7.12. Бурение гидрогеологических скважин

7.12.1 . Способы и технологии проходки гидрогеологических скважин

Способы бурения, технология проходки, оборудование и инструмент зависят от назначения скважины, гидрогеологических и геолого-технических условий бурения.

Поисково-картировочные скважины бурят на стадии съемочных работ с целью уточнения геолого-гидрогеологического строения изучаемой территории и выявления перспективных участков для более детальных исследований. Скважины бурятся диаметром 76-151 мм с отбором керна. Посадка обсадных колонн выполняется при необходимости разделения водоносных горизонтов или для крепления скважины в неустойчивых породах.

Разведочные скважины проходят с полным или частичным отбором керна. Они имеют большие диаметры ввиду детального исследования каждого водоносного горизонта и необходимости их изоляции обсадными трубами. Если скважина проектируется как разведочно-эксплуатационная, то конечный диаметр труб должен обеспечивать размещение водоподъемного насоса, а обсадные колонны обязательно цементируются.

Наблюдательные скважины бурят для измерения сезонных уровней подземных вод, с целью проведения опытно-фильтрационных работ, для опытных откачек и др. Обычно спускается одна обсадная колонна с фильтром. Верхний участок у устья колонны цементируется. Скважины имеют диаметр 73-108 мм.

Эксплуатационные (водозаборные) скважины проходят исходя из требуемого дебита скважины, то есть с учетом диаметра эксплуатационной колонны и размещенного в ней насоса заданной производительности, а также необходимости постановки промежуточных обсадных колонн. Проходка ведется сплошным забоем с начальным диаметром 300-400 мм.

Специальные технологии бурения обусловлены необходимостью повышения производительности проходки скважин в сложных разрезах и стремлением избежать кольматации водоносных горизонтов глинистым раствором. Следует отметить следующие способы бурения.

Бурение с обратной промывкой применяется при проходке скважин большого диаметра – от 150 до 1500 мм на глубину до 200-300 м в мягких и рыхлых породах (рис. [ ]).

Бурение выполняется при непрерывном отсосе промывочной жидкости из бурильных труб с помощью эрлифта, центробежного или водоструйного насосов. Устье скважины не герметизируется и постоянно соединено каналом с отстойником, откуда вода самотеком поступает в скважину. Промывочная жидкость с разрушенной породой с забоя поступает по бурильным трубам через вертлюг-сальник в отстойник. Во избежание обвалов стенок необходимо поддерживать в скважине избыточное давление (не менее 0,03 МПа). Для этого в скважине непрерывно поддерживается уровень промывочной жидкости на 3 м выше статического уровня. Вертлюг-сальник должен иметь проходное отверстие в шпинделе, равное отверстию в бурильных трубах. Ведущая бурильная труба для ротора может быть изготовлена из бурильной трубы с приваркой уголков или швеллеров. Бурильные трубы обычно выполняются из обсадных труб с фланцами или резьбой. Достигается высокая производительность бурения, отпадает надобность в обсадке скважины для крепления стенок, исключается глинизация стенок, обеспечивается надежное устройство гравийных обсыпок прифильтровой зоны.

Бурение с гидротранспортом керна и разрушенной породы позволяет в несколько раз увеличить механическую скорость проходки. Способ рекомендуется для проходки поисковых, разведочных и наблюдательных скважин на глубину до 200-300 м в породах до VII категории при диаметре скважин до 150-200 мм. Промывочная жидкость поступает к забою через специальный вертлюг-сальник и кольцевой зазор между внутренней и наружной бурильными трубами. Обратно жидкость с выбуренной породой или керном поднимается по центральному каналу бурильной трубы и по плавному отводу от вертлюга в шламо- и керноприемное устройство. Способ обеспечивает высокое качество геологического опробования по керну и шламу, однако могут возникнуть трудности в оценке гидрогеологических параметров скважины в целом. Требуется применение специального оборудования и инструмента: высокостойких буровых колонок, призабойного кернолома, двойных бурильных труб, тройного вертлюга-сальника, установки для приемки и складирования кернового материала. Применяется промывочный насос повышенной мощности, так как от его производительности и давления зависят возможные глубина скважины и ее диаметр.

Бурение с использованием кольцевых пневмо-ударников применяют по мерзлым, трещиноватым породам и галечным отложениям. Сжатый воздух от компрессора поступает к пневмоударнику по кольцевому зазору двойной бурильной колонны. Шлам с забоя наверх отводится отработанным воздухом через пневмоударник по центральному каналу труб. Техническая характеристика кольцевых пневмоударников СКБ "Геотехника" приведена в разделе 7.6.

Данные по инструменту приведены в разделе, посвященном методу бурения с гидротранспортом керна и шлама (см. раздел 7.7.).

Возможность качественного опробования и коптажа из водоносных пластов обеспечивают способы бурения: с продувкой воздухом и газожидкостными смесями, в том числе с применением пневмоударников; шнековый способ и ударно-канатное бурение.

Бурение с продувкой воздухом и газожидкостными смесями рекомендуется при проходке скважины в безводных районах, в многолетнемерзлых породах, при бурении на водоносные пласты с дебитом до 3 л/с, а также по породам, поглощающим промывочную жидкость. Этот способ не эффективен при проходке часто переслаивающихся водоносных пластов и водонасыщенных песков мощностью более 5 м. Глубина бурения ограничена до 400 м. Применение пневмоударников эффективно при проходке валунно-галечных отложений при небольших водопритоках в скважину, в породах VI-IX категорий, до глубины 300-400 м. Дополнительное оборудование – передвижная компрессорная установка обычно типа ДК-9, герметизатор устья скважины, холодильный узел при бурении по мерзлоте, вентилятор отсоса пыли (при сухой скважине). Размещение оборудования показано на рис. .

Имеется опыт применения передвижного модуля для бурения с использованием газожидкостных смесей. Модуль смонтирован на двухосном прицепе ГКБ-817 и включает компрессорную станцию ПП-1,5М1, дозировочный насос НБ-1-25/16, смеситель, емкость для приготовления ПАВ, обвязку с КИП, герметизатор устья скважины и циклонный пеногаситель. Образуется замкнутый контур: жидкость поступает из емкости в дозировочный насос, смеситель, далее в виде пены нагнетается в скважину и из скважины через герметизатор устья в пеногаситель и далее в емкость.

При пневмоударном бурении применяют погружные разведочные машины ПН, комплексы КПР (ТулНИГП) со специальными одинарными и двойными колонковыми трубами. Для проходки скважины сплошным забоем используют специальные долота.

Техническая характеристики оборудования приведена в разделе 7.6.

Шнековое бурение является производительным и экономичным способом, применяется при бурении разведочных и наблюдательных скважин в породах I-V категорий на глубину до 50-80 м. Разрушенная порода поднимается с забоя без очистного агента шнековым транспортером. Малоэффективно при проходке вязких глин. Технические данные по инструменту приведены в разделе 7.10.

Ударно-канатное бурение относится к наименее произво-дительному способу, однако оно обеспечивает качественное вскрытие и опробование водоносного пласта в скважине. Успешно выполняется бурение в валунно-галечных отложениях, в породах, поглощающих промывочную жидкость, в многолетнемерзлых породах, так как бурение ведется без промывки скважины. В рыхлых неустойчивых породах требуется обсадка скважины несколькими диаметрами труб, отсюда высокая металлоемкость скважины, трудоемкость операций с посадкой и извлечением обсадных труб и, следовательно, большой начальный диаметр скважины. Ускорение операций с обсадными трубами дает применение механизмов по медленному их вращению (расхаживанию). Используются специализированные буровые установки УГБ-3УК, УГБ-4УК (УКС-22М и УКС-30М), БУУ-2.