Бурение геологических скважин


Бурение инженерно-геологических скважин

Бурение скважин используется при инженерно-геологических исследованиях для изучения геолого литологического строения грунта. Основным способом добычи пород сейчас является механический с помощью бурения, который в свою очередь разделяется на два вида (метода).

Методы бурения

  1. Вращательное бурение ─ При этом типе, разрушение породы производится в результате вращательного движения штанги. Штанга, в свою очередь, также может иметь два варианта исполнения: прямая и с витками. Витки позволяют удалять на поверхность разрушенную породу и почву, осыпающуюся при бурении. Режущие и дробящие коронки раздавливают и срезают породу, тем самым позволяя штанге продвигаться глубже и глубже. Вращательное бурение может выполняться как на полное сечение скважины так и колонковым способом (см. ниже).
  2. Ударное бурение ─ Разрушение породы происходит под воздействием ударов буровым наконечником (долотом). Само ударное бурение подразделяется на канатное и штанговое. Наконечник опускается в скважину либо с помощью каната или по средствам стержней-штанг. Штанговое-ударное бурение может выполнятся как с промывкой так и без нее. Ударное бурение производится сплошным забоем, т.е. на полное сечение скважины.
    1. Ударно-поворотное бурение - еще одна разновидность ударного бурения. В данном случае, буровая установка производит удар на вал редуктора, который поворачивает штангу. Поворот штанги на определенный угол обеспечивается за счет преобразования поступательной энергии в поворотную. Таким образом, штанга продвигается в те моменты, когда молот наносит удар на вал редуктора.

Способы бурения

Выбор конкретного способа бурения определяется рядом условий (геологического строения грунта, поставленной задачи, назначения будущей скважины, ее глубины и т.п.). Скважины могут быть зондированными, разведочными, опытными и инженерно-гидрогеологическими. По глубине они могут быть:

  • мелкими - до 10 м;
  • неглубокими - до 30 м.
  • средними - до 100 м.
  • глубокими - свыше 100 м.

Колонковое бурение

Применяется при бурении скальных и полускальных пород с глинистой промывкой. Данный тип инженерно-геологического бурения скважин наиболее часто используется геологами, поскольку его особенности позволяют добывать хорошие образцы почвы с больших глубин. При бурении колонковым способом, применяется полые штанги, благодаря чему почва и порода, сквозь которую проходит головка буровой машины, остается в полости штанги. Таким образом, ее можно легко извлечь и использовать в научно-исследовательских целях. Предельная глубина бурения 100 м.

Шнековое бурение

Такой способ бурильных работ отличается сферой применения. Он используется в тех случаях, когда на пути прохождения шнека может встретить порода, разная по своему составу и происхождению. Из-за того, что плотность и прочность породы может меняться, буровая установка испытывает большие перегрузки и повышается вероятность выхода ее из строя. Чтобы этого избежать, применяются шнеки на конце буровой штанги. Они имеют большую прочность, что позволяет им с меньшим усилием проходить сквозь твердые породы. Предельная глубина бурения 50 метров.

Вибрационное бурение

Данный способ основан на передаче направленных колебаний на буровой инструмент. Частота данных колебаний обычно лежит в пределах 1200-2000 в минуту, амплитуда составляет 1,5-10 мм. Бурение скважин таким способом позволяет добывать породу и выводить ее на поверхность одновременно с бурением. Применение полого зонда для транспортировки породы наверх позволяет ускорить процесс добычи образцов грунта или породы. Благодаря вибрации, почва продвигается вверх по полому зонду, после чего ее можно извлечь и собрать. Однако, такой метод нельзя применять в тех случаях, когда почва имеет рыхлую структуру или склонна к разрыхлению в результате воздействия на нее вибрации. Предельная глубина бурения 20 метров.

Ударно-канатное бурение

Такой тип бурения подразумевает использование ударного наконечника и троса, на котором он подвешен. За счет повторяющих ся ударов наконечника происходит разрушение пород. В качестве наконечника может использоваться:

  • буровой стакан - в случае бурения связных пород;
  • желонка - при бурении несвязных пород;
  • долото - при бурении скальных пород.

Предельная глубина бурения 50 метров.

Способы и разновидности бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях согласно СП 11-105-97.

Способ бурения Разновидность способа бурения Диаметр бурения, мм Условия применения (виды и характеристика грунтов)
Колонковый С промывкой водой 34-146 Скальные невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые (трещиноватые)
С промывкой глинистым раствором 73-146 Скальные слабовыветрелые (трещиноватые), выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), крупнообломочные; песчаные; глинистые
С продувкой воздухом (охлажденным при проходке мерзлых грунтов) 73-146 Скальные невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые(трещиноватые), необводненные, а также в мерзлом состоянии; дисперсные, твердомерзлые и пластично-мерзлые
С промывкой солевыми и охлажденными растворами 73-146 Все виды грунтов в мерзлом состоянии
С призабойной циркуляцией промывочной жидкости 89-146 Скальные выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), обводненные, глинистые
Всухую 89-219 Скальные выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), песчаные и глинистые необводненные и слабообводненные, твердомерзлые и пластичномерзлые
Ударно-канатный кольцевым забоем Забивной 108-325 Песчаные и глинистые необводненные и слабообводненные, пластичномерзлые
Клюющий 89-168 Глинистые слабообводненные
Ударно-канатный сплошным забоем С применением долот и желонок 127-325 Крупнообломочные; песчаные обводненные и слабообводненные
Вибрационный С применением вибратора или вибромолота 89-168 Песчаные и глинистые обводненные и слабообводненные
Шнековый Рейсовое (кольцевым забоем) 146-273 Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводненные и обводненные
Поточное 108-273 Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводненные и обводненные

Буровые установки

Работа инженерно-геологических буровых установок имеет некоторые отличия от стандартных бурового оборудования. Поскольку назначение пробуренных скважин может быть разное, такое оборудование должно быть подходящим для разных видов работ. К основным направлениям и необходимым требованиям относят следующие нюансы:

  1. Практичность установки ─ исследования нередко проводятся не в самых простых условиях. Поэтому наличие ровной и прочной почвы для установки такого оборудования не всегда обеспечивается. Чтобы использовать буровые машины было максимально удобно и безопасно, они должны быть не слишком габаритными и иметь относительно не высокую массу. Так их будет легко монтировать и демонтировать, в зависимости от обстоятельств.
  2. Прочность оборудования и отдельных узлов буровой установки ─ поскольку для выполнения поставленной задачи необходимо провести бурение прочных пород, важно, чтобы оборудование было к этому готово и такие препятствия не отразились на его работе. Например, если во время бурения головка штанги попадет на песчаник, то ее коронки могут несколько сточиться. Но наиболее ценным оборудование в таких установках считается двигатель. Поэтому, при повышении нагрузки на него, он не должен перегреваться или выходит из строя. Для этого такие узлы имеют двукратный запас прочности.
  3. Многофункциональность ─ для получения качественных результатов бурения, специалистам необходимы образцы почвы и полезных ископаемых, которые, возможно, пролегают в том или ином горизонте. Для получения образцов грунта, штанги буровой установки выполняются полыми, чтобы в них оставались образцы, необходимые для изучения. Чтобы весь процесс бурения был качественен и безопасен, по буровой штанге должно подаваться масло или вода, для охлаждения металла, антиокислитель, пар, а также фильтры, которые фильтруют песок со скважины и частицы полезных ископаемых. Они тоже имеют большое значение при составлении отчета о геологии почвы.

Помимо этого, буровая установка должна иметь несколько входящих и отводящих патрубков. Они необходимы для подвода и вывода рабочих жидкостей из буровой штанги. После того, как исследователи получат необходимые образцы, через штангу заливают специальный раствор, который предотвращает окисление полезных ископаемых и изменение химического состава грунта.

Чтобы специалисты смогли получить образцы нужного качества, по которым можно было бы сразу сделать то или иное заключение, необходимо исключить смешивание грунтов ─ того, что на поверхности с тем, что в недрах земли. Для отделения образцов и защите от загрязнения их почвой с верхних слоев земли, используют специальные щитки, которые устанавливаются на месте бурения скважины. Они не позволяют земле с поверхности попасть в скважину и усложнить процесс исследования.

Подробно про оборудование для инженерно-геологических изысканий.

Разновидности буровых установок

Буровые установки имеют схожий принцип действия, но все же, имеются и отличия. В зависимости от места бурения скважины, предполагаемых прослоек породы, а также от необходимой глубины скважины, можно встретить самые разные установки. Они могут отличаться по следующим показателям:

  • Мощностью ─ для малых глубин, средних и больших глубинных скважин;
  • Самоходные или перевозимые установки;
  • Перфораторного или исключительного бурового типа;
  • Наличие и разновидность вспомогательного оборудования ─ лебедок, шкивов или скреперных блоков.

Существуют некоторые типы установок, которые имеют несколько режимов работы. Могут устанавливаться двухскоростной редуктор, который позволит вести работы при нужной скорости. Также на некоторых моделях имеется функция реверса. Благодаря ей, можно изменить направление вращения буровой штанги. Это нужно в тех случаях, когда головка штанги уперлась в прочную породу. Из-за возрастающего давления и крутящего момента, ее может попросту скрутить и она застрянет в породе. Используя реверс, штангу можно раскрутить в обратную сторону и поднять на поверхность.

Метки: бурение, грунт

expertizo.ru

Процедура работ - способы бурения

Геология    Порядок работ    Библиотека    Цены    Контакты

Главная / Порядок выполнения работ / Методы бурения

Методы бурения инженерно-геологических скважин

Задачей буровых работ при инженерно-геологических исследованиях является, как правило, изучение геолого-литологического строения вскрытого разреза и свойств пород.

В настоящее время известны следующие способы разрушения горных пород: механический   (разрушение инструментами, машинами гидравлическим аппаратами); физический (огневой и взрывной); химический   (растворение,  выщелачивание, газификация). Различают два основных вида механического способа бурения: ударное и вращательное бурение.

При ударном бурении порода разрушается под действием ударов буровыми наконечниками, называемыми долотами. При вращательном бурении порода срезается или раздавливается и истирается в забое специальными режущими и дробящими долотам» или резцами коронок, буровой дробью или алмазами.

Различают два вида ударного бурения: канатное и штанговое. В первом случае буровые наконечники опускаются в скважину и приводятся в действие канатом (тросом), во втором случае металлическими стержнями-штангами. Штанговое ударное бурение может производиться с промывкой забоя скважины и без промывки. Разрушение породы при ударном бурении осуществляется на полное сечение скважины — сплошным забоем.

Вращательное бурение в свою очередь разделяется на собственно вращательное (роторное), обычно применяемое в тех случаях, когда скважину можно проходить сплошным забоем, и колонковое, при котором разрушение породы на забое ведется по кольцу при помощи пустотелого цилиндра-коронки. Внутри коронки остается неразрушенный столбик — керн или колонка породы, отсюда этот вид бурения и получил название колонкового. Для разрушения горных пород при вращательном бурении применяют алмазы, твердые сплавы и буровую стальную или чугунную дробь.

Вращение бурового наконечника может быть осуществлено при помощи двигателя, находящегося на поверхности, через бурильные трубы—штанги, или при помощи двигателя, находящегося на забое непосредственно за буровым наконечником, К забою двигатель опускается на трубах, а в последнее время иногда на канате.

К забойным двигателям относятся турбобур, электробур, гидровибратор и др.

В настоящее время для колонкового бурения разрабатываются малогабаритные забойные двигатели и забойные механизмы, (типа гидроперфораторов), обеспечивающие одновременное воздействие на породу буровым наконечником ударным и вращательным способами (комбинированное бурение).

По виду применяемой энергии различают бурение ручное и механическое.

Как правило, вращательное, в том числе и колонковое бурение, ведется с промывкой (или с продувкой) забоя так, чтобы продукты разрушения породы выносились на поверхность восходящим потоком жидкости (или газа). При канатном и штанговом ударном бурении без промывки очистка забоя от породы, разрушенной долотом, производится специальными инструментами — желонками.

С целью повышения эффективности разрушения породы ведутся работы по созданию механизмов которые обеспечивали бы комбинированное воздействие на породу— удар и вращение. К таким механизмам, в частности, относятся гидроперфораторы, гидровибраторы.

При бурении г. твердых и очень твердых породах ударно-врашательный способ  наиболее  перспективен  из  всех  механических способов.

Дли проходки неглубоких скважин (до 25 м) в нетвердых породах применяется вибробурение, при котором погружение бурового инструмента происходит за счет создаваемых механическим вибратором вибрации и веса самого инструмента.

К физическим способам проходки скважин в первую очередь. относится термический, или как его называют огневой способ, применяемый главным образом для разрушении пород, имеющих кремнистое основание. Действие этого способа основано на том, что при воздействии на породу пламенем с высокой температурой (до 2400°) и скоростью до 1800 м/сек зерна кварца преобразуются, значительно увеличиваясь в объеме, за счет чего происходит скалывание частиц породы; частицы выносятся из скважины па поверхность водяным паром. Хотя производительность этого способа и превышает производительность механических видом бурения, однако из-за относительной сложности осуществления этот способ пока не вышел из стадии лабораторных  исследовании.

В будущем возможно использование в первую очередь для неглубоких скважин электрогидравлического эффекта, предложенного Л. А. Юткиным. Сущность этого способа заключается в том, что в зоне прохождения электрической искры между полюсами в воде образуются большие давления, в результате чего происходят взрывы, и порода вблизи искры разрушается.

При бурении нефтяных скважин весьма успешно внедряется о полошив способ разрушения породы на забое при помощи привитых веществ, подаваемых в специальных капсулах промывочной жидкостью на забой.

В ряде стран в последние годы ведутся исследования по разрушению горных пород в скважинах при помощи ультразвуковых  колебаний, передаваемых долоту через бурильные трубы, или путем передачи ультразвуковых колебаний абразивному порошку, подсыпаемому под металлический инструмент. Абразивным порошком чаще служит карбид бора, смоченный жидкостью.

При бурении инженерно-геологических скважин применяются следующие основные способы: колонковый, шнековый, вибрационный и ударно-канатный кольцевым забоем. Во всех этих способах процесс бурения, как правило, механизирован.

Применение того или иного способа бурения определяется следующими основными условиями:

  • Колонковое бурение используют преимущественно в скальных и полускальных породах, также в плотных связных грунтах при условии использования глинистой промывки; глубина бурения до 100 метров;
  • Шнековый способ, также весьма производительный, следует применять в случаях вскрытия водоносных слоев, забоя на ту или иную глубину без подробного изучения проходимых пород, глубина бурения до 50 метров.
  • Вибрационный способ, являясь наиболее производительным, применяется для проходки связных и рыхлых пород, не содержащих значительной примеси крупнообломочного материала; глубина бурения до 15 –20 метров.
  • Ударно-канатное бурение кольцевым забоем рекомендуется применять для разведки различных рыхлых, связных и полускальных пород; глубина бурения до 50 метров;

Ударно-канатное, вибрационное и шнековое бурение при необходимости изучения механических и прочностных свойств пород в естественном состоянии следует сопровождать отбором монолитов (образцов с ненарушенной структурой) пород исключительно при помощи грунтоносов различного типа.

Так в глинистых грунтах твердой и полутвердой консистенции следует применять обуривающие грунтоносы, со скоростью их вращения, при отборе монолита, не более 60 об/мин и давлением на забой 150-300 кгс; в грунтах тугопластичной, мягкопластичной и текучепластичной консистенции – вдавливаемые грунтоносы.

Величина заглубления грунтоноса не должна быть меньше полутора его диаметра и не больше 0,4 метров.

Начальные диаметры бурения определяются количеством перемен диаметра по глубине скважины, связанных, как правило, с неустойчивостью стенок скважины и необходимостью их закрепления обсадными трубами, а также заданной величиной конечного диаметра. Так, например, при необходимости отбора монолитов для испытания в компрессионном приборе, диаметр обоймы (кольца) которого составляет 90 мм, диаметр скважины должен быть не менее 115 мм, если отбора не требуется, то 75 мм.

СП 11-105-97 Часть I. Общие правила производства работ Приложение Г (рекомендуемое)

Способы и разновидности бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях

Способ бурения

Разновидность способа бурения

Диаметр бурения (по диаметру обсадных труб), мм

Условия применения (виды и характеристика грунтов)

Колонковый

С промывкой водой

34-146

Скальные невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые (трещиноватые)

С промывкой глинистым раствором

73-146

Скальные слабовыветрелые (трещиноватые), выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), крупнообломочные; песчаные; глинистые

С продувкой воздухом (охлажденным при проходке мерзлых грунтов)

73-146

Скальные невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые (трещиноватые), необводненные, а также в мерзлом состоянии; дисперсные, твердомерзлые и пластично-мерзлые

С промывкой солевыми и охлажденными растворами

73-146

Все виды грунтов в мерзлом состоянии

С призабойной циркуляцией промывочной жидкости

89-146

Скальные выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), обводненные, глинистые

Всухую

89-219

Скальные выветрелые и сильновыветрелые (рухляки), песчаные и глинистые необводненные и слабообводненные, твердомерзлые и пластичномерзлые

Ударно-канатный кольцевым забоем

Забивной

108-325

Песчаные и глинистые необводненные и слабообводненные, пластичномерзлые

Клюющий

89-168

Глинистые слабообводненные

Ударно-канатный сплошным забоем

С применением долот и желонок

127-325

Крупнообломочные; песчаные обводненные и слабообводненные

Вибрационный

С применением вибратора или вибромолота

89-168

Песчаные и глинистые обводненные и слабообводненные

Шнековый

Рейсовое (кольцевым забоем)

146-273

Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводненные и обводненные

Поточное

108-273

Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводненные и обводненные

 

1) При колонковом бурении разрушение породы на забое производится прорезанием кольцевого канала при помощи вращения колонковой трубы с размещенной на ее конце буровой коронкой. При этом в центральной части забоя (внутри колонковой трубы) образуется керн в виде столбика (монолит) ненарушенной структуры. После образования керна достаточной длины его отрывают от массива при помощи кернорвателя, устанавливаемого на колонковой трубе сразу над коронкой и поднимают на поверхность.

Следует отметить, что на инженерных изысканиях колонковое бурение в большинстве случаев производится «всухую», углубка скважин, в этом случае, нередко осуществляется грунтоносами обуривающего типа.

Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором, обеспечивающим вынос шлама и создающим надлежащий вес столба жидкости в скважине для поддержания в ней равновесия при помощи гидростатического давления, что позволяет поддерживать устойчивость стенок скважины.

Для получения качественных образцов проходимых пород, необходимо, чтобы глинистый раствор, помимо вышеуказанных, удовлетворял следующим требованиям:

  • - образовывал тонкую (0,5-1,0 мм) плотную корку на стенках скважины для предотвращения поглощения промывочной жидкости;
  • - обеспечивал минимальное содержание свободной воды в суспензии с целью предотвращения набухания глин в стенках скважины.

Таким требованиям отвечает раствор, приготовленный из бентонитовой глины, обладающей высокой дисперсностью, тиксотропностью. Контроль за качеством глинистого раствора и за его свойствами во время бурения устанавливают лабораторными методами, определяя его следующие параметры: 1) вязкость; 2) водоотдачу; 3) содержание фракций крупнее 0,005 мм; 4) суточный отстой; 5) толщу глинистой корки 6) сопротивление сдвигу; 7) стабильность суспензии; 8) плотность; 9) рН; 10) содержание газов; 11) температуру.

Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:

  • - исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя;
  • - исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов.

Ну и конечно исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам.

Существенная причина, препятствующая широкому использованию данного метода, заключается в геолого-гидрогеологическом ограничении возможности бурения: продувание забоя наиболее целесообразно и эффективно проводить в скважинах, не содержащих воду в жидком состоянии.

2) При шнековом способе бурения мягких и рыхлых пород разрушение породы на забое производят вращающимся долотом различных конструкций, разрушенная порода транспортируется с забоя на дневную поверхность шнеками, представляющими собой единый винтовой транспортер.

Геологическая документация при шнековом бурении затрудняется частичным перемешиванием разрушенной породы в процессе ее транспорта шнеками. Пробы можно отбирать при непрерывной или при периодической углубке скважины.

При шнековом бурении кольцевым забоем применяют магазинные шнеки и специальные коронки. Но шнековое бурение имеет свойство искривлять ствол скважины, что также сказывается на структуре и свойствах отобранных монолитов.

В настоящее время в городах, в условиях плотной городской застройки, развитой сети коммуникаций и активизации техногенных процессов, все больше возникает необходимость в использовании «малогабаритного», но и мало применяемого, ударно-вращательного ручного способа бурения в рыхлых породах.

Большим недостатком ручного бурения всегда являлась его низкая производительность и высокая трудоемкость. Поэтому, не занижая достоинств ударно-вращательного способа бурения, особенно в период все возрастающей его потребности, следует сейчас вернуться к его активному внедрению с обязательным условием механизации процесса. Подробнее о бурении скважин шнеками можно прочитать здесь

3) Вибрационное бурение основано на принципе передачи буровому инструменту направленных колебаний, создаваемых вибропогружателем. Частота колебаний существующих вибропогружателей составляет от 1200 до 2000 в минуту, а амплитуда колебаний от 1,5 до 10 мм. Вибропогружатели применяются в двух вариантах: с жестким креплением к бурильным трубам и со свободной опорой на специальную плиту – наковальню, в последнем случае вибропогружатель называют вибромолотом. Инструмент для вибрационного бурения состоит из зондов и бурильных труб. Зонды, практически, те же, что и стаканы при ударно-канатном бурении. Для бурения связных глинистых грунтов применяют зонды с одной прорезью, для бурения слабосвязных грунтов – зонды с клапаном. Подробнее о вибрационном бурении можно прочитать здесь

4) При бурении ударно-канатным способом, когда разрушение породы на забое производится повторными ударами наконечника, подвешенного на тросе (канате), в качестве наконечника применяют: в связных породах – буровой стакан, в несвязных – желонку, в полускальных – долото.

Инструмент для ударно-канатного бурения «клюющим» способом состоит из забивного стакана и утяжеленной ударной штанги или ударного патрона при забивном способе. Стаканы, как правило, по всей длине имеют прорезь для очистки от породы или являются разъемными. Подробнее о ударном бурении можно прочитать здесь

Геологические изыскания под частный дом Стоимость геологических изысканий Как происходит работа: Договор > Бурение > Технический отчет Содержание технического отчета Сделать  заказ на геологические изыскания

www.buroviki.ru

Геологический разрез скважины: бурение, геологоразведка

Гидрогеологические скважины от других разновидностей отличаются неоднородным минеральным составом включенных в нее горных пород.

Геология скважин такого типа отличается наличием структурных и текстурных нарушений, которые оказывает существенное влияние на бурение гидрогеологических скважин.

Бурение геологоразведочной скважины

При проведении таких работ очень важно учитывать такие параметры, как глубина и разрез, в противном случае можно ошибочно определить отсутствие зависимости от нюансов бурения с характерными свойствами горных пород.

Геологоразведочная скважина создается для того, чтобы отобрать все образцы пород, и путем изысканий провести методы их оценки.

Как и зачем производится геологический разрез скважины?

Процесс бурения гидрогеологических скважин начинается с того, что перед его началом тщательно изучается весь доступный геологический материал.

Разрез и глубина напрямую зависят от направленности изысканий. Глубина, разрез и общие показатели геологии скважин производятся с учетом на данные, которые были получены в процессе изысканий и изучения пород.

Инженерно геологическая скважина создается еще и для того, чтобы буровые установки смогли вскрыть представленные породы, а затем с помощью изысканий можно было определить, какие методы бурения стоит задействовать.

Разрез, который проводят специальные буровые установки, и глубина геологических изысканий помогают определиться, с упором на какие особенности будет создаваться гидрогеологическая скважина.

В первую очередь необходимо провести ряд изысканий, касающихся изучения всего геологического материала, после чего уже можно приступить к полноценной разработке такого объекта, как гидрогеологическая скважина.

Разрез и глубина производятся с ориентировкой на типы литологии, из которой слагаются породы. Гидрогеологические скважины помогают произвести разделение пород методом отбора на классы.

Разрез производится с целью исследования особенностей материала керна. Глубина устанавливается в индивидуальном порядке и зависит от того, какие буровые установки применяются.

Бурение гидрогеологической наблюдательной скважины

Инженерно геологическая скважина позволяет производить анализ путем применения современных геофизических методов. Применяются не только буровые установки, но и ряд других способов.

То есть, изначально буровые установки осуществляют разрез, а затем гидрогеологические скважины изучаются при помощи ультразвукового метода.

Инженерно геологические скважины, подвергнутые такому анализу, дают информацию о таких параметрах как пористость породы, глубина, на которой она залегает и уровень ее насыщенности газами.

Разрез и глубина говорят о том, как буровые установки впоследствии могут проводить действия по закреплению скважины и разобщению пластов.

Геологический разрез, при создании которого, применяются буровые установки, производится на основе анализа тех данных, которые были добыты в процессе комплексных наблюдений.

Разрез и глубина скважины, которая бурится для добычи полезных ископаемых, нефти или воды могут значительно отличаться друг от друга.

В некоторых случаях буровые установки будут сталкиваться с твердыми видами пород, и интервалы их разрушения будут достаточно короткими. Во втором случае установка для бурения столкнется с внушительными мощностями осадочных пород.

Перед тем, как будет выбрана глубина скважины и установка для бурения, необходимо зону бурения подвергнуть тампонированию, что обеспечит более легкое прохождение породы.

к меню ↑

Методы исследования гидрогеологической скважины

Бурение гидрогеологической скважины

Для того чтобы получить максимальное количество информации о геологическом разрезе, применяются методы с помощью которых замеряется глубина скважины, а также методы изучения параметров пород. Глубина и другие параметры скважин изучаются при помощи:

  • Магнитных методов;
  • Радиоактивных методов;
  • Электрических методов;
  • Механических методов.

Геологоразведочная скважина подвергается изучению для того, чтобы обладать детальной информацией о физических свойствах горных пород, глубина залегания которых может быть разной.

В большинстве случаев геологоразведочная скважина изучается с помощью отбора и последующего анализа керна. В отдельно взятых случаях инженерно геологическая скважина создается таким образом, что отбор керна осуществляется с некоторыми трудностями.

Это происходит из-за того, что на стенках скважин образуется корка из бурового раствора для фильтрации. Инженерно геологическая скважина имеет определенные параметры коллекторов. Они измеряются в коэффициентном отношении. Это может быть такой параметр, как:

  • Пористость;
  • Глинистость;
  • Водонасыщенность;
  • Проницаемость.

Применение таких методов исследования опирается на дифференциацию горных пород и ископаемых по характеристикам их гамма-активности.

Бурение инженерно-геологической скважины

к меню ↑

Способы бурения геологического разреза скважины и применяемое оборудование

Выбор способа бурения напрямую зависит от особенностей технологии проходки, оборудования и применяемых инструментов. Скважины поисково-картировочного типа бурят в начале стадии съемочных работ для того, чтобы уточнить геолого-гидрогеологическое строение представленной территории.

Это делается для нахождения наиболее перспективных участков для проведения дальнейших исследований. Такая скважина обладает диаметром, равным 70-150 мм.

Для разделения между собой водоносных горизонтов производится дальнейшая посадка обсадных колонн. При бурении разведочных скважин производится полный или частичный отбор керна.

Ввиду того, что водоносный горизонт обследуется очень детально, такая скважина имеет достаточно большой диаметр. В этом случае осуществляется принудительная изоляция при помощи обсадных труб, которые для получения дополнительной прочности подвергаются цементированию.

Скважины наблюдательного типа создаются с целью измерения сезонных колебаний грунтовых подземных вод, а также для проведения различных видов фильтрационных работ и откачки.

Здесь применяется одна обсадная колонна, снабжена фильтром. Такие скважины во внутреннем диаметре достигают диаметра в 75-110 мм.

Скважины эксплуатационного типа характеризуются тем, что в них размещается насос, который обладает заранее заданным уровнем производительности.

Проходка такой скважины выполняется при помощи сплошного забоя, диаметр которого составляет 300-400 мм. Бурение с применением обратной промывки задействуется в том случае, если проходка скважины имеет большой диаметр – 150-1500 мм, и глубину в 200-300 мм в мягких и рыхлых слоях почвы.

Бурение инженерно-строительной скважины

Бурение производится таким образом, что параллельно с ним производится беспрерывный отсос промывочной жидкости из полости бурильных труб при помощи эрлифта.

Кроме того, с этой целью может применяться центробежный или водоструйный насос. При этом жидкость для промывки, по бурильным трубам вместе с кусками породы из забоя, попадает через вертлюг-сальник в специальный отстойник.

Для того чтобы в скважине не происходило обвала стенок, в ней постоянно поддерживается избыточный уровень давления, равный 0,03 МПа.

С этой целью внутри скважины уровень промывочной жидкости на 3 метра превышает среднестатистический показатель. Вертлюг-сальник оборудован проходным отверстием в шпинделе.

Его диаметр равен диаметру бурильных труб. Применяемая ведущая бурильная труба для ротора сделана из стандартной бурильной трубы, оборудованной дополнительно приваренными уголками и швеллерами.

Трубы бурильного типа изготавливают из обсадных труб, которые снабжены фланцами или резьбой. Благодаря такой конструкции достигается высокая эффективность процесса бурения, пропадает глинизация внутренних стенок, а гравийные обсыпки в прифильтровой зоне практически не возникают.

Бурение с использованием гидротранспорта керна благоприятствует тому, что скорость проходки увеличивается в несколько раз. Этот способ применяется при проходке поисковых, разведывательных и наблюдательных скважин, глубина которых может составлять 200-300 мм с размером диаметра в 150-200 мм.

Здесь промывочная жидкость проникает через вертлюг-сальник, а затем через кольцевой зазор, который находится между внутренней и наружной стороной бурильных труб.

Геологоразведочные работы в процессе

В обратную сторону жидкость подается с разбавленной в ней породой вверх по центральному каналу бурильной трубы. Второй путь подачи представлен в виде плавного отвода проведенного от вертлюга к шламово-керноприемному устройству.

Представленный способ обеспечивает высокое качество проведенных геологических проб, которые касаются керна и шлама. При реализации представленного способа применяется специальное оборудование и инструменты. Это:

  • Высокостойкие буровые колонки;
  • Призабойный кернолом;
  • Двойная бурильная труба;
  • Тройной вертлюг-сальник;
  • Установка для приемки и складирования кернового материала.

Кроме того, используется специальный промывочный насос, обладающий повышенной мощностью.

Это связанно с тем, что от уровня его производительности и давления напрямую зависит диаметр скважины и ее глубина. Бурение, при котором применяются кольцевые пневмоударники применяется в том грунте, который промерз и пронизан треснутыми породами вперемешку с галечными отложениями.

При этом производится поступление сжатого воздуха от компрессора к пневмоударнику, а далее к кольцевому зазору двойной бурильной колонны.

Отработанный шлам также отводится с помощью пневмоударника вверх по центральному каналу бурильных труб. Бурение, осуществляющиеся с поддувкой воздухом и газожидкостными смесями проводится при разработке скважин в безводных зонах, где залегают многолетние породы.

Данный способ не очень эффективен при проведении проходки тех пластов, которые часто переслаиваются, и водонасыщенность песком которых превышает показатель в более чем 5 метров.

Наглядные инженерно-геологические изыскания

Глубина бурения таких скважин колеблется в пределах 400 метров. В таких случаях актуально применение дополнительного оборудования. Это:

  • Компрессорная установка обычного типа ДК-9;
  • Герметизатор для устья скважины;
  • Холодильный узел для бурения в условиях мерзлоты;
  • Вентилятор для отсоса пыли.

Кроме того, используется модуль передвижного типа, который обеспечивает бурение с применением газожидкостных смесей. Представленный модуль монтируется на раме двухосного прицепа. Он дополнен:

  • Компрессорной станцией ПП-1,5М1;
  • Дозировочным насосом НБ1-25/16;
  • Смесителем;
  • Емкостью для приготовления ПАВ;
  • Обвязкой с КИП;
  • Циклонным пеногасителем.

Таким образом, формируется закрытая рабочая схема: жидкость попадает в дозировочный насос, и в пенообразном состоянии нагнетается в устье скважины.

Оттуда – в герметизатор и в емкость. Бурение ударно-канатного типа обеспечивает наиболее эффективное и качественное вскрытие всех водоносных пластов, находящихся в скважине.

Такой способ удобен при разработке скважин в валунно-галечных отложениях. На скорость проведения работ напрямую влияет наличие таких агрегатов, как УГБ-ЗУК, УГБ-4УК и БУУ-2. к меню ↑

Как проходит геологическая разведка скважины (видео)

 Главная страница » Скважины

byreniepro.ru

Способы бурения инженерно-геологических скважин

Задачей буровых работ при инженерно-геологических исследованиях является, как правило, изучение:

- геолого-литологического строения вскрытого разреза;

- свойств горных пород.

Являясь чуть менее информативным способом разведки, в отличие от горных выработок (шурфы, дудки), обеспечивающих бoльшую детальность изучения пород, бурение, тем не менее, является способом достаточно представительным, гораздо более быстрым и менее дорогостоящим, чем проходка горных выработок и не вызывает больших затруднений при разведке водоносных, неустойчивых и скальных пород.

При бурении инженерно-геологических скважин применяются следующие основные способы: ударно-канатный кольцевым забоем, колонковый, вибрационный и шнековый. Во всех этих способах процесс бурения, как правило, механизирован.

Применение того или иного способа бурения определяется следующими основными условиями:

- Ударно-канатное бурение кольцевым забоем рекомендуется применять для разведки различных рыхлых, связных и полускальных пород; глубина бурения до 50 метров;

- Колонковое бурение используют преимущественно в скальных и полускальных породах, также в плотных связных грунтах при условии использования глинистой промывки; глубина бурения до 100 метров;

- Вибрационный способ, являясь наиболее производительным, применяется для проходки связных и рыхлых пород, не содержащих значительной примеси крупнообломочного материала; глубина бурения до 15 –20 метров.

- Шнековый способ, также весьма производительный, следует применять в случаях вскрытия водоносных слоев, забоя на ту или иную глубину без подробного изучения проходимых пород, так как данный способ не обеспечивает точной характеристики разреза; глубина бурения до 50 метров.

Ударно-канатное, вибрационное и шнековое бурение при необходимости изучения механических и прочностных свойств пород в естественном состоянии следует сопровождать отбором монолитов (образцов с ненарушенной структурой) пород исключительно при помощи грунтоносов различного типа.

Так в глинистых грунтах твердой и полутвердой консистенции следует применять обуривающие грунтоносы, со скоростью их вращения, при отборе монолита, не более 60 об/мин и давлением на забой 150-300 кгс; в грунтах тугопластичной, мягкопластичной и текучепластичной консистенции – вдавливаемые грунтоносы.

Величина заглубления грунтоноса не должна быть меньше полутора его диаметра и не больше 0,4 метров.

Начальные диаметры бурения определяются количеством перемен диаметра по глубине скважины, связанных, как правило, с неустойчивостью стенок скважины и необходимостью их закрепления обсадными трубами, а также заданной величиной конечного диаметра. Так, например, при необходимости отбора монолитов для испытания в компрессионном приборе, диаметр обоймы (кольца) которого составляет 90 мм, диаметр скважины должен быть не менее 115 мм, если отбора не требуется, то 75 мм.

1) При бурении ударно-канатным способом , когда разрушение породы на забое производится повторными ударами наконечника, подвешенного на тросе (канате), в качестве наконечника применяют: в связных породах – буровой стакан, в несвязных – желонку, в полускальных – долото.

Инструмент для ударно-канатного бурения «клюющим» способом состоит из забивного стакана и утяжеленной ударной штанги или ударного патрона при забивном способе. Стаканы, как правило, по всей длине имеют прорезь для очистки от породы или являются разъемными.

2) При колонковом бурении разрушение породы на забое производится прорезанием кольцевого канала при помощи вращения колонковой трубы с размещенной на ее конце буровой коронкой. При этом в центральной части забоя (внутри колонковой трубы) образуется керн в виде столбика (монолит) ненарушенной структуры. После образования керна достаточной длины его отрывают от массива при помощи кернорвателя, устанавливаемого на колонковой трубе сразу над коронкой и поднимают на поверхность.

Следует отметить, что на инженерных изысканиях колонковое бурение в большинстве случаев производится «всухую», углубка скважин, в этом случае, нередко осуществляется грунтоносами обуривающего типа.

Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором, обеспечивающим вынос шлама и создающим надлежащий вес столба жидкости в скважине для поддержания в ней равновесия при помощи гидростатического давления, что позволяет поддерживать устойчивость стенок скважины.

Для получения качественных образцов проходимых пород, необходимо, чтобы глинистый раствор, помимо вышеуказанных, удовлетворял следующим требованиям:

- образовывал тонкую (0,5-1,0 мм) плотную корку на стенках скважины для предотвращения поглощения промывочной жидкости;

- обеспечивал минимальное содержание свободной воды в суспензии с целью предотвращения набухания глин в стенках скважины.

Таким требованиям отвечает раствор, приготовленный из бентонитовой глины, обладающей высокой дисперсностью, тиксотропностью. Контроль за качеством глинистого раствора и за его свойствами во время бурения устанавливают лабораторными методами, определяя его следующие параметры: 1) вязкость; 2) водоотдачу; 3) содержание фракций крупнее 0,005 мм; 4) суточный отстой; 5) толщу глинистой корки 6) сопротивление сдвигу; 7) стабильность суспензии; 8) плотность; 9) рН; 10) содержание газов; 11) температуру.

Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:

- исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя;

- исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов.

Ну и конечно исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам.

Существенная причина, препятствующая широкому использованию данного метода, заключается в геолого-гидрогеологическом ограничении возможности бурения: продувание забоя наиболее целесообразно и эффективно проводить в скважинах, не содержащих воду в жидком состоянии.

3) Вибрационное бурение основано на принципе передачи буровому инструменту направленных колебаний, создаваемых вибропогружателем. Частота колебаний существующих вибропогружателей составляет от 1200 до 2000 в минуту, а амплитуда колебаний от 1,5 до 10 мм. Вибропогружатели применяются в двух вариантах: с жестким креплением к бурильным трубам и со свободной опорой на специальную плиту – наковальню, в последнем случае вибропогружатель называют вибромолотом. Инструмент для вибрационного бурения состоит из зондов и бурильных труб. Зонды, практически, те же, что и стаканы при ударно-канатном бурении. Для бурения связных глинистых грунтов применяют зонды с одной прорезью, для бурения слабосвязных грунтов – зонды с клапаном.

4) При шнековом способе бурения мягких и рыхлых пород разрушение породы на забое производят вращающимся долотом различных конструкций, разрушенная порода транспортируется с забоя на дневную поверхность шнеками, представляющими собой единый винтовой транспортер.

Геологическая документация при шнековом бурении затрудняется частичным перемешиванием разрушенной породы в процессе ее транспорта шнеками. Пробы можно отбирать при непрерывной или при периодической углубке скважины.

При шнековом бурении кольцевым забоем применяют магазинные шнеки и специальные коронки. Но шнековое бурение имеет свойство искривлять ствол скважины, что также сказывается на структуре и свойствах отобранных монолитов.

В настоящее время в городах, в условиях плотной городской застройки, развитой сети коммуникаций и активизации техногенных процессов, все больше возникает необходимость в использовании «малогабаритного», но и мало применяемого, ударно-вращательного ручного способа бурения в рыхлых породах.

Большим недостатком ручного бурения всегда являлась его низкая производительность и высокая трудоемкость. Поэтому, не занижая достоинств ударно-вращательного способа бурения, особенно в период все возрастающей его потребности, следует сейчас вернуться к его активному внедрению с обязательным условием механизации процесса.

zinref.ru


Смотрите также