Методи буріння інженерно-геологічних свердловин

1 400 рублів за метр. Детальніше
Чому варто замовити саме у нас

Завданням бурових робіт при інженерно-геологічних дослідженнях є, як правило, вивчення геолого-літологічного будови розкритого розрізу і властивостей порід.

В даний час відомі наступні способи руйнування гірських порід: механічний (руйнування інструментами, машинами гідравлічним апаратами); фізичний (вогневої і вибуховою); хімічний (розчинення, вилуговування, газифікація). Розрізняють два основних види механічного способу буріння: ударне і обертальний буріння.

При ударному бурінні порода руйнується під дією ударів буровими наконечниками, званими долотами. При обертальному бурінні порода зрізається або раздавливается і стирається в забої спеціальними ріжучими та дроблять долота »або різцями коронок, бурової дробом або алмазами.

Розрізняють два види ударного буріння: канатне і штанговое. У першому випадку бурові наконечники опускаються в свердловину і приводяться в дію канатом (тросом), у другому випадку металевими стрижнями-штангами. Штанговое ударне буріння може проводитися з промиванням вибою свердловини і без промивки. Руйнування породи при ударному бурінні здійснюється на повний переріз свердловини - суцільним забоєм.

Обертальний буріння в свою чергу поділяється на власне обертальний (роторне), зазвичай застосовується в тих випадках, коли свердловину можна проходити суцільним забоєм, і колонкове, при якому руйнування породи на вибої ведеться по кільцю за допомогою пустотілого циліндра-коронки. Усередині коронки залишається незруйнованим стовпчик - керн або колонка породи, звідси цей вид буріння і отримав назву колонкового. Для руйнування гірських порід при обертальному бурінні застосовують алмази, тверді сплави і бурову сталеву або чавунну дріб.

Обертання бурового наконечника може бути здійснено за допомогою двигуна, що знаходиться на поверхні, через бурильні труби-штанги, або за допомогою двигуна, що знаходиться на вибої безпосередньо за буровим наконечником, До забою двигун опускається на трубах, а останнім часом іноді на канаті.

До забійним двигунам відносяться турбобур, електробур, гідровібратор і ін.

В даний час для колонкового буріння розробляються малогабаритні забійні двигуни і забійні механізми, (типу гідроперфораторов), що забезпечують одночасний вплив на породу буровим наконечником ударним і обертальним способами (комбіноване буріння).

По виду застосовуваної енергії розрізняють буріння ручне і механічне.

Як правило, обертальний, в тому числі і колонкові буріння, ведеться з промиванням (або з продувкою) забою так, щоб продукти руйнування породи виносилися на поверхню висхідним потоком рідини (або газу). При канатному і нафтовому ударному бурінні без промивання очищення вибою від породи, зруйнованої долотом, проводиться спеціальними інструментами - желонками.

З метою підвищення ефективності руйнування породи ведуться роботи зі створення механізмів які забезпечували б комбіноване вплив на породу- удар і обертання. До таких механізмів, зокрема, відносяться гідроперфоратори, гідровібратори.

При бурінні р твердих і дуже твердих породах ударно-врашательний спосіб найбільш перспективний з усіх механічних способів.

Дли проходки неглибоких свердловин (до 25 м) в нетвердих породах застосовується вібробуреніе, при якому занурення бурового інструменту відбувається за рахунок створюваних механічним вібратором вібрації і ваги самого інструменту.

До фізичних способів проходки свердловин в першу чергу. відноситься термічний, або як його називають вогневої спосіб, який застосовується головним чином для руйнування порід, що мають крем'янисті підставу. Дія цього способу засноване на тому, що при впливі на породу полум'ям з високою температурою (до 2400 °) і швидкістю до 1800 м / сек зерна кварцу перетворюються, значно збільшуючись в обсязі, за рахунок чого відбувається сколювання частинок породи; частинки виносяться зі свердловини па поверхню водяною парою. Хоча продуктивність цього способу і перевищує продуктивність механічних видом буріння, однак через відносну складність здійснення цей спосіб поки не вийшов зі стадії лабораторних дослідженні.

У майбутньому можливе використання в першу чергу для неглибоких свердловин електрогідравлічного ефекту, запропонованого Л. А. Юткіним. Суть цього способу полягає в тому, що в зоні проходження електричної іскри між полюсами в воді утворюються великі тиску, в результаті чого відбуваються вибухи, і порода поблизу іскри руйнується.

При бурінні нафтових свердловин вельми успішно впроваджується про полошіте спосіб руйнування породи на вибої за допомогою щеплених речовин, що подаються в спеціальних капсулах промивної рідиною на забій.

У ряді країн в останні роки ведуться дослідження по руйнуванню гірських порід у свердловинах за допомогою ультразвукових коливань, що передаються долоту через бурильні труби, або шляхом передачі ультразвукових коливань абразивного порошку, підсипати під металевий інструмент. Абразивним порошком частіше служить карбід бору, змочений рідиною.

При бурінні інженерно-геологічних свердловин застосовуються такі основні способи: колонковий, шнековий, вібраційний і ударно-канатний кільцевим забоєм. У всіх цих способах процес буріння, як правило, механізований.

Застосування того чи іншого способу буріння визначається наступними основними умовами:

• Колонкове буріння використовують переважно в скельних і напівскельних породах, також в щільних зв'язних грунтах за умови використання глинистої промивання; глибина буріння до 100 метрів;
• Шнековий спосіб. також вельми продуктивний, слід застосовувати у випадках розтину водоносних шарів, забою на ту чи іншу глибину без докладного вивчення прохідних порід, глибина буріння до 50 метрів.
• Вібраційний спосіб, будучи найбільш продуктивним, застосовується для проходки зв'язкових і пухких порід, що не містять значної домішки великоуламкових матеріалу; глибина буріння до 15 -20 метрів.
• Ударно-канатне буріння кільцевим забоєм рекомендується застосовувати для розвідки різних пухких, зв'язкових і напівскельних порід; глибина буріння до 50 метрів;

Ударно-канатне, вібраційне та шнекове буріння при необхідності вивчення механічних та міцнісних властивостей порід в природному стані слід супроводжувати відбором монолітів (зразків з непорушеною структурою) порід виключно за допомогою грунтоносов різного типу.

Так в глинистих ґрунтах твердої і напівтвердої консистенції слід застосовувати обурівающіе грунтоноси, зі швидкістю їх обертання, при відборі моноліту, не більше 60 об / хв і тиском на забій 150-300 кгс; в грунтах тугопластичної, м'якопластичного і текучепластічной консистенції - вдавлювані грунтоноси.

Величина заглиблення грунтоноса не повинна бути менше півтора його діаметра і не більше 0,4 метрів.

Початкові діаметри буріння визначаються кількістю змін діаметра по глибині свердловини, пов'язаних, як правило, з нестійкістю стінок свердловини і необхідністю їх закріплення обсадними трубами, а також заданою величиною кінцевого діаметра. Так, наприклад, при необхідності відбору монолітів для випробування в компресійному приладі, діаметр обойми (кільця) якого становить 90 мм, діаметр свердловини повинен бути не менше 115 мм, якщо відбору не потрібно, то 75 мм.

СП 11-105-97 Частина I. Загальні правила виконання робіт Додаток Г (рекомендований)

З посібників і різновиди буріння свердловин при інженерно-геологічних вишукуваннях

1) При колонкового буріння руйнування породи на вибої проводиться прорізанням кільцевого каналу за допомогою обертання колонкової труби з розміщеною на її кінці бурової коронкою. При цьому в центральній частині забою (всередині колонкової труби) утворюється керн у вигляді стовпчика (моноліт) ненарушенной структури. Після утворення керна достатньої довжини його відривають від масиву за допомогою кернорвателя, що встановлюється на колонкової трубі відразу над коронкою і піднімають на поверхню.

Слід зазначити, що на інженерних вишукуваннях колонкове буріння в більшості випадків проводиться «всуху», поглиблення свердловин, в цьому випадку, нерідко здійснюється ґрунтоносами обурівающего типу.

Нерідко колонкове буріння порід ведеться з привибійної циркуляцією промивної рідини, рідше з промиванням ствола свердловини глинистим розчином, що забезпечує винос шламу і створює належний вагу стовпа рідини в свердловині для підтримки в ній рівноваги за допомогою гідростатичного тиску, що дозволяє підтримувати стійкість стінок свердловини.

Для отримання якісних зразків прохідних порід, необхідно, щоб глинистий розчин, крім вищевказаних, задовольняв наступним вимогам:

Замість промивання застосовується також продування забою стисненим повітрям. Продування має ряд важливих переваг перед промиванням, з точки зору розвідувального буріння, а саме:

• - виключається додаткове зволоження, а також розмив керна і забою;
• - виключається можливість забруднення і зволоження шламу, а також змішування різниць шламу, винесених з різних горизонтів.

Ну і звичайно виключається такий важливий пункт, як доставка води до свердловин.

Істотна причина, що перешкоджає широкому використанню даного методу, полягає в геолого-гідрогеологічному обмеження можливості буріння: продування забою найдоцільніше і ефективно проводити в свердловинах, що не містять воду в рідкому стані.

2) При шнековом способі буріння м'яких і пухких порід руйнування породи на вибої виробляють обертовим долотом різних конструкцій, зруйнована порода транспортується з забою на денну поверхню шнеками, що представляють собою єдиний гвинтовий транспортер.

Геологічна документація при шнековом бурінні ускладнюється частковим перемішуванням зруйнованої породи в процесі її транспорту шнеками. Проби можна відбирати при безперервної або при періодичній поглиблення свердловини.

При шнековом бурінні кільцевим забоєм застосовують магазинні шнеки і спеціальні коронки. Але шнекове буріння має властивість викривляти стовбур свердловини, що також позначається на структурі та властивостях відібраних монолітів.

В даний час в містах, в умовах щільної міської забудови, розвинутої мережі комунікацій та активізації техногенних процесів, все більше виникає необхідність у використанні «малогабаритного», а й мало застосовується, ударно-обертального ручного способу буріння в пухких породах.

4) При бурінні ударно-канатним способом. коли руйнування породи на вибої проводиться повторними ударами наконечника, підвішеного на тросі (канаті), в якості наконечника застосовують: в зв'язкових породах - бурової стакан, в незв'язних - желонку, в напівскельних - долото.