Бурение скважин: способы, оборудование, этапы¶
Бурение скважины — процесс создания вертикального, наклонного или горизонтального канала в горных породах с помощью бурового инструмента для доступа к подземным водам, нефти, газу или других полезным ископаемым. По назначению скважины подразделяются на водозаборные (артезианские), нефтяные и газовые, геологоразведочные, пьезометрические, наблюдательные, стволовые для подземных горных выработок. Технология бурения выбирается в зависимости от глубины, диаметра, назначения и геологических условий.
¶Способы бурения
¶Ударно-канатный способ
Один из древнейших методов, применяющийся преимущественно для проходки водозаборных скважин в мягких и средней твёрдости породах. Суть метода заключается в подъёме и свободном падении тяжёлого долота-снаряда (забойного стакана), которое разрушает породу на забое. Оборудование включает вышку, лебёдку, канат и забойный стакан. Продукты разрушения периодически извлекаются на поверхность. Глубина проходки может достигать нескольких сотен метров, однако скорость бурения относительно невелика.
¶Вращательное бурение
Наиболее распространённый современный метод, основанный на вращении бурового инструмента с одновременной подачей промывочной жидкости (бурового раствора) в скважину. Буровой раствор отводит продукты разрушения на поверхность, укрепляет стенки скважины и охлаждает долото. Различают:
- Колонковое бурение — извлечение цилиндрического образца породы (керна), что позволяет получить точные данные о составе пластов. Применяется в геологоразведке.
- Промывочное (турбинное) бурение — привод вращения осуществляется турбиной, установленной непосредственно в забое. Позволяет бурить на значительные глубины.
- Роторное бурение — вращение бурильной колонны передаётся от ротора на поверхности. Классический метод для нефтегазовых скважин глубиной до 6–7 км и более.
- Вибрационное бурение — разрушение породы происходит за счёт вибрации бурильного инструмента с небольшим вращением. Эффективно в гравийно-галечных отложениях.
¶Ударно-вращательное бурение
Комбинированный метод, сочетающий вращение и ударное воздействие. Применяется для проходки твёрдых пород, включая граниты и базальты. Широко используется при бурении скважин на воду в скальных основаниях.
¶Щитовое и шнековое бурение
Шнековое бурение применяется для неглубоких скважин (до 30–40 м) в мягких породах — супесях, суглинках, песках. Разрушение породы осуществляется шнеком (спиральным винтом), который одновременно поднимает выбуренную породу на поверхность. Не требует промывочной жидкости. Щитовое бурение используется для проходки стволов шахт и глубоких вертикальных стволов.
¶Оборудование
Основные элементы буровой установки:
| Элемент | Назначение |
|---|---|
| Буровая вышка (мачта) | Поддержка и подъём бурильной колонны |
| Лебёдка | Подача и подъём инструмента |
| Буровой насос | Подача бурового раствора в скважину |
| Ротор | Вращение бурильной колонны |
| Бурильные трубы | Передача вращения и нагрузки на долото |
| Долото | Разрушение породы на забое |
| Буровой раствор | Промывка, укрепление стенок, охлаждение |
Для бытовых и неглубоких скважин применяются малогабаритные буровые установки (МГБУ), которые можно транспортировать на прицепе легкового автомобиля. Ручное бурение с использованием треноги, штанг и ручного ворота допускается на глубинах до 20–30 м.
¶Основные этапы бурения
- Подготовительные работы — геологические изыскания, выбор места, получение разрешения (для артезианских скважин — лицензии на недропользование), подготовка площадки.
- Вбивка или установка обсадной колонны верхнего интервала — предотвращает обвалы и заиливание.
- Проходка ствола — непосредственное бурение с периодической промывкой и извлечением керна или шлама.
- Спуск и обсадка колонны — установка стальных или полимерных труб для крепления стенок скважины.
- Крепление цементом — закольцовка затрубного пространства для изоляции пластов.
- Опрессовка — проверка герметичности колонны.
- Освоение скважины — промывка, дебитирование, определение качества воды или продуктивности пласта.
¶Бурение скважин на воду
Для частного водоснабжения чаще всего бурят скважины на песок (до 30–50 м до первого водоносного песчаного пласта) и артезианские скважины (до известнякового водоносного горизонта на глубине 30–200 м в зависимости от региона). Артезианские скважины дают более стабильный и чистый дебит, но требуют лицензии и обсадки стальными трубами. Скважины на песок проще и дешевле в бурении, однако подвержены заиливанию и требуют регулярной промывки.
¶Техника безопасности
Бурение сопряжено с рядом рисков: обвал стенок скважины, выброс газа или воды, поломка бурильной колонны («прихват»), опрокидывание вышки. Обязательными мерами являются контроль уровня бурового раствора, установка превентора на нефтегазовых объектах, использование средств индивидуальной защиты и аттестация персонала.
Источники:
- ГОСТ Р 56044-2014. Скважины водозаборные. Технические условия
- СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений
- Крючков В. С. Инженерная геология
- Сорокин В. Ф. Бурение скважин на воду
- Руководство по бурению и обустройству скважин на подземные воды