтобы колона не рухнула, используют так называемые бурильные ворота – одним придерживают трубу, уже ушедшую в ствол, другой ставят на новую, прежде чем убрать первый. После этого колонну осаживают вглубь, если она не опускается сама.

Второй вариант. Обсадную нижнюю трубу снабжают режущими зубцами, а бур выбирают меньшего диаметра. Забурившись на несколько метров, бур вытягивают, а трубу осаживают принудительно, а режущие зубцы срезают лишний грунт. Такой способ несколько медленнее, так как перед новым циклом бурения необходимо выбирать осыпавшуюся породу.

Установка обсадной трубы

Выбор участка

Бурение скважин на воду вручную часто требуется для обеспечения полива на дачном или придомовом участке. Обеспечить такой участок с технической водой можно ударным методом.

Прежде проверяют, возможно ли обустройство песчаной скважины. Если на соседских участках есть песчаные скважины, не высыхающие в летний сезон, условно соедините их линией и продлите ее на свой участок. Примерно в этом участке ищите источник воды.

Выбор участка

Выбирая место для бурения, учтите следующие нюансы:

Колодцы вашего и соседского участка должны быть не ближе 45 м. Иначе в летний период ни в одном из них не будет нормальной подачи воды.
Найдите наивысшую точку на участке – на склоне или впадине больше вероятность загрязнения воды после обильных осадков.
Колодец должен располагаться на расстоянии как минимум тридцать метров от септика или канализационного колодца.

Бурение песчаной скважины

Для бурения скважины своими руками можно использовать ударный способ. На выбранной местности подготовьте площадку для монтажа треноги.

Тип снаряда зависит от типа грунта – плотный глиняный грунт пробивают стаканом, а рыхлый глинистый пробивают желонкой. Стакан можно превратить в желонку, приварив конус с металлическим мячом с внутренней стороны трубы.

Вышка собирается в виде треноги из металлических труб, вверху крепят шкив для подвижного каната. В основании крепится подъемный механизм и вал, на который наматывается канат.

Бурение песчаной скважины

В том месте, где планируется скважина, делают углубление для обсадной колонны на полметра. В эту яму должен попасть снаряд. Снаряд поднимается и резко опускается в углубление. Через каждый метр буровой инструмент поднимают и чистят от налипшей земли.

Забой колодца

Абиссинский колодец можно забить без специальных бурильных устройств. Для этого понадобится:

Металлическая или ПВХ-сетка с мелкими ячейками;
Толстостенные металлические трубы с диаметром, как у насоса, и по длине в глубину забоя;
Дрель;
Трубы с резьбой;
Наконечник острый конусообразный.

Забой колодца

Нижняя часть колонны будет буром, потому на конце трубы, над наконечником, устанавливают фильтр. Длина его будет до метра. По окружности трубы нужно высверлить отверстия под углом 45 о с диметром 5-8 мм в шахматном порядке. Сверху перфорированную часть трубы обматывают сеткой и крепят проволокой, хомутами или другим удобным способом.

Инструмент для бурения скважин углубляют на метр в грунт, проверяют строительным уровнем вертикальность, которая должна быть соблюдена.

Бурение скважины-иглы

Для вращательного способа понадобится бур с металлическими лопастями внизу, расположенными спирально. В месте бурения делают углубление лопатой.

Для размягчения грунта его поливают водой, но учтите, что при этом бур вытягивают чаще, через каждые полметра, и очищать от налипшей земли. Проходка плотной глины, впрочем, потребует применения ударно-вращательного способа.

Бурение скважины-иглы

Также понадобится металлическая труба с диаметром, позволяющим поместить в нее бур с лопастями. Получаем трубу и бур внутри нее. При прокручивании бура внутри трубы, земля собирается в трубе и может быть легко извлечена.

Добравшись до воды, отберите четыре ведра, так как сразу идет вода, загрязненная удаляемым грунтом. Затем устанавливают обсадную трубу, без затрубного пространства.

Инструмент, используемый для бурения, называется шнеком. По мере углубления в грунт, управлять им становится труднее, потому может понадобиться помощь. Скважину или колодец обкладывают заводскими бетонными кольцами над землей, укрепляя осадку.

По достижении воды

Судить о том, что вы достигли водоносного слоя, можно по ускорению проходки. Проверить воду можно инструментом, называемым манерка – отрезок стальной трубы, заваренный с одной стороны. Ее опускают на дно полученного ствола, если вынесла влажный грунт – вода есть.

Вода возле дома — это всегда хорошо

Затем опускают центробежный погружной насос и выкачивают 5-6 ведер воды. Если на пятом ведре вода не светлеет, углубитесь еще на полметра и снова проверьте. Если углубились уже на два метра, а вода не светлеет, нужно раскачать воду.

Раскачка воды

Для получения нужного количества воды нужно либо вскрывать водоносный пласт, либо раскачивать ее. При вскрытии пласта питьевая вода идет в течение первых суток, но такой процесс требует малогабаритного бурового оборудования.

Вскрытие может быть прямым и обратным. В прямой методике воду закачивают в обсадную трубу и выкачивают из затрубного пространства буровой раствор. При обратном вода идет самотеком, а раствор выкачивают из ствола.

Раскачка занимает два-три дня погружным центробежным насосом, так как вибрационный быстро забивается илом.

Компрессорная прокачка скважины на воду

Воду откачивают каждый раз при покрытии насоса. Перед включением насос поднимают и опускают на тросе для поднятия ила. Раскачивая, подсыпайте гравийную засыпку, так как она будет оседать.

Когда прозрачность воды поднимется до полуметра, раскачка считается оконченной. Опустите в воду эмалированную тарелку или крышку белого цвета – края ее должны быть видны при строго вертикальном наблюдении.

На этом создание скважины окончено. Далее она оснащается фильтром, автоматическим насосом и прочими устройствами для подачи и очистки воды.

Видео по теме: Добурились до воды

Бурение на шельфе

Вовлечение в производство минеральных ресурсов морских месторождений полезных ископаемых включает их поиск, разведку, разработку и неразрывно связано с необходимостью бурения скважин на акваториях.

В современном бурении на море выделяют скважины следующих целевых назначений:

1. разведка и скважинная эксплуатация месторождений нефти и газа, реже серы и солей;

изучение геологического строения и картирование подводных участков моря;

2. поиск и разведка россыпных месторождений драгоценных металлов и камней, месторождений угля и нерудных материалов (пески, гравий и галька, ракушечник и т.п.);

3. скважинная безвскрышная разработка морских погребенных месторождений твердых полезных ископаемых геотехнологическими методами;

4. инженерно-геологические изыскания для проектирования и строительства различного рода сооружений на море;

5. технические скважины для захоронения радиоактивных отходов, под опорные сваи при строительстве мостов, дамб, буровых оснований и т.д.

Бурение скважин на море труднее и дороже, чем на суше. Это связано с наличием над придонным устьем скважины водного пространства, необходимостью применять специальные морские основания для размещения на них бурового оборудования и выполнения с них комплекса работ, связанных с проводкой скважины, сложными гидрологическими и метеорологическими условиями работы на акваториях (ветры и волнения, приливы, отливы и течения, туманы, морось, снег и горизонтальная видимость, ледовый режим, температура воздуха и воды) и т.д.

Ветры, волнения и течения водного пространства, находящегося над придонным устьем скважины, вызывают качку плавучей буровой установки, перемещение оборудования и инструментов по ее палубе, дрейф и снос установки в направлении ветра или течения.

Качка оказывает неблагоприятное физиологическое воздействие на людей, работающих на буровой установке.

Волнение моря вредно и при бурении со стационарных (неподвижных) установок, так как волны, обрушивающиеся на основание буровой, могут повредить его или полностью разрушить.

Рыхлые породы морского дна обычно сильно обводнены.

При бурении в таких породах для обеспечения сохранности керна и устойчивости стенок скважин приходится использовать специальные технические средства и осуществлять технологические мероприятия, требующие дополнительных материальных затрат и удовлетворяющие жестким требованиям охраны окружающей среды от загрязнения.

Специфические гидрологические и метеорологические условия моря, а также состояние находящихся под водной толщей горных пород ограничивают возможности и снижают эффективность применения способов, технических средств и технологий бурения, используемых на суше.

Поэтому проблема повышения эффективности бурения скважин на море до сих пор является одной из самых важных в процессе вовлечения в производство минеральных ресурсов подводных месторождений.

Сравнительно успешные решения этой проблемы достигнуты в области бурения на море нефтегазовых скважин.

Их глубины достигают нескольких тысяч метров, а время сооружения каждой из них исчисляется месяцами и годами.

Поэтому для бурения и последующей эксплуатации таких скважин экономически оправданным является создание дорогостоящих массивных стационарных, полустационарных и погружных конструкций оснований, которые позволяют размещать на них традиционную буровую технику и использовать хорошо отработанные на суше технологии бурения, добычи, сбора и подготовки нефти и газа к транспортированию.

Глубина скважин остальных целевых назначений в десятки и сотни раз меньше, чем нефтегазовых.

Кроме того, скважины остальных назначений имеют много общего по диаметрам и требованиям к бурению.

Поэтому далее в тексте структурно-картировочные, поисково-разведочные на твердые полезные ископаемые, инженерно-геологические, геотехнологические и технические скважины названы разведочными.

Морские основания, рациональные при бурении нефтегазовых скважин, применять для бурения сравнительно мелких разведочных скважин экономически невыгодно.

Изготовление и использование аналогичных конструкций оснований уменьшенных размеров эффективно проблему бурения разведочных скважин тоже не решает, так как в одних и тех же гидродинамических условиях моря легкие основания противостоят давлению волн хуже, чем массивные.

Несоответствие традиционных способов, схем, технических средств и технологий бурения условиям работы с таких оснований снижает не только производительность, но и качество разведки месторождений и инженерных изысканий.

В отдельных организациях предпринимались попытки получить паллиативные решения для выполнения небольших объемов практических задач, связанных с производственными планами бурения разведочных скважин в конкретных условиях моря.

Такие решения заключались в основном в создании собственными силами этих организаций оригинальных конструкций буровых оснований и способствовали накоплению полезного опыта.

Однако из-за ограниченных материальных возможностей эти работы выполнялись чаще всего без проведения соответствующих исследований, расчетов, квалифицированного проектирования и изготовления, причем бессистемно, так как стратегии и общих принципов решения проблемы пока не выработано.

Вследствие этого зачастую огромные суммы вкладывались в оригинальные, но бесперспективные направления исследований и конструкторских разработок.

Не оспаривая эффективности многих технических решений для бурения на море глубоких нефтегазовых скважин, очевидно, механически использовать их для бурения разведочных скважин нельзя.

Бурение разведочных скважин на море требует принципиально новых конструкций бурового оборудования и технологий, которые гарантировали бы проходку скважин с соблюдением требований безопасности, экологичности и обеспечивали бы высокое качество работ при наименьших затратах.

Для создания таких технологий и техники необходимо обобщить и оценить имеющийся опыт применения современных технических средств и технологий бурения на море, научно обосновать рациональные пути их дальнейшего развития.

Применяемые в мировой практике решения анализируются с точки зрения их пригодности, эффективности и целесообразности использования для бурения разведочных скважин.

Основное внимание уделено вопросам выбора рациональных типов буровых оснований, способов и технологических схем бурения путем оценки известных конструкций оснований, способов и схем бурения по комплексам критериев эффективности в разработанном авторами порядке важности этих критериев.

В соответствии с этим порядком при выборе рациональных способов бурения разведочных скважин из множества критериев оценки главенствующая роль отведена качеству геологической информативности, при выборе рационального типа бурового основания - его мобильности и безопасности работы на нем людей. Рассмотрены новые технические и технологические решения, разработанные по результатам исследований авторов.

Достигнутые при их использовании показатели бурения подтверждают эффективность рекомендуемых принципиальных направлений развития техники и технологий бурения разведочных скважин на море.

Читайте также: