Разведочное бурение

Человек, никогда не занимавшийся бурением, считает, что эксплуатационную скважину делают сразу, то есть устанавливают стационарную или передвижную технику и запускают ее. К сожалению, это процесс более сложный, и прежде чем приступить к бурению для добычи воды, полезных ископаемых (уголь, марганцевые руды, цветные металлы) или при строительстве, проводят разведочное бурение. Для его выполнения используют прочное и износостойкое оборудование, которым делают скважины на большую глубину, но маленького диаметра.

Для чего необходимо разведочное бурение

Как подсказывает название процесса, скважины создают с целью разведки. Тогда возникает вопрос: что с их помощью можно выяснить? Ответов несколько, и они зависят от того, для чего нужна скважина. Рассмотрим варианты назначения разведочного бурения:

1. Определение глубины залегания грунтовых вод. Используют в частных домах с целью обеспечения постройки водой (питьевой или технической), при строительстве домов и дорог. Если грунтовые воды располагаются близко к поверхности, то фундамент/асфальт со временем «поплывет». Как итог, трещины в стенах/асфальте и быстрый выход строения/дороги из эксплуатации.
2. Изучение состава грунта качества воды. Применяют при проведении геологических исследований (поиск полезных ископаемых), для получения геофизических данных (изучение свойств земли), при прокладывании дорог и строительстве сооружений. В зависимости от состава грунта, подбирают тип фундамента.

Глубина разведочных скважин может достигать до 1000 м. В результате погружной элемент проходит несколько слоев грунта, поэтому для бурения используют и самоходную буровую технику.

Преимущества и недостатки разведочного бурения

Самое главное преимущество — 100% результат о составе грунта и глубине расположения вод, полезных ископаемых. При использовании других способов неизвестно, есть ли в слоях земли валуны или другие твердые породы, которые являются препятствием при создании скважин.

Разведочное бурение снижает до минимума эксплуатационные расходы. С чем это связано? Благодаря «пробной» скважине известен состав грунта, а также чередование слоев. Это позволяет подобрать установку подходящего вида, а значит, вероятность поломки конструкции минимальна. Немного забежим вперед. Буровое оборудование выпускают разных типов: один подходит для мягких пород, а другой легко разрушит крупные твердые пласты. То есть, если использовать первый вариант в грунте с плотными слоями, то, скорее всего, погружной элемент сломается в начале бурения.

Разведочное бурение позволяет убедиться, что вода, газ, нефть или полезные ископаемые точно есть в изучаемой зоне. Если сразу делать эксплуатационную скважину, то может получиться так, что залежей в этой зоне нет, и все работы (которые затратны) проведены зря. Как итог, затраты на выполнение работ и устранению скважины. При выполнении разведочного бурения получается скважина диаметром 46-93 мм, которую в случае неудачи легко затампонировать.

Совет. Многие при строительстве домов, в целях экономии времени и средств, сразу приступают к созданию эксплуатационных скважин под воду. Они аргументируют это тем, что раз у соседей есть вода, значит и на их участке должна быть. Как итог, получается вода плохого качества, так как на данной местности чистая вода располагается глубже, или, например, вследствие особого состава грунта воды нет на выбранном участке. В результате бурение потребуется делать в другом месте, а это дополнительные расходы.

Особенности разведочного бурения

При проведении работ важно сохранить слои грунта столбиком. Это позволит оценить чередование твердых и рыхлых слоев, и подобрать нужную технику. В связи с этим колонковая установка является самой востребованной при разведочном бурении. При ее применении порода разрушается по краям скважины, а центральное содержимое сохраняется в слоистом виде.

Виды установок и инструментов

Для проведения работ могут быть использованы следующие виды установок: колонковые, шнековые, ударно-канатные, роторные, пневмоударные, шарошечные, которые могут быть стационарными, мобильными и самоходными.

Особое место занимает техника, используемая в сложных геологических условиях  УРБ 2А2. Выбор модели оборудования для разведочного бурения зависит от состава грунта, а также геологических и климатических особенностей. Дополнительно могут потребоваться вспомогательный и аварийный инструмент. Рассмотрим каждый вид установок и дополнительных деталей подробнее.

Колонковая установка

Оборудование используют для создания разведочных скважин как в мягком, так и в твердом грунте. В связи с этим конструкция является универсальной. Произведем краткий обзор основных элементов, за счет которых осуществляется бурение. Главная деталь — это снаряд, который состоит из коронки, колонковой трубы, кернователя, переходника и бурильной колонны.

При бурении очень твердых пород используют алмазные коронки, которые выделяются высокой прочностью. При создании скважины снаряд погружается в грунт за счет вращения и дробления пород коронкой. Наружная часть породы разрушается и вымывается на поверхность за счет подачи воды под сильным напором. Центральный грунт выводится на поверхность столбиком с помощью кернователя. Колонковая установка создает скважины диаметром до 150 см и глубиной до 1000 м. Вводить погружную конструкцию в грунт можно под разным углом.

Преимущества оборудования:

• можно создать скважины большой глубины с маленьким диаметром (востребовано при создании артезианских скважин);
• подходит для разведывания в горных породах;
• слои грунта не перемешиваются, что позволяет провести оценку расположения пород без лаборатории;
• возможность бурения под разным углом;
• малая энергозатратность;
• для разведывательных работ производят компактные установки, что позволяет их использовать в труднодоступных местах;
• высокая производительность.

Из минусов — быстрый износ и заклинивание инструмента, а также необходимость использования промывочного раствора.

Шнековая установка

Технику применяют при разведочном бурении мягкого грунта: суглинок, песок, чернозем и т. д. Если в составе будет присутствовать глина или небольшие твердые частицы, то они не приведут к поломке оборудования, но сильно замедлят работу, а вот крупные валуны являются причиной выхода техники из строя.

Чтобы понять, как работает шнековая установка, необходимо ознакомиться с ее основными деталями, в данной конструкции — это шнек и долото. Деталь состоит из спирали и трубы, которую она обвивает. В процессе работы погружное устройство вращается и углубляется в грунт. Разрушенная порода выводится на поверхность спиралью шнека. Установка создает скважины диаметром 6-80 см и глубиной до 50 метров. Если грунт мягкий и без примесей, то можно достичь глубины 60 метров.

Преимущества установки:

• высокая скорость работы;
• нет необходимости извлекать из скважины разрушенную породу;
• не требуется промывочный раствор;
• не нужно укреплять стенки скважины, так как вероятность обвала низкая;
• подходит для всех видов разведочного бурения (под воду, исследование состава грунта, взрывные работы и т. д.).

Минус — разрушенная порода выводится насыпью, поэтому невозможно оценить расположение слоев грунта.

Ударно-канатная установка

Технику применяют для создания разведочных скважин в рыхлых грунтах, содержащих крупные плотные частицы, и в твердых породах. Рассмотрим главные детали установки. Бурение осуществляется за счет тяжелого долота большого диаметра, желонок. Инструмент сбрасывается в скважину за счет канатов и лебедки.

Для создания скважины с силой опускают долото, а потом поднимают его с помощью канатов и лебедки. При работе часть разрушенной породы разлетается в стороны, а остатки выводятся на поверхность вспомогательным инструментом. Установка создает скважины диаметром 15-85 см и глубиной до 100 метров.

Преимущества оборудования:

• вероятность обрушения скважины минимальна;
• из-за особенности конструкции оборудование не заклинивает;
• возможность использования техники для создания скважин в грунте с любой плотностью;
• простота управления техникой.

Минусы установки — процесс создания скважины достаточно трудоемкий, медленный и затратный. Сама техника бюджетная по цене, но дорого стоит оплата рабочим из-за того, что используется тяжелый труд.

Ударно-канатную установку в разведочном бурении используют редко, так как невозможно добиться большой глубины.

Роторная установка

Технику применяют для создания разведочных скважин в очень твердых породах. Далее разберемся, за счет чего создается скважина. Принцип действия очень схож с работой шнековой установки, но есть существенные отличия. Это вывод разрушенной породы. При использовании роторного оборудования отработанный материал удаляется из скважины промывочной жидкостью. Также данную технику можно использовать для твердого грунта, шнековую только на мягком.

Принцип создания скважины идентичен шнековой конструкции, при этом вращательный момент большой силы передается от двигателя ротором, именно он обеспечивает возможность использования установки на твердых породах. Средние размеры скважины — 70 см диаметр и глубина до 1,5 км.

Преимущества оборудования:

• можно варьировать размерами диаметра — от маленького, до большого;
• низкая энергозатратность;
• вероятность обвала стенок скважины небольшая;
• подходит для разведывательных любых работ;
• при бурении можно изменять силу погружения инструмента;
• компактные размеры оборудования;
• возможность создания скважин с большой глубиной.

Минусов у установки мало — это быстрый износ погружного инструмента и высокая стоимость замены поврежденного ротора.

Пневмоударная установка

Технику применяют для создания разведочных скважин в крепких породах. Рассмотрим, как устроен погружной инструмент. Он состоит из бурового долото, пневмоударника, бурильных труб.

Для создания скважины погружную деталь приводят во вращательное движение, далее за счет высокого давления сжатым воздухом она погружается в грунт. Благодаря двойному воздействию на породу (вращение и удар) она быстро разрушается, и, как результат, высокая продуктивность. Пневмоударная установка создает скважины диаметром до 20 см и глубиной до 80 метров.

Преимущества пневмоударного оборудования:

• высокая механическая скорость бурения;
• простота демонтажа сломанных деталей;
• мелкие частицы разрушенных пород удаляются из скважины в процессе бурения;
• погружной механизм долго не изнашивается и его не заклинивает.

К минусам относят малую глубину скважины.

Шарошечная установка

Оборудование выделяется среди всех рассмотренных, так как его можно использовать для создания разведочных скважин в очень твердых породах, например, гранит. Разберемся в устройстве погружного инструмента. Снаряд состоит из 3-х шарошечного долота бурильной трубы. А что такое шарошка? Это наконечник (долото) конической или цилиндрической формы, покрытый острыми выступами различной конфигурации, расположенными в разных направлениях.

Для создания скважины вращающаяся шарошка с большой силой прижимаются к грунту. Раздробленные породы выводятся на поверхность большим напором воды или воздуха. Шарошечная установка создает скважины диаметром до 20 см и глубиной больше 100 метров.

Преимущества оборудования:

• высокая скорость создания скважин;
• возможность создания глубины более 100 метров;
• конструкция выдерживает большие нагрузки;
• технику можно использовать в любом климате.

Минусы у техники не обнаружены. Ранее считалась высокая цена, но техника окупается благодаря длительному сроку службы.

Установки для сложных геологических условий

Разведочное бурение не всегда проводят в хорошем климате и геологических условиях. Иногда скважину нужно делать при высоких температурах или в промерзлой земле, льдах. При выполнении разведочных работ в пустыне используют установки с охлаждающей системой, в противном случае техника из-за перегрева быстро выйдет из строя. В случае проведения работ при низких температурах продуктивность зависит от прочности погружной детали и буровой техники, иначе элемент быстро затупится, рассыплется или его заклинит.

К сложным геологическим условиям относят:

1. Высокое грунтовое давление. Проведение работ опасно выбросом раздробленных пород на поверхность с большой силой. Это может стать причиной поломки оборудования и даже получением травм рабочими. При бурении в данных зонах используют оборудование, доукомплектованное датчиками измерения давления и техникой для его глушения.
2. Перемешанный грунт. Бурение затруднено разной плотностью пород в слоях. Чтобы избежать поломки установки, при проведении работ используют разные методы создания скважины. При этом оборудование должно подходить как для бурения мягкого, так и твердого грунта.
3. Сейсмическая активность. Подземные толчки являются причиной обрушения стенок скважин. Как результат, погружное устройство может обломиться или застрять, поэтому крайне важно применять высокопрочную технику, а также иметь в наличии аварийный инструмент.

Кроме особого выбора буровых установок важно правильно укомплектовать персонал. Он должен быть знаком с особенностями проведения работ в перечисленных условиях, уметь управлять разными видами техники и знать все способы бурения.

В перечисленных условиях используют установки, дополненные вспомогательным оборудованием, которое позволяет мониторить малейшие изменения в процессе выполнения работ (поменялась скорость бурения, перегрев погружного инструмента).

Какое оборудование и инструмент рекомендованы:

1. Установки с автоматической стабилизацией. Они не отклоняются от заданной траектории из-за сейсмического толчка или изменения плотности грунта.
2. Гибкие трубы. Они не ломаются и легко маневрируют при проведении работ в перемешанном грунте. Их обязательно комбинируют с твердоплавкими буровыми головками, которые способны раздробить очень прочный материал.

Дополнительно рекомендовано использовать средства герметизации, чтобы закрепить стенки созданной скважины.

Вспомогательный и аварийный инструмент

Разведочное бурение отличается от эксплуатационного тем, что неизвестно, какие форс-мажорные ситуации могут возникнуть в процессе работы. В связи с этим необходимо доукомплектовать используемое оборудование вспомогательным и аварийным инструментом. Первый вариант деталей снижает вероятность поломки комплектующих, облегчает и ускоряет процесс работы. Аварийный инструмент, как понятно из названия, нужен для устранения поломок, а также замены поврежденной детали.

Подведем итоги. Если вы не хотите лишних трат, то перед созданием эксплуатационных скважин не игнорируйте разведочное бурение. Для достижения быстрых результатов используйте качественную многофункциональную технику от проверенных производителей. И последнее, перед покупкой буровой установке убедитесь, что не будет сложностей с приобретением необходимых запчастей.