Технология процесса бурения скважин

В условиях нехватки чистой воды технология бурения скважин на воду своими руками предоставляет возможности для автономного водоснабжения. Эта статья поможет разобраться в вариантах скважин, процессе бурения, монтаже и раскачке, что позволит сэкономить средства и получить качественный источник воды на вашем участке. Рассмотрим ключевые аспекты, которые помогут успешно реализовать проект бурения и обеспечить семью надежным водоснабжением.

Коротко о водоносных слоях

Начинайте бурение водяной скважины самостоятельно с четкого понимания ее назначения.

Эксперты в области бурения скважин отмечают, что современные технологии значительно увеличивают эффективность и безопасность данного процесса. Использование автоматизированных систем управления позволяет минимизировать человеческий фактор и снизить риски аварий. Кроме того, внедрение новых материалов и технологий, таких как бурение с использованием направленных систем, позволяет достигать более глубоких и сложных месторождений. Специалисты подчеркивают важность постоянного обучения и повышения квалификации работников, так как технологии бурения стремительно развиваются. Внедрение экологически чистых методов также становится приоритетом, что позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду. Таким образом, будущее бурения скважин связано с инновациями и устойчивым развитием.

Общие понятия о скважине и ее строительстве

Верховодка

Самый верхний слой, который встретится при бурении скважины – верховодка. В зависимости от местности он может залегать на глубине 1-10 метров. Верховодные воды в принципе пригодны для питья. Но только при условии соответствия взятых проб санитарным нормам и после глубокой обработки, например: фильтрация посредством шунгита или банальное кипячение.

В большинстве случаев верховодку используют для технических целей. Но стоит учитывать, что дебет таких скважин мал и нестабилен.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о технологии бурения скважин:

1. Горизонтальное бурение: Современные технологии позволяют бурить не только вертикальные, но и горизонтальные скважины. Это значительно увеличивает эффективность добычи углеводородов, так как позволяет охватывать большие площади резервуаров, минимизируя при этом количество буровых установок и воздействие на окружающую среду.

2. Бурение с использованием искусственного интеллекта: В последние годы в бурении скважин активно применяются технологии искусственного интеллекта и машинного обучения. Эти технологии помогают оптимизировать процесс бурения, предсказывать возможные проблемы и повышать безопасность операций, что в свою очередь снижает затраты и время на бурение.

3. Бурение в экстремальных условиях: Современные технологии позволяют бурить скважины в экстремальных условиях, таких как глубоководные месторождения или арктические регионы. Например, бурение на шельфе океана требует использования специализированного оборудования и технологий, способных выдерживать высокое давление и низкие температуры, что делает этот процесс сложным и дорогостоящим, но при этом открывает доступ к значительным запасам углеводородов.

КАК БУРЯТ НЕФТЯНЫЕ СКВАЖИНЫ ?

Межпластовые воды

Бурение скважины для получения воды своими руками рекомендуется проводить до уровня залегания межпластовых вод, которые находятся на глубине от 5 до 20 метров. Обычно безнапорный пласт располагается на глиняной основе с песком. Поэтому такие гидротехнические сооружения принято называть скважинами на песок.

Вода, извлекаемая из межпластовых слоев, является питьевой. Ее дебет вполне удовлетворяет суточные потребности, которые составляют около 2 кубометров. Однако у этого источника есть один недостаток — отсутствие напора. Это обстоятельство накладывает определенные требования как на выбор насосного оборудования, так и на прокладку водопровода, а также требует фильтрации песка, что усложняет конструкцию гидротехнического сооружения.

Напорные пласты

Напорные пласты расположены чуть глубже – от 7 до 50 метров. Основу водоносных пластов составляют трещиноватые плотные породы, такие как известняк или суглинок, либо же рыхлые галечно-гравийные отложения.

Самого лучшего качества добывают воду из известняков. Уже первые пробы взятые из этих слоев проходят анализы на «ура». Да и среднесуточный дебет известняковых скважин составляет 5 куб.м.

Обустройство скважин на известняк упрощено тем, что лишено необходимости задействования дорогостоящего насосного оборудования. Собственный напор слоя сам поднимает живительную влагу практически до поверхности земли. К тому же песочный фильтр чаще всего не нужен.

Артезианские воды

На глубине 30-50 метров находятся артезианские воды. Скважины, которые бурятся на этих водах, известны своим высоким качеством и обеспечивают надежный источник живительной влаги на многие десятилетия.

Однако самостоятельно пробурить такую скважину не получится, даже если у вас есть геологическая карта региона. Закон запрещает самостоятельную разработку артезианских вод, которые являются ценным природным ресурсом.

Варианты исполнения скважин

Буровая скважина являет собой узкую длинную полость в виде ствола. Внутри нее помещена обсадка из концентрических труб, которые предохраняют стенки ствола от разрушения. Нижний конец ствола может иметь глухое исполнение либо же завершаться забоем – ступенчатым сужением. В этой точке и размещают заборное устройство.

Верхняя точка скважины, именуемая оголовком, включает оборудование по обустройству и обслуживанию гидротехнического сооружения.

Среди многообразия видов скважин на воду для бурения своими руками наиболее подходят варианты, представленные на рисунке.

Каждый вариант исполнения гидротехнического устройства имеет свои особенности:

Скважина–игла

Конструкция, которая получила популярность при создании абиссинских колодцев, представляет собой единое целое, состоящее из буронабивной штанги, снаряда и обсадки.

Такая скважина эффективна лишь в условиях однородных и неплотных грунтов, но при этом она отличается высокой скоростью монтажа. При использовании ударной технологии бурения скорость процесса может достигать 2-3 метров в час. Максимальная глубина, на которую можно погрузиться, составляет 45 метров.

Для реализации данной конструкции используются штанги диаметром 120 мм, а для последующего обслуживания применяются погружные насосы диаметром 86 мм.

Несовершенные и совершенные скважины

Несовершенная скважина представляет собой гидротехническое сооружение, которое словно висит в пласте, достигая нижним концом мощного водоносного пласта. Скважина характеризуется открытым забоем, при котором пласт вскрывается не на всю мощь, а лишь частично.

Любую несовершенную скважину можно модернизировать в совершенную. Для этого нужно подобрать такой радиус, чтобы их дебиты были равны. Поэтому для проходки таких скважин необходим опыт буровика и точные знания местной геологии.

Сооружение буровой установки

Не у всех есть возможность арендовать мобильную установку. Поэтому наиболее доступным вариантом для достижения желаемого результата является создание самодельного копера.

Сборка копера

Копер представляет собой конструкцию в виде треноги, имеющей форму тетраэдра.

Основой для изготовления равносторонней трехгранной пирамиды выступают стальные трубы или бревна длиной в 6 м. При заглублении опор копера на 1,5 м высота надземной части треноги составляет 4,5 м. Этой высоты достаточно для применения колена длиной в 3 м.

Чтобы предупредить «разъезжание» опор, ноги копра дополнительно скрепляют поперечинами. Центральная точка копра оборудуется:

• подъемником в виде рычага-качалки,
• блока с прочно зафиксированным крюком;
• буром, оснащенным кольцом для крепления каната;
• длинномерным грузом.

Для фиксации каната на крюке блока и кольце бура применяют якорный либо же грузовой узел. Схема его создания приведена ниже.

Забивание шурфа

После установки копера крюк с грузом, например, кувалдой, опускается до уровня земли. Эта точка соприкосновения станет отправной для бурения ствола. Вокруг выбранной точки создается шурф, представляющий собой конструкцию размером 150х150х150 см. Внутри заглубленной конструкции отмечается стартовая точка, после чего начинается процесс бурения.

Первые 3-4 метра бурятся с помощью шнека, при этом важно проверять вертикальность каждые 50 см. На следующих 5-7 метрах бурение осуществляется с использованием кондуктора. Кондуктор представляет собой трубу большего диаметра, чем затрубное пространство скважинного ствола. Установленный кондуктор тщательно выравнивается по вертикали, и только после этого его бетонируют.

Важно! При выборе размеров обсадных труб необходимо учитывать калибр используемого погружного насоса. Оптимально, чтобы зазор между корпусом и стенкой гидротехнического сооружения составлял не менее 10 мм.

Бурение проходки

Бурение скважин на воду своими руками выполняют, применяя одну из трех технологий:

• Роторная (вращательная) – предполагает «вгрызание» в породу снаряда, совершающего вращательные движения.
• Канатно-ударная – осуществляется с помощью тяжеловесного пустотелого снаряда, который последовательно опускают/поднимают, забирая породу по мере продвижения.
• Ударно-вращательная – реализуется с использованием штанги и бурового снаряда. Его сначала приподнимают над землей и с силой опускают, а затем вращают, забирая разрыхленную породу по мере продвижения в полость стержня.

Выбор инструмента зависит от типа грунтов, с которыми приходится работать. Для однородных почв обычной плотности подойдет шнековый двухзаходный бур.

Некоторые умельцы стараются обойтись простым садовым буром. Но это далеко не лучший вариант, поскольку при использовании такого инструмента велика вероятность, что асимметрия усилия сопротивления почвы спровоцирует смещение бура в сторону.

Для вязких и сильно облипающих типов почв удобно использовать буровой снаряд Шпиц. Стержень, имеющий вид стакана, задействуют при канатно-ударном бурении.

Если приходится работать с рыхлыми и сыпучими грунтами, которые просто не держатся ни в стакане, ни на витках шнека, задействуют ложковый бур. Этот инструмент эффективен при выполнении ударно-вращательного бурения.

Независимо от типа используемого инструмента, режущие кромки должны быть выполнены из прочной стали.

Монтаж обсадки

Завершающим этапом процесса бурения водяной скважины является монтаж колонны. Буровая колонна состоит из стальных труб с толщиной стенок 4 мм и диаметром от 80 мм. Эти трубы соединяются между собой с помощью штыковых муфт.

Установка обсадки может быть выполнена двумя способами:

• В первом варианте используется конструкция, где бур меньшего диаметра располагается ниже обсадной трубы большего диаметра. Эта труба оснащена режущей коронкой с разветвленными заточенными зубьями. В процессе работы бур поднимается на поверхность, а труба осаживается, позволяя коронке срезать излишки грунта. Этот метод эффективен, так как облегчает засыпку гравием, но требует значительных усилий.
• Второй способ предполагает бурение «голого» стержня без обсадки. Для этого выбирается бур большего диаметра, чем обсадные трубы, чтобы они легко помещались в пробуренные отверстия. Этот метод хорошо работает на плотных, как несыпучих, так и прилипчивых грунтах при бурении на глубину до 10 метров.

Для обсадных труб наиболее удобны пластиковые изделия. Они обладают высокой прочностью, хорошо выдерживают давление при осаживании и нагрузки грунта в случае его перемещения.

По мере углубления обсадных труб затрубное пространство заполняется мелким гравием. Эта прослойка способствует ускорению раскачки скважины и увеличивает срок ее службы.

Раскачка скважины

О моменте достижения водоносного слоя укажет состояние извлекаемого грунта. Чтобы определить, нужно ли заглубляться дальше, с помощью погружного центробежного насоса оттачивают 20-30 литров жидкости.

Если после откачки нескольких ведер вода продолжает оставаться мутной, нужно заглубиться еще хотя бы на 1-2 цикла бурения, что составляет порядка 50-100 см.

Важный момент! На время остановки бурения штангу с буром необходимо каждый раз извлекать на поверхность с тем, чтобы ее не затянуло в отверстие.

Процедуру с раскачкой вновь повторяют. Если действия не принесли желаемого результата, а вода все так же мутная, придется смириться с более долгой раскачкой, на которую может уйти до нескольких дней. Для облегчения раскачки первым делом удаляют желонкой ил и лишь после этого запускают погружной центробежный насос.

Важно! Гравийную отсыпку, постепенно оседающую по мере раскачки, необходимо обязательно восполнять.

Раскачка считается завершенной, когда прозрачность воды достигнет отметки в 70 см. Определяют это опытным путем. В непрозрачную емкость набирают откачанную воду и погружают в нее эмалированную крышку от кастрюли или керамическое блюдце D15 см. Отметка, ниже которой края диска начинают расплываться, считается отправной точной непрозрачности. Для получения более точных результатов, следить за диском следует строго под прямым углом.

Бурение водой, чистка-прокачка фильтра скважины водой

Раскачав скважину до приобретения водой необходимого параметра прозрачности, образцы проб следует отправить для лабораторных исследований. Если они соответствуют нормам, затрубное пространство замыкают глиной или бетонируют.

Контроль и мониторинг бурового процесса

Контроль и мониторинг бурового процесса являются ключевыми аспектами, обеспечивающими безопасность, эффективность и экономичность бурения скважин. Эти процессы включают в себя сбор, анализ и интерпретацию данных, которые позволяют буровым инженерам и операторам принимать обоснованные решения в реальном времени.

Цели контроля и мониторинга

Основные цели контроля и мониторинга бурового процесса включают:

• Обеспечение безопасности: Предотвращение аварийных ситуаций и минимизация рисков для персонала и оборудования.
• Оптимизация процесса бурения: Повышение эффективности бурения за счет своевременной корректировки параметров.
• Снижение затрат: Уменьшение времени простоя и затрат на материалы и ресурсы.
• Качество данных: Обеспечение точности и надежности собранных данных для дальнейшего анализа.

Методы контроля и мониторинга

Существует несколько методов контроля и мониторинга бурового процесса, каждый из которых имеет свои особенности и преимущества:

1. Датчики и измерительные приборы

Современные буровые установки оснащены различными датчиками, которые позволяют в реальном времени отслеживать параметры, такие как:

• Давление в системе;
• Температура;
• Скорость вращения бурового инструмента;
• Поток бурового раствора;
• Глубина бурения.

Эти данные передаются на центральный контрольный пункт, где они анализируются и визуализируются для оперативного принятия решений.

2. Геофизические исследования

Геофизические методы, такие как сейсмическое зондирование и электромагнитные измерения, позволяют получить информацию о геологической структуре и свойствах пород, что способствует более точному планированию бурения и снижению рисков.

3. Видеонаблюдение

Использование видеокамер для мониторинга бурового процесса позволяет визуально контролировать работу оборудования и выявлять возможные проблемы на ранних стадиях. Это особенно важно в сложных условиях бурения.

4. Программное обеспечение для анализа данных

Современные технологии позволяют использовать специализированное программное обеспечение для анализа собранных данных. Эти программы могут выполнять сложные расчеты, моделировать различные сценарии и предлагать оптимальные решения для управления бурением.

Анализ данных и принятие решений

Собранные данные подвергаются тщательному анализу, что позволяет буровым инженерам принимать обоснованные решения. Например, если наблюдается увеличение давления в системе, это может свидетельствовать о возможной блокировке, и необходимо будет скорректировать параметры бурения или провести дополнительные исследования.

Заключение

Контроль и мониторинг бурового процесса являются неотъемлемой частью успешного бурения скважин. Современные технологии и методы позволяют значительно повысить безопасность, эффективность и экономичность операций, что в конечном итоге приводит к успешному завершению проектов и достижению поставленных целей.

Вопрос-ответ

Каковы основные этапы процесса бурения скважин?

Процесс бурения скважин включает несколько ключевых этапов: подготовка площадки, выбор и установка бурового оборудования, бурение скважины с использованием различных технологий, контроль за процессом и, наконец, завершение работ, включая цементацию и обустройство скважины.

Какие технологии используются для бурения скважин?

Существует несколько технологий бурения, включая роторное бурение, ударно-канатное бурение и бурение с использованием направленного бурения. Выбор технологии зависит от геологических условий, глубины скважины и целей бурения.

Каковы основные факторы, влияющие на эффективность бурения?

Эффективность бурения зависит от множества факторов, таких как тип используемого оборудования, свойства горных пород, условия окружающей среды, а также квалификация и опыт буровой команды. Оптимизация этих факторов позволяет значительно сократить время и затраты на бурение.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные этапы бурения скважин, включая подготовку, бурение, завершение и рекультивацию. Понимание каждого этапа поможет вам лучше ориентироваться в процессе и избежать распространенных ошибок.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на выбор оборудования и технологий, соответствующих условиям месторождения. Разные типы буровых установок и инструмента могут значительно повлиять на эффективность и безопасность процесса бурения.

СОВЕТ №3

Регулярно проводите обучение и тренинги для персонала, работающего на буровых установках. Это поможет повысить уровень безопасности и снизить риск аварийных ситуаций, связанных с недостаточной квалификацией работников.

СОВЕТ №4

Следите за экологическими нормами и стандартами при проведении буровых работ. Соблюдение экологических требований не только защитит окружающую среду, но и улучшит репутацию вашей компании в глазах общественности.