Лекция № 6 Вспомогательные работы при бурении. При бурении
Особенности разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин
Основные принципы механики разрушения горных пород
при бурении скважин
Разрушение горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин происходит при следующих механических воздействиях на них породо-разрушающего инструмента: удар, вдавливание, резание. Под действием ударной нагрузки в горной породе, прилегающей к забою скважины, распространяются волны напряжений, которые приводят к росту по-вреждаемости горной породы. При вдавливании породоразрушающих элементов вооружения долота в горную породу разрушение последней происходит в условиях реализации под площадкой давления трехосного неравнокомпонентного напряженного состояния сжатия. Тангенциальное усилие (сила резания) со стороны инструмента обеспечивает возник-новение состояние сжатия перед передней гранью породоразрушающего элемента вооружения и в зависимости от механических свойств горной породы при данном давлении и температуре вызывает либо резание, либо скалывание горной породы.
Резание - непрерывный процесс отделения слоя горной породы с поверхности забоя. Породоразрушающий инструмент производит резание только высокопластичных и сильнопористых горных пород. С возрас-танием упругих свойств горной породы ее разрушение под действием усилия резания происходит в результате скалывания. Скалывание – диск-ретный процесс отделения частиц горной породы забоя под воздействием сдвигового усилия со стороны предварительно внедрившегося в горную породу забоя инструмента.
3.1.1. Классификация породоразрушающего инструмента. Породо-разрушающие инструменты, используемые в бурении, по основным своим функциям делятся на три группы:
долота - для бурения сплошным забоем,
бурильные головки и коронки - для бурения кольцевым забоем с образованием кернов,
вспомогательный инструмент - пикообразные и зарезные долота, фрезеры, расширители, калибраторы и пр.
По принципу взаимодействия с горной породой породоразрушающие инструменты первой и второй групп делят на три подгруппы:
1) режуще-скалывающие (РС), разрушающие горную породу лопастя-ми (лопастные долота),
2) дробящие, разрушающие горную породу с помощью ударного воз-действия,
3) дробяще-скалывающие (ДС), разрушающие горную породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечное долото).
Заметим: в породоразрушающих инструментах первой подгруппы иной раз выделяют подгруппу инструментов истирающе-режущего (ИР) действия (алмазные и твердосплавные долота, разрушающие горную породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, распо-ложенными в торцевой части долота).
Разрушение горных пород инструментом первой подгруппы обеспечивается вдавливанием и резанием, второй подгруппы – дина-мическим приложением нагрузки (ударом), третьей - ударом, вдавли-ванием, резанием. Поскольку породоразрушающий инструмент дробящего действия при бурении нефтяных и газовых скважин практически не используется, то основное внимание мы уделим рассмотрению работы инструмента первой и третьей подгрупп.
Схемы взаимодействия с горной породой породоразрушающих эле-ментов вооружения бурового инструмента приведены на рис.12.
Породоразрушающий инструмент подгрупп РС и ИР характеризуется выполнением вооружения в виде лопастей или секторов. Породоразрушающий элемент долота называется лопастью, если его высота значительно превосходит толщину, и сектором, если его высота меньше или равна толщине.
Породоразрушающий инструмент РС и ИР действия вращается вокруг своей оси с угловой скоростью (dim = рад/с = с-1), при этом инструмент непрерывно вдавливается в горную породу осевым усилием F, производя разрушение породы под пятном контакта, а сила резания T обеспечивает разрушение горной породы перед передней гранью породо-разрушающего элемента долота, срезает слой горной породы толщиной (рис.12).
Долотом дробящего действия массой m наносятся удары по поверхности забоя. Динамическое разрушение описывается уравнением для кинетической энергии Wk инструмента и потенциальной энергии U деформирования породы. Закон сохранения энергии Wk= U является основной для анализа ударного взаимодействия долота с горной породой.
Породоразрушающий инструмент ДС действия отличает размещение вооружения в виде инденторов (зубьев) на вращающихся деталях – шарошках. Каждый зуб долота дробяще-скалывающего действия вначале наносит удар по горной породе забоя скважины, затем вдавливается в породу силой F и одновременно с этим участвует в обусловленных кинематикой долота скольжении со скоростью V и вращении с угловой скоростью, величина которой определяется угловыми скоростями вра-щения шарошки вокруг оси долота д и вокруг своей оси ш.
Общим для первой и третьей групп инструментов является внедрение породоразрушающих элементов вооружения долот в горную породу под действием осевого усилия F и вращение инструментов. На забое скважины разрушение горной породы осуществляется при одновременном действии не только осевого усилия, но и тангенциальной силы T. Появление силы резания при использовании инструмента третьей группы обеспечивается конструктивными особенностями этих долот.
В бурении характеристикой вращения бурового оборудования (буро-вой колонны, породоразрушающего инструмента) чаще является число оборотов n или равноценная ей характеристика - частота оборотов f. Обе эти величины характеризуют число оборотов в единицу времени (dim n = dim f = об/с = с-1). Традиционно число оборотов в бурении измеряется в оборотах в минуту (об/мин) = 1/мин. Величина, обратная числу оборотов, определяет продолжительность одного оборота, т.е. период T = n-1 = f-1. Угловая скорость связана с периодом соотношением = 2/T.
Величина линейной скорости при вращательном движении точки, находящейся на траектории диаметром d, определяется выражением
V = d/2 = dn.
Возможность использования той или иной подгруппы инструментов для бурения скважины определяются механическими свойствами горных пород, главным образом величиной их твердости и абразивности. В пределах каждой подгруппы (РС, ИР, ДС) инструменты имеют особенности в зависимости от того, для пород какой абразивности и твердости они предназначены. Соответствие абразивности горных пород отражает класс инструмента, а твердости – тип инструмента. Породо-разрушающие инструменты изготавливают двух классов: инструменты первого класса cо стальным фрезерованным вооружением предназначены для разбуривания неабразивных горных пород, второго класса с вставным твердосплавным вооружением – абразивных пород. Тип инструмента оп-ределяется величиной твердости горной породы.
3.1.2. Вспомогательный породоразрушающий инструмент. К специ-альным способам бурения относят такие нетрадиционные способы, в которых буровой снаряд с породоразрушающим инструментом внедряется в горную породу без вращения. Это достигается либо забиванием, либо вдавливанием инструмента. Породоразрушающий инструмент такого типа используется для бурения мягких горных пород. Инструмент имеет форму башмака (стакана) режущего действия или вид пикобура с торцом конусной формы.
При использовании коронки разрушение породы происходит по кольцевой площади забоя (получение керна), а при использовании пикобура – горная порода разрушается по всей площади забоя.
Для выполнения вспомогательных работ в скважине применяется следующий специальный инструмент:
▪ зарезные и фрезерные долота предназначены для забуривания новых стволов в скважине и фрезерования металла при ликвидации аварий в скважине, связанных с поломкой породоразрушающего инструмента,
▪ калибратор - лопастной, шарошечный породоразрушающий инстру-мент, устанавливаемый непосредственно над долотом. Он предназначен для центрирования долота в скважине, для обработки (разрушения) ствола скважины до размера, равного диаметру нового долота,
▪ расширитель - пикообразное долото (специальное лопастное доло-то), предназначено для расширения диаметра скважины, которая была пробурена инструментом меньшего диаметра, для разбуривания цемент-ных пробок, металлических деталей низа бурильной колонны.
3.1.3. Параметры режима бурения и показатели работы долот. Ре-жим работы долот первой и третьей подгрупп характеризуется следу-ющими параметрами:
F - осевая нагрузка, dim F = Н,
n - частота вращения долота, dim n = об/мин.,
Q - интенсивность (производительность) промывки забоя, dim Q = м3/ с.
П – параметры бурового раствора (плотность, вязкость, концентрация твердой фазы, показатель фильтрации).
Осевая нагрузка создается, в основном, весом утяжеленных буриль-ных труб и забойного двигателя. Для успешного разрушения горных пород при бурении скважин величина осевого усилия составляет 100 – 250 кН. При роторном бурении осевое усилие создается большим, чем при тур-бинном бурении.
При роторном бурении, при бурении забойными двигателями частота вращения долота меняется в диапазоне (20 280 ), (300 700) об/мин., со-ответственно; наибольшая же частота вращения достигается при бурении скважин алмазными долотами (от 400 об/мин и выше).
Подача буровых насосов составляет несколько десятков литров в секунду.
Каждый параметр режима бурения влияет на эффективность разру-шения горных пород, причем влияние каждого из параметров на разрушение горных пород при бурении зависит от заданных значений других параметров.
Значения режимных параметров, обеспечивающие лучшие показатели работы долота при использовании имеющегося бурового оборудования, определяют оптимальный режим бурения.
К основным технико-экономическим показателям работы долот отно-сятся следующие:
▪ проходка на долото L - длина ствола скважины в массиве горных пород, пробуренного данным долотом. Этот показатель позволяет судить об объёме полезной работы, выполненной данным долотом при бурении. Для шарошечного и лопастного долот этот показатель совпадает с проходкой за рейс, т.к. эти долота выходят из строя в течение первого же рейса. Показателем конечной стадии отработки долота является резкое снижение механической скорости бурения от начальной величины при износе вооружения долота или резкое повышение крутящего момента при износе опоры;
▪ долговечность долота tб представляет собой время бурения скважи-ны данным долотом до его полного износа;
▪ механическая скорость бурения Vм = L / tб. Эта величина харак-теризует буримость горной породы данным инструментом при данных значениях параметров режима бурения. С ростом глубины скважины высокая механическая скорость менее выгодна, чем увеличение проходки за рейс. Объясняется это увеличением длительности спуско-подъёмных работ при росте глубины скважин;
▪ рейсовая скорость бурения
Vр= L /(tб + tсп),
где tсп -длительность спуско-подъёмных операций с учетом времени наращивания колонны и смены долота. Величина Vр с ростом времени бурения снижается;
▪ техническая скорость бурения
Vр= L / (tб + tсп + tв),
где tв - длительность вспомогательных операций. Величина технической скорости характеризует общий темп углубления скважины;
▪ удельные эксплуатационные затраты на обеспечение 1 м проход-ки (себестоимость одного метра пробуренной скважины), определяемые по формуле
С = [Св(tб + tспо + tвсп) + Cд] / L,
где Св - стоимость 1 часа работы буровой установки, Cд - стоимость до-лота. Рациональным типом породоразрушающего инструмента данного размера для конкретных условий бурения является такой тип, который при применении в данных условиях обеспечивает минимум эксплуатационных затрат на 1 м проходки.
Наиболее важными показателями, с точки зрения оперативного управления процессом бурения, является величина проходки и мгновенная механическая скорость. Остальные показатели могут быть рассчитаны после измерения величин L и Vм. Для измерения указанных показателей процесса бурения используют приборы ИП (измерение проходки).
Из приведенного выше выражения для величины С следует, что стоимость одного метра проходки определяется пятью переменными. На величину С значительно влияет стоимость одного часа работы буровой установки Св: для пробуреного интервала на одной площади при бурении различными буровыми установками одним и тем же долотом получают различную стоимость проходки при одинаковом времени чистого бурения. Увеличение проходки на долото L приводит к резкому сокращению числа спуско-подъемных операций и снижает удельные эксплуатационные затраты на 1 м проходки.
Перечисленные показатели работы долот только в том случае объек-тивно характеризуют работу инструмента, когда они привязаны к конк-ретным условиям его работы: указаны показатели режима бурения (управ-ляемые параметры) и свойства горных пород, геолого-структурные особен-ности разбуриваемого массива (неуправляемые параметры). Важно пра-вильно выбрать значение управляемых параметров при изменении неуп-равляемых: определить тип инструмента и показатели режима бурения при известных значениях показателей свойств горных пород.
3.1.4. Обоснование критериев рациональной отработки долот. Оптимизация процесса бурения заключается в определении оптимального сочетания величины компонент режима бурения (F, n, Q, П).Показатель, по которому оценивается эффективность бурения, называется критерием.
Cогласно исследованиям В.С.Федорова, механическая скорость в процессе бурения изменяется по экспоненциальному закону
,
где Vo – начальное значение механической скорости, k – коэффициент, величина которого зависит от износа вооружения долота.
Связь между проходкой на долото hд и его долговечностью tб устанавливается формулой
.
Выражение для рейсовой скорости Vр через полученное выражение для проходки на долото примет вид
,
Из формулы следует, что величина рейсовой скорости зависит от четырех параметров.
Графики изменения величин Vм, Vр, С приведены на рис.13. Если механическая скорость бурения постоянно снижается с увеличением про-должительности бурения, то изменение рейсовой скорости и удельных затрат отличает более сложное поведение.
Резкий спад механической скорости бурения шарошечным долотом по сравнению с ее начальной величиной свидетельствует о катастрофическом износе вооружения.
Рейсовая скорость возрастает до своего максимального значения (Vр)max, а затем снижается. Время достижения максимального значения рейсовой скорости определяет оптимальное время бурения (tб)опт данным долотом.
Величина С с ростом времени бурения вначале снижается, но при достижении значения tэ начинает возрастать. Экономически выгодная продолжительность бурения tэ указывает на момент подъема долота из скважины.
Если ставится задача обеспечения минимальных сроков строительства скважины (бурение скважины по заданной траектории до проектной глу-бины), то оптимальной стратегией бурения будет та, которая обеспечивает замену породоразрушающего инструмента при достижении максимальной величины рейсовой скорости. Если же преследуется задача минимизации затрат на строительство скважины, то замену инструмента необходимо проводить по достижении времени бурения величины tэ.
Большие значения механической скорости бурения не могут быть решающим фактором для оценки производительности труда буровой бригады, т.к. это может быть достигнуто при таких значениях осевого уси-лия и частоты вращения, при которых происходит значительный износ инструмента, требующий замену долота.
3.1.5. Определение осевой нагрузки на долото. Твердость является основным показателем, с помощью которого определяется необходимая для эффективного разрушения горной породы осевая нагрузка на д олото. Нагрузка на долото - один из основных параметров, определяющих режим работы породоразрушающего инструмента на забое скважины.
Из условия обеспечения объёмного разрушения горной породы вели-чина осевой нагрузки на шарошечное долото рассчитывается по формуле
F = HSк,
где = (0,331,59) - коэффициент, учитывающий реальные условия разрушения горной породы в скважине (величину дифференциального давления, температуру горных пород, состояние забоя и пр.), Sк - контактная площадь данного долота. Величина определяется по промыс-ловым данным.
Зная твердость горных пород и контактную площадь используемого долота, можно определить осевую нагрузку, требуемую для бурения скважины данным шарошечным долотом. Нужно помнить, что по указанной формуле можно определить лишь ориентировочное значение требуемого для разушения горной породы осевого усилия, т.к. формула не учитывает работоспособность опор долота.
Если в приведенную выше формулу вместо значения твердости под-ставить величину условного предела текучести Ро, то получим величину минимального осевого усилия, обеспечивающего разрушение упруго-пластичных горных пород при усталостно-объёмном ее разрушении на забое.
Если твердость разбуриваемых горных пород неизвестна, то величину необходимого осевого усилия для эффективного разрушения горных пород можно приближенно определить по значению удельной нагрузки Fудпо формулеF = FудD, гдеD – диаметр шарошечного долота,dimFуд = кН/мм. Рекомендуемые значения удельной нагрузки для различных горных пород, механические свойства которых оцениваются только качественно, приведены в таблице 2.
Таблица 2
studfiles.net
Водоносные слои при бурении - Всё о бурении скважин
Как определить водоносный слой при бурении скважины
Правильное определение водоносного слоя порой играет решающую роль при выборе места для бурения скважины. Что мы подразумеваем под этим понятием? Водоносный слой — это русло, окруженное плотными слоями извести или глины. В зависимости от климатических и географических условий, а также учитывая ландшафт местности, водоносные слои могут различаться как по объему вмещаемой грунтовой воды, так и по длине, ширине и глубине. Бурение скважин на воду в свердловской области можно осуществить с помощью нашей организации.
Какие признаки будут свидетельствовать о том, что здесь находится водоносный слой?
В зависимости от того, на какой глубине будет заложен водоносный слой, его идентификация будет возможна благодаря размерам песка. Если водонос очень глубокий, то на пути бурения вы
встретите крупный песок, что сразу же скажется на самом процессе бурения.
Еще один показатель, который поможет вам в поиске грунтовых вод – наличие растений, которые растут на выбранной территории. Причем, с помощью растений возможно определить даже глубину, на которой располагается этот слой. Если на выбранной территории растет рогоз или песчаный камыш, значит можно рассчитывать на глубину от одного до трех метров. При наличии на местности таких растений, как черный тополь или сарсазан, значит водоносный слой находится на глубине от трех до пяти метров. Такие растения, как полынь и люцерна свидетельствуют о грунтовых водах на глубине от 10 до 15 метров.
Также водоносный слой можно определить с помощью деревьев. Если их корневая система имеет стержневой корень, то вероятнее всего грунтовые воды находятся очень глубоко. Деревья с маленькой корневой системой свидетельствуют о небольшой глубине водоноса.
Рельеф ландшафта – еще один помощник в поиске грунтовых вод.
При проведении грунтовых работ стоит уделить должное внимание рельефу. В подавляющем большинстве случаев водонос будет повторять линию местности. Не стоит искать воду на возвышенностях, а вот наличие на территории впадин скажет о том, что искать водонос лучше всего именно в таких местах, что значительно сузит ваши первоначальные поиски необходимого места.
Резюмируя все вышесказанное, можно выделить несколько ключевых моментов, которые значительно облегчат процесс поиска водоносного слоя:
Наличие определенных видов растений помогут вам подсказать, на какой глубине будут находиться грунтовые воды.
Стоит отслеживать размеры песка, который будет подвергаться бурению. Чем мельче песок – тем ближе вы к цели.
Вероятность найти грунтовые воды на местности со впадинами гораздо выше, нет никакого смысла искать водоносный грунт на возвышенностях и холмистой местности.
Руководствуясь этими принципами, вы потратите намного меньше времени на поиски необходимого места. Также пробурить скважину под ключ возможно доверить специалистам. что значительно сэкономит ваше время и даст вам гарантии на то, что вы найдете самое выгодное место.
Как обзавестись собственной водоносной скважиной: способы бурения, их плюсы и минусы
Неважно, являетесь вы владельцем большого загородного дома, скромной дачи или приусадебного участка – вопрос снабжения водой всегда является одним из основных. А во многих местах существует единственное решение – бурить собственную скважину. Причин тому может быть несколько: отсутствие центрального водоснабжения или перебои в его работе, низкое качество водопроводной воды или её слабый напор.
Для качественного результата – устройства водоносной системы, которая прослужит вам много лет – необходимо правильно определить место и время года для бурения, а также примерное количество потребляемой воды. Её место должно определяться согласно расположению водоносного слоя на участке. Самый надёжный, но в то же время и достаточно затратный способ определения залегания воды – геологические изыскания и тестовое бурение. Если же вы уверены, что сможете обойтись и без этого (выход вод на поверхность или информация о расположении скважин и колодцев на соседних участках), учитывайте, что по санитарным нормам водоносная скважина не должна быть приближена к колодцам канализации ближе, чем на 30–50 метров. Об этом говорится в СанПиН 2.1.4.1110-02.
Оптимальный сезон бурения скважины
Современное развитие технологий бурения достигло такого уровня, что время года, в которое будет происходить устройство скважины, не так уж и важно. К примеру, зимнее бурение может проводиться при температурах, достигающих -20 градусов по Цельсию. Тестовое бурение в этот период вряд ли потребуется, ведь грунтовых вод зимой крайне мало, а это значит, что водоносный слой будет найден легко. Да и отсутствие дождевых вод упрощает процесс, ведь скважина в этом случае не осыпается и не размывается, замёрзший грунт позволяет шахте держать форму. К тому же зимой тарифы на бурение снижаются, а это существенная экономия средств. Именно поэтому обустройство скважин зимой становится всё популярнее.
Лето и ранняя осень – лучшее время для бурения.
Отсутствие морозов и избыточного количества подземных вод, оптимальные температуры почвы и воздуха упрощают процесс. Недостаток этого времени года один – большое количество желающих пробурить скважину, что порой растягивает очередь на бурение до поздней осени. А там, в период дождей, скважины большой глубины (более 25 метров) делать очень сложно.
Весной та же проблема: тает снег, идут дожди, подземные воды достигают максимального уровня. В подобных условиях определить расположение водоносного слоя крайне тяжело. К тому же доставка на участок техники для бурения осложняется весенней распутицей, а бурение – размыванием границ шахты (для их удержания требуются дополнительные средства, время и материалы).
Способы бурения скважин подразделяются на ручные и механические.
Ручные не требуют участия тяжёлой специализированной техники и подходят для обустройства скважин с небольшой глубиной. С их помощью можно обеспечить водоснабжение дачи своими руками .
Ручные способы бурения
Роторный способ ручного бурения скважин довольно прост. Здесь используют бур, напоминающий большое сверло, который, вращаясь, пробивает грунт (на почвах из суглинка и гравия этот инструмент особенно хорош). Для пробивки сухих песчаных грунтов обычно берут бур несколько другого вида – в форме цилиндра с отверстиями по спирали, или, как его ещё называют, бур-ложку. Во время всего процесса бурения в шахту скважины с помощью насоса заливают воду либо глиняный раствор. Это необходимо, во-первых, для промывания бура, а во-вторых, чтобы сделать стены будущей скважины более устойчивыми к осыпанию и размыванию.- Ударно-канатный способ эффективен, но долог и требует существенных затрат. Всё, что нужно, – это устойчивая тренога, стакан для забивания, представляющий собой полую трубу, и лебёдка для его подвешивания. Края стакана заострены и в момент забивания в почву разрушают её слои. С помощью лебёдки труба-стакан поднимается и резко опускается, грунт заполняет стакан – так происходит формирование шахты скважины. Этот способ работает хорошо при бурении мягких, влажных грунтов. На сыпучих почвах вместо трубы-стакана используют желонку: она поднимает подобные грунты на поверхность эффективнее.
Абиссинская скважина (скважина-игла, абиссинский колодец) – представляет собой стержень из стали диаметром около 3 см, забиваемый в грунт. Преимущества этого метода – в его простоте и надёжности. Минус – глубина скважины не может быть больше 8 м. При залегании водоносного слоя на глубине, превышающей эту отметку, скважина-игла не работает. К тому же небольшой диаметр абиссинской скважины не позволит опустить в неё погружной насос. Придётся довольствоваться поверхностным, а он не способен снабдить вас водой с постоянным высоким напором.
Себестоимость сланцевой нефти в США достаточно низкая. Узнайте в нашем материале всю информацию об этом.
Секреты самого большого болота в мире можно узнать в интересной статье .
Механические способы бурения
Механическое бурение способно пробить даже слои камня на пути к водоносному слою, оно более дорогостоящее, но способно сделать скважину глубиной до 1000 метров.
Шнековое бурение, пожалуй, считается самым удобным из механических способов обустройства скважин. Металлический стержень с острым резцом на конце и лопастями для удаления содержимого будущей водоносной шахты – вот что представляет собой шнек. Он может быть частью громоздкой буровой станции, смонтированной на тяжёлой специализированной технике, но чаще всего используется в небольших бурильных установках, которые не требуют для эксплуатации привлечения труда высококвалифицированных рабочих. Ещё одно достоинство шнекового бурения – чтобы убрать лишний грунт из шахты скважины, специализированная техника не требуется.- Колонковое бурение – метод чрезвычайно эффективный. Именно таким способом делают скважины глубиной до километра, невзирая на плотность породы. Глина или скала – буровому снаряду всё нипочём. Его отличительная особенность – насадки из очень твёрдых сплавов с алмазным напылением, которые разрушают грунт не цельной площадью, а по периметру кольца. Такой вид бурения применяется при геологической разведке мест залегания полезных ископаемых, но и для бурения на воду подходит как нельзя лучше, особенно если между поверхностью и водоносным слоем проходят скальные породы. Минус этого метода – в его высокой стоимости. Диаметр готовой скважины в этом случае также невелик – до 16 см.
Механическое роторное бурение – ещё один высокоэффективный метод, основанный на вращении долота механизмом роторного типа. Почва и входящие в её состав твёрдые породы крошатся долотом, совершающим поступательные движения внутри бурильной колонны, и затем вымываются из шахты скважины водно-глиняным раствором. При этом способе бурения чаще всего применяются мощные установки вида УРБ-2А2, МБУ-2М, УРБ-2,5, УРБ-3 АМ. Минусы этого способа – высокая стоимость бурения и значительный расход глины и воды. При бурении в зимний период раствор для промывки скважины необходимо подогревать, что также создаёт неудобства.
Существует много других способов бурения водяных скважин. Какой из них выбрать – следует решать, исходя из рельефа местности, особенностей грунта, глубины нахождения водоносного слоя и, разумеется, финансовых возможностей. Также, стоит узнать как утеплить скважину и обязательно осуществить эту операцию.
Какой бы способ бурения вы ни выбрали, обустраивать скважину нужно на совесть, с возможностью доступа к ней при ремонте.
А А А Размер текста
Необходимость карты водоносных слоев при бурении
Знание гидрогеологии местности, на которой предполагается приобретение земельного участка под индивидуальное строительство, это жизненно важная информация. Она позволит определить возможность возведения жилого дома и связанные с этим особенности его конструкции, начиная от вида фундамента и глубины его заложения. Близко расположенный к поверхности водоносный слой может стать серьезным препятствием к осуществлению планов освоения участка. Как определить водоносный слой?
Нужно доподлинно узнать, на какой глубине расположен ближайший водоносный пласт (верховодка) и каковы сезонные колебания его уровня. Помимо традиционных народных методов и средств определения глубины расположения водоносного слоя для любого района имеется карта с нанесенными на ней данными по глубинам водных горизонтов. Наиболее точный результат дает разведочное бурение.
Разновидности карт
Название этих документов может быть различным в зависимости от характера нанесенной на них данных:
Рис.1. Гидроизогипсы – направление течения вод перпендикулярно линиям
- гидроизогипсы – линии, соединяющие точки в недрах земли, с одинаковым уровнем зеркала грунтовых вод относительно нулевой отметки. На картах отображается волнистой линией, образующейся при соединении точек разведанных при геологических исследованиях. Гидроизогипсы составляются для безнапорных водонесущих слоев и дают общее представление о перемещении подземных вод. Учитывая расположение линий на такой карте можно определить характерные направление и уклоны потоков жидкости, места запитывания пластов и точки их разгрузки, а также характер связи грунтовых вод с открытыми водоемами – являются они питающими или дренирующими;
- гидроизопьезы – линии на карте водных ресурсов, получающиеся соединением точек с одинаковым напором подземных вод;
Рис.2. Пример составление карты гидроизопьез
- карты перепадов уровней грунтовых вод является наиболее информативными в отношении определения возможности бурения скважины на участке в обследуемом районе. Сплошными линиями соединены эксплуатируемые объекты с одинаковым уровнем залегания водоносных слоев;
Рис.3. Карта перепадов уровней грунтовых вод
- графики колебания столба воды в скважинах.
По графику рис.4 очевидно, что водозабор интенсивно наполняется весной во время таяния снега и осенью при обильных осадках (данные за 2004 год), низкий уровень в 2005 году объясняется засушливой осенью с небольшим количеством осадков. Напомним, что уровень скважины определяется расстоянием от ее устья до устойчивого зеркала воды при отсутствии откачки.
Рис.4. График сезонных колебаний уровня воды в скважине
- схемы гидрогеологических разрезов – дают четкое представление о наличии и расположении водных горизонтов в исследуемой местности. Карта позволяет узнать места расположения скважин, чтобы составить четкое представление о предполагаемой глубине бурения. Совместив полученные данные с картой перепадов уровней грунтовых вод можно получить всю необходимую информацию о характере будущего ствола, способе бурения и необходимых материалах.
Рис.5. Схематический гидрогеологический разрез местности по действующим скважинам
Вся упомянутая документация составляется на основе анализа действующих водозаборов. Показатель пьезометрической поверхности зависит от внутрипластового давления воды и высоты горизонта. Условно уровень может находиться как над поверхностью земли, так и в ней. По сути, показатель говорит о высоте подъема воды при вскрытии артезианской скважины. По нему можно предварительно понять длину обсадной колонны, зная, что она должна быть выше пьезометрического уровня.
Рис.6. Карта глубин скважин на территории Московской области
Виды и характеристики водонесущих слоев
Подпочвенный слой
Глубина залегания от 2 до 5 метров. Подпитка происходит от атмосферных осадков и таяния снега. Уровень воды в таких пластах нестабилен и колеблется в течение года, в засушливый период может вообще пересохнуть, а в полноводном режиме недостаточная толщина почвенного слоя над ним не позволяет происходить качественной фильтрации. Поэтому на качестве воды негативно сказывается присутствие пахотных земель во время внесения удобрений, наличие ферм или хранилищ химикатов вблизи участка. Не допускается наличие санузлов и дачных туалетов вблизи водозабора.
Типичным представителем водозаборов на подпочвенных водонесущих слоях являются колодцы и скважины типа «абиссинский колодец».
Грунтовые воды
Находятся обычно на глубине до 10 метров и представляют собой водоносный слой с подложкой из глин или глинистых сланцев. Верхний изолирующий слой также состоит из водонепроницаемых глин. Подпитка происходит из подпочвенных вод в разрывах верхнего изолирующего слоя, представляющих собой глинисто – песчаные фильтры. Также возможна подпитка из отрытых водоемов, но нередки случаи дренирующей связи с ними. Качество воды невысокое по причине замутнения ее глиной.
Водозаборы на таких глубинах залегания применяются различные:
- колодцы;
- скважины «абиссинский колодец»;
- обычные водозаборы с бытовыми электронасосами.
На такой глубине залегания водоносный слой обычно является безнапорным с дебитом от 0,5 – 2,5 кубометров в час.
Межпластовые воды
Располагаются на глубине 10 – 100 метров, вода в них, как правило, находится под давлением. Возможно наполнение пласта водоносными песками или гравийно – каменными отложениями. В последних вода наиболее качественная, скважины имеют хороший устойчивый дебит. Нижний изолирующий слой представляет собой глинистые сланцы или скальные образования. При бурении нежелательно применять промывку глинистыми растворами, поскольку они активно «заглинивают» скважину, после чего потребуется длительная промывка стволов.
Водозабор представляет собой скважину с обсадкой диаметром до 219 мм, насос глубоководный.
Артезианские глубоководный пласты
Уровень залегания таких водоносов обычно составляет более 100 метров, и располагаются они в трещиноватых известняках. Часто встречаются пласты чистой воды на скальном основании. Качество воды в таких водоносах исключительно высокое, дебит скважин весьма значителен.
Учитывая высокую стоимость бурения и строгие требования к водоохранным зонам артезианских скважин, а также высокую производительность таких водозаборов, их обустраивают для коллективного пользования. Такое их использование целесообразно также из финансовых соображений.
Артезианский водоносный слой учитывается в специальном госреестре как стратегический объект.
Пользуйтесь доступной информацией и успехов вам!
Похожие статьи по данной теме:
Глубина расположения водоносных горизонтов
Виды водоносных горизонтов
Как узнать уровень грунтовых вод на участке
Источники: http://geosector-ekb.ru/stati/article_post/kak-opredelit-vodonosnyy-sloy-pri-burenii-skvazhiny, http://greenologia.ru/eko-zhizn/sistemy/vodosnabzhenije/skvazhina/kak-obzavestis-sobstvenno-skvazhinoj.html, http://oburenie.ru/skvazhiny/karta-vodonosnyih-sloev.html
rusbyr.ru
Лекция № 6 Вспомогательные работы при бурении
Процесс бурения связан с рядом вспомогательных работ: подготовка рабочих мест буровых станков (площадок уступов), а также самих станков и вспомогательного оборудования к бурению скважин; бесперебойное обеспечение станков электроэнергией, материалами, буровым инструментом; учет и обеспечение сохранности пробуренных скважин; перегоны станков; их ремонт; наращивание и перестройка линий электропередач; перемещение силового кабеля.
Подготовка площадок уступов к бурению заключается в освобождении их от оборудования (перенос трансформаторных коммуникаций, линий электропередач, трансформаторных подстанций и др.), планирование и очистка от снега, выравнивание навалов породы, засыпка углублений, ликвидация возвышенностей, расширение площадок, устройство дорог для перемещения станков. Эти работы выполняют с помощью бульдозеров и вспомогательного оборудования (бурильных молотков, пневмоударных станков).
Далее производят маркшейдерскую съемку подготовленных площадок, вынос проектных отметок расположения скважин на местность, подвод энергии (сжатого воздуха, воды), перемещение станков на обуриваемый блок уступа, подключение их к трансформаторным подстанциям и подготовку к работе (подъем мачт, подключение воздушных магистралей, замена бурового инструмента и т.д.).
Буровой инструмент, материалы и запасные части доставляют на железнодорожных платформах или автомашинах, оборудованных кранами.
При концентрации на небольшой площади нескольких буровых станков целесообразно оборудовать в карьере простейшие передвижные мастерские, служащие также для хранения инструмента, смазочных материалов и мелких запчастей, обогрева и отдыха рабочих. При вынесении проекта оборудования блока на местность у точек расположения скважин проставляются их номера и проектная глубина. Фактическую глубину скважин определяет машинист бурстанка и выборочно – горный мастер. Дополнительный контроль выполняют взрывники перед зарядкой скважин. Допустимые отклонения параметров сетки и глубины скважин составляют 
0.3 м.
Длительность сохранения скважин ограничена. Со временем уменьшается фактическая их глубина из-за обрушения стенок скважин, снежных заносов, наездов автомашин и бульдозеров, сотрясания и т.д. Время повторного разбуривания скважин достигает 5-6% календарного времени работы буровых станков. Особенно интенсивное разрушение наблюдается у стенок наклонных скважин. В среднетрещиноватых породах оно происходит в первые 5-10 дней, а в легковыветривающихся сильнотрещиноватых породах нарастает со временем. Особенно опасно оплывание скважин в вечномерзлых глинистых породах в летний период. Для его предотвращения необходимо максимально сокращать переходящий остаток невзорванных скважин.
В зимний период в устьях скважин могут возникать ледяные и снежные пробки глубиной до 2-3 м; при снежных заносах затрудняется отыскание скважин, особенно при нарушениях сетки бурения. В связи с этим необходимо плотно закрывать устья скважин.
2. Технологические основы автоматизации бурения
Целью автоматического управления процессом бурения является облегчение труда буровой бригады и достижения высокой производительности станка при снижении затрат и выполнения планового объема бурения в заданный срок. Полностью эта цель может быть достигнута после разработки методов и технических средств автоматического управления на основе оптимизации производственных процессов на карьере.
В настоящее время разрабатываются методы и технические средства автоматического управления буровыми станками независимо от других процессов. Оптимальные критерии устанавливаются для конкретных видов бурения и породоразрушающего инструмента. В качестве таких критериев применяют минимум времени на бурение скважин или наилучшие технические технико-экономические показатели буровых работ, например, минимум затрат на бурение одного метра скважины.
Технико-экономические критерии используются в системе автоматического регулирования косвенно, так как непосредственная аппроксимация их в виде электрических сигналов, необходимых для управления, невозможна.
При ручном управлении машинист вынужден постоянно регулировать либо усилие подачи, либо частоту вращения, выдерживая их постоянными при определенной глубине скважины. Автоматизация процесса шарошечного бурения сводится пока к регулированию частоты вращения и усилия подачи на основе анализа в процессе бурения механических и электрических характеристик станка. Частоту вращения бурового инструмента можно регулировать в зависимости от усилия его подачи на забой, а последнее – в зависимости от величины нагрузки (крутящего момента) двигателя станка. Подача должна быть плавной и непрерывной. Причем усилие подачи долота на забой должно превышать сопротивляемость горных пород разрушению (буримость) и обеспечивать наиболее эффективную скорость разрушения.
В разрабатываемых системах автоматизации в породах различной трудности бурения автоматически регулируются и частота вращения бурового инструмента (на основе регистрации скорости бурения), и усилия подачи, которые принимают прямо противоположным буримости пород. Одна из систем была предназначена только для автоматического поддержания установленного оптимального режима бурения: сам же оптимальный режим бурения для горных пород конкретного месторождения определяется при ручном управлении процессом бурения. Последующая система базировалась на статической модели оптимальных режимов бурения в широком диапазоне изменения буримости пород.
Известны также системы автоматического регулирования усилия подачи (подержания оптимальной его величины) по заранее заданной технической скорости бурения при постоянной частоте вращения бурового става.
Более прогрессивным является регулирование режима бурения по допустимому уровню вибрации станка. Усилие подачи на долото задается максимальным, а частота вращения регулируется по уровню вибрации, при превышении установленного предела которого датчик вибрации дает команду о снижении частоты вращения става. При таком способе автоматического регулирования технические возможности буровых станков используются максимально.
Последующие стадии автоматизации процесса бурения связана с переходом к программному управлению буровыми станками в соответствии предусмотренной последовательностью работ исполнительных механизмов станка как в процессе бурения, так и при выполнении вспомогательных операций.
Диспетчерский дистанционный контроль и управления процессом бурения основаны на круглосуточной автоматической передаче и регистрации на пункте диспетчера информации о бурении скважин (обычно одного параметра – усилия подачи бурового инструмента на забой). Эта информация может передаваться по проводным каналам связи или радио. По диаграмме записи усилия подачи бурового инструмента диспетчер или руководитель получают полное представление о состоянии буровых работ: числе и глубине скважин, скорости бурения на любой глубине, спуско-подъемных операциях, наращивании бурового става, простоях, буримости пород и т.д. Это дает возможность квалифицировано руководить работами и выбирать рациональный режимы бурения. Созданы телевизионные устройства, позволяющие производить непосредственные наблюдения в скважинах для изучения строения буримости горных пород.
3. Организация буровых работ
Организация работы буровых станков должна обеспечить максимальную их эффективность и взаимосвязь бурения с другими процессами на карьере.
Подготовка рабочих мест буровых станков осуществляется по буровым блокам соответственно блоковому взрыванию горных пород. После обуривания (желательно непрерывного) одного блока станки перемещают на новый блок соответственно плану горных работ. Подготовительные работы выполняются дорожной бригадой, бульдозеристами, службой высоковольтных сетей, маркшейдерской службой, персоналом самого бурового цеха, ряда других цехов и участков. Для максимального совмещения работ во времени составляют график их проведения, увязанный с планом работы соответствующих служб. Цель составления графика состоит в том, чтобы, зная состав и длительность всех работ, а также намеченный срок их окончания, определить последовательность их выполнения и необходимые моменты начала каждой работы.
После установления моментов начала всех подготовительных работ определяют возможность перераспределения ресурсов для сокращения общего времени подготовки. Окончательно установленные сроки выполнения работ передаются соответствующим начальник бурового участка и производственный отдел карьера. При ограниченном фронте работ допускается начала обуривания блока при его неполной подготовке.
Порядок обуривания блока характеризуется последовательностью бурения отдельных скважин, т.е. схемой перемещения станков. При расстоянии скважин первого ряда станок должен располагаться перпендикулярно к бровке уступа, так чтобы горизонтальные домкраты и гусеницы находились вне призмы возможного обрушения откоса уступа.
Порядная схема перемещения станков (рис. 6.1, а) применяется чаще всего при отставании буровых работ и взрывании одного ряда скважин. При расстоянии между скважинами в ряду а общее расстояние передвижки станка между скважинами ℓ’ 
1.85 а ,а удельное время передвижки на одну скважину t’п 10-12 мин при а = 7-10 м.
Рисунок 6.1 Схема перемещения станков при обуривании рабочего блока
Поперечно-диагональная схема (рис. 6.1, б) целесообразна при числе рядов скважин не более трех и их шахматном расположении. При бурении каждой трех скважин станок проходит расстояние ℓ” 5 а и выполняет два разворота примерно на 45°. Удельное время передвижки на одну скважину tп’ 5 мин.
Поперечно-возвратная схема (рис. 6.1, в) применяется при квадратной сетке скважин. Здесь на каждую скважину расстояние переезда составляет 1.5 а и приходится примерно 0.7 разворота на угол 25-30°.
Поперечные схемы передвижки обеспечивают значительную экономию машинного времени буровых станков, а также лучшие условия их эксплуатации и более планомерную подготовку блока к взрыву. При использовании на одном обуриваемом блоке двух трех станков целесообразно их рассредоточить, выделяя для каждого станка отдельный фронт работ. Станки обычно подключаются к одному трансформаторному киоску и обслуживаются общим вспомогательным оборудованием; при этом расстояние между ними не превышает 20-30 м, что обеспечивает фронт работы каждого станка на 2-3 смены. При большей автономности станков (отсуствии общих емкостей для воды, трубопроводов и т.д.) это расстояние следует увеличивать до 50-100 м, т.е. практически вести бурение на разных крыльях блока.
Номера и проектная глубина скважин, а также общий объем работ указываются при выдаче буровым бригадам сменного наряда. В конце смены горный мастер заносит ℓфиксируются также в диспетчерских сменных рапортах и являются основой для оплаты труда членов буровых бригад с учетом маркшейдерских замеров.
Похожие статьи:
poznayka.org
