Основные виды бурения на воду

Виды бурения на воду классифицируют по способу разрушения породы (механические и немеханические). Механические способы, в свою очередь, подразделяют на вращательные, ударные и смешанные (вращательно-ударные и ударно-вращательные). Среди наиболее распространенных вращательных видов бурения скважин на воду следует выделить три основных, к которым относятся шнековое, колонковое и роторное.

Шнековое бурение связано с использованием лопастного резца для сверления грунта с удалением разрушенной при проходке породы шнеком. Технология шнекового бурения подразделяется на бурение с использованием обсадных труб и бурение с тампонированием стенок скважины с поверхности. Причем второй способ дает возможность осуществлять эффективное бурение скважин в грунтах склонных к обрушению и образованию вывалов (в насыпных, разрушенных скальных грунтах и песке). Но наиболее распространенным является шнековое бурение скважин с механическим закреплением стенок скважины обсадными трубами. Шнековое бурение чаще всего используется в песчаных грунтах, исключающих наличие морен (подземных валунов). Максимальная глубина скважин, проходимых таким способом бурения составляет 30 м, а скорость проходки может достигать до нескольких десятком метров за восьмичасовую рабочую смену.

Колонковое бурение относится к вращательным видам бурения скважин, но при нем разрушение породы производится только по кольцу, а внутренняя часть породы образует при этом керн, заполняющий колонковую трубу по мере углубления скважины. Периодически возникает необходимость изъятия этого керна на поверхность. Для отбора из забоя частиц разрушенной породы применяют буровой насос для нагнетания в колонну бурильных труб промывочной жидкости. Все операции при колонковом бурении осуществляются при помощи буровых установок. Основные области применения колонкового способа – инженерно-геологические изыскания и разведка полезных ископаемых. В зависимости от свойств горных пород, которые необходимо пройти, используют буровые коронки или буровые долота, классифицирующиеся по следующим параметрам (см. также рис. 1): тип (лезвийная или штыревая); твердый сплав, из которого изготовлена коронка; тип соединения (шлицевое, байонетное, роликовое); форма ударной части головы (вогнутая, плоская, слабовыпуклая и др.); номинальный диаметр и угол разворота периферийного ряда штырей.

Рис. 1. Виды буровых коронок и резцов.
а - однодолотчатые; б - крестовая; в – с опережающим лезвием; г – Т-образная ; д – резцы для вращательного бурения сверлами. 1 – корпус; 2 – перо; 3 – твердосплавные пластины.

При помощи колонкового бурения можно выполнять как вертикальные, так и наклонные, восстающие, многозабойные скважины в различных типах горных пород. Роторное бурение также относится к вращательным способам. Его специфика заключается в том, что вращение долота в скважине производится посредством бурильной колонны от расположенного на поверхности ротора. Вращение ротора через приводной вал осуществляет двигатель той или иной конструкции (электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина и др.). Обычно при роторном способе для пригруза долота используют так называемые утяжеленные бурильные трубы. Разновидностями роторного способа являются роторное бурение с прямой промывкой глинистым раствором и водой (комбинированный), с обратной промывкой водой, с продувкой сжатым воздухом. Некоторые специалисты относят шнековое бурение к разновидностям роторного способа. Прямая промывка глинистым раствором дает следующие преимущества: высокие скорости бурения, прохождение пород различной твердости на различных глубинах, снижение металлоемкости конструкции, исключение кольматации пласта при завершении скважины. Недостатками прямой промывки глинистым раствором считаются: возможное снижение дебита скважины, дефицит в поставках качественной промывочной глины, невозможность бурения на воду при наличии в грунтах валунно-галечных включений, трудности в выполнении работ при отрицательных температурах. Метод обратной промывки также имеет свои преимущества и недостатки. В частности, скорость бурения может быть в два раза выше скоростей, достижимых при прямой промывке глиной, а качество вскрытия пласта обеспечивает высокие дебиты. При обратной промывке могут выполняться скважины диаметром до 1,5 м. Но при этом для способа обратной промывки водой подходят только мягкие и рыхлые породы, а уровни грунтовых вод должны располагаться ниже 3 м.

Конструкция скважины при роторном способе бурения должна включать: шахтное направление (забутованная или зацементированная труба длиной от 2 до 6 м), кондуктор для перекрытия не подлежащего эксплуатации горизонта, промежуточную, эксплуатационную и фильтровую колонны. Затрубное пространство необходимо также цементировать от башмака до устья скважины.