Способы бурения глубоких скважин

Бурение глубоких скважин подразумевает устройство вертикального отверстия в земной коре с помощью определенной технологии и специального оборудования. Верхняя часть скважины (ее начало) называется устьем, дно – забоем, центральная часть – стволом. В обязательном порядке стенки отверстия большой глубины укрепляются обсадными трубами. Если устраивается постоянная скважина, то в зазор между трубами и грунтовыми стенками закачивается цементный раствор.

Сфера применения глубоких скважин

  • Добыча воды для загородного дома, предприятия, санатория, профилактория, пр.
  • Разведка горных пород.
  • Добыча полезных ископаемых.
  • Искусственное укрепление горных пород путем битумизации, цементизации, замораживания, пр.
  • Осушение заболоченной местности обводненных месторождений.

Этапы работы

Бурение скважины является сложным технологическим процессом, который подразумевает проведение следующих операций:

  1. Углубление отверстия в грунте с помощью бурового инструмента.
  2. Удаление отработанной породы.
  3. Укрепление ствола скважины обсадными колоннами.
  4. Проведение геологических изысканий.
  5. Спуск последней колонны на проектную глубину.

Параметры глубокой скважины

Если при добыче нефти и газа мелкими считаются скважины до 1000 м глубиной, а глубокими – до 1500 м, то для водозаборных скважин эти параметры другие – соответственно 10 и 50 м (в редких случаях – 200 м и более).

Для достижения водоносного горизонта достаточно использование малогабаритной установки, но для проникновения глубоко в недра земли понадобится полноразмерная техника.

Преимущества глубоких скважин на воду

  • Возможность сооружения скважины на любом участке местности. Водоносный горизонт обязательно имеет место быть.
  • Высокий дебит. Одной скважины будет достаточно для водоснабжения нескольких дач или загородных особняков, а то и целого коттеджного поселка.
  • Непрерывность подачи. Режим подачи воды здесь гораздо стабильнее, чем в грунтовых скважинах, и практически неподвержен сезонным колебаниям, не зависит от температуры воздуха, количества атмосферных осадков.
  • Высокие санитарные показатели. На глубине всегда чистая вода, не загрязненная нитратами, сульфатами, солями металлов, нефтепродуктами и другими типами загрязнений, которые дает цивилизация. Чем глубже находится водоносный горизонт, тем чище вода.
  • Долговечность. Грамотно обустроенная артезианская скважина прослужит более 50 лет.

Методы бурения

Технология бурения, выбор буровой установки и породоразрушающего инструмента определяется целевым назначением скважины. Стандартно артезианские скважины выполняются механизированным способом, в основе которого лежит разрушение пород и вывод отработанной почвы на поверхность сухим (с помощью механизмов) или гидравлическим методом (водой или раствором, подающимся самотеком либо под напором).

Существует три технологии механической разработки грунта:

  • вращательная – почва разрушается путем вращения штанги;
  • ударная – воздействие на породы ударами долота;
  • вибрационная – грунт разрушается за счет воздействия высокочастотных колебаний.

Наиболее высокопроизводительным методом получения глубоких скважин является вращательное бурение, эффективность которого в 4 раза превосходит ударный метод и в 8 раз – вибрационный.

Вращательное бурение осуществляется несколькими способами, для каждого из которых предусмотрено специальное оборудование.

Колонковый способ

В качестве бурового снаряда используется толстостенная металлическая труба, а отработанный грунт извлекается в виде керна. В верхней части снаряда находится приспособление для подсоединения штанг по мере углубления в почву, в нижней части – коронка (алмазная, стальная, вольфрамовая), тип которой подбирается в соответствии с категорией грунта.

В процессе проходки скальных и глинистых пород, суглинка в забой закачивается промывочная жидкость, которая облегчает бурение и удаление шлама. Зачастую вместо помывки используется сжатый воздух, нагнетаемый компрессором внутрь трубы.

Преимущества метода:

  • высокая эффективность и скорость работы;
  • возможность получения скважины более 100 м глубиной;
  • невысокие нагрузки на буровое оборудование;
  • допускается использование малогабаритной техники, что позволяет бурить скважины в местах, недоступных для доступа грузового транспорта.

Колонковый метод дает возможность проделывать скважины до 0,2 м в диаметре и глубиной до 1 км.

Шнековый метод

Применяется для разработки водоносных скважин до 30 м глубиной, а при совмещении с другим методом – и до 120 м.

Разрушение породы выполняет шнек (стержень с лопастями), который одновременно с заглублением выводит отработанный грунт из шахты. Конструкция инструмента не позволяет в полной мере освободить отверстие от отвала, поэтому метод обычно используется для внедрения на небольшую глубину.

По мере заглубления буровая колонна наращивается шнеками идентичных габаритов. Зачастую в работе используются круглые или конусообразные долота – для работы с твердыми грунтами и лопастные – для мягкой почвы.

Современные буровые установки оснащены полым инструментом с защитой от реверса, что не допускает вращение снаряда в обратную сторону. Охлаждение режущей части шнека происходит за счет температуры разрабатываемых пород, которые поднимаются по спирали – такие особенности метода позволяют бурить без остановки, что сокращает время и энергозатраты на создание скважины.

Преимущества способа:

  • нет затрат на подъем грунта и охлаждение шнека;
  • быстрая проходка глубокой скважины;
  • компактность установки позволяет проводить работы на труднодоступных участках.

Недостатки шнекового способа – невозможность работать с твердыми и сыпучими грунтами, а также необходимость дополнительно применять какой-либо метод для очистки шахты.

Роторное бурение

Разрушение почвы происходит с помощью долота (стального с алмазным напылением, из высокопрочных композитных материалов, пр.), которое приводится в движение с помощью ротора буровой установки. За вращение ротора отвечает мотор грузовика или отдельный электродвигатель. Отработанный грунт вымывается промывочным раствором.

Роторное бурение выполняется с применением самоходной техники или вышки, на которой размещается подъемное устройство и буровое оборудование. Наличие вышки позволяет опускать в скважину и поднимать бурильные колонны.

Преимущества метода:

  • возможность разработки скальных и каменистых грунтов;
  • устройство скважины диаметром до 2 м;
  • высокая скорость работы при небольших энергозатратах.

Особенно эффективным для бурения скважин на нефть и газ является шарошечный метод, где применяется долото, которое состоит из шарошек, установленных на подшипниках.

Недостаток – необходимость организации промывки забоя.

Ударно-канатное

В основе метода – забрасывание желонки в скважину с высоты. При ударе о дно забоя в желонку входит грунт, который удерживается клапаном. Затем снаряд извлекается на поверхность, освобождается от грунта и процесс повторяется. Как вариант – использование стакана, в котором почва удерживается посредством силы трения.

Способ довольно трудоемкий и длительный, но позволяет пробурить скважину до 300 м глубиной, в том числе в каменистых грунтах.

Какой метод бурения будет выбран в том или ином случае, определяют специалисты после изучения геологии местности.