БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

СПРАВОЧНИК ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И БУРЕНИЮ СКВАЖИН НА ВОДУ (СССР 1983г., резидент - Белецкий А.С.)

Содержание справочника по проектированию и бурению скважин на воду

Раздел II.

БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

Глава 8. СОСТАВ БУРОВЫХ РАБОТ. РЕКОМЕНДАЦИИ И СПОСОБЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ВОДУ

34. Ударно-канатное бурение

Этот способ - первый и основной способ бурения скважин на воду - состоит из периодического разрушения пород дроблением с помощью соответствующих долот и последующей очистки забоя желонками.

Отличительные особенности скважин, пробуренных этим способом, заключаются в сохранении высоких дебитов и больших сроков их службы (иногда 70-80 лет и более).

В настоящее время в нашей стране ударно-канатный способ вытесняется роторным. Однако за рубежом (в США, Великобритании, ФРГ) многие фирмы до сих пор отдают ему предпочтение.

Преимущества ударно-канатного способа:

а) возможность качественного вскрытия и опробования пласта;

б) отсутствие необходимости в снабжении установок водой и глиной;

в) возможность бурения в валунно-галечниковых отложениях, в породах, поглощающих промывочную жидкость, в многолетнемерзлых породах;

г) возможность в короткие сроки после бурения обеспечивать качественное освоение скважин, так как при этом способе проходимые водоносные горизонты остаются чистыми;

д) бурение скважин с большим (более 500 мм) начальным диаметром;

е) возможность раздельного опробования водоносных горизонтов в процессе бурения.

Технология ударно-канатного способа бурения зависит от геологических условий.

В песках и песках-плывунах бурение, как правило, ведется с использованием желонки с плоским клапаном и одновременным креплением стенок скважин обсадными трубами.

В водоносных и чистых песках (сухих) следует применять желонку, утяжеленную короткой ударной штангой. Число ударов должно быть минимальным. В процессе бурения нельзя допускать, чтобы желонка опускалась ниже башмака обсадной трубы более чем на 0,5-0,75 м, так как песок может обвалиться и зажать желонку.

В песках-плывунах скважина заполняется песком с водой, поднимающимся за желонкой. Надо следить, чтобы желонка не переполнялась и порода не перебрасывалась через нее вверх, так как попавшая в кольцевой зазор между обсадной трубой и желонкой порода может вызвать прихват. Поэтому плывуны надо проходить быстро, без остановок, по возможности укороченными рейсами.

В галечниках и гравийных породах бурение ведут двутавровыми долотами с применением желонки с плоским клапаном и низким башмаком.

В глинистых породах (в плотных и сухих глинах) бурят двутавровыми долотами. Глину разрыхляют долотом на глубину 0,5-0,75 м, а затем используют желонку.

В сильнопесчанистых глинах скважину можно проходить буровым стаканом (утяжеленной желонкой без клапана).

Пластичные вязкие глины можно успешно бурить специальным долотом, изготовленным из обычного двутаврового или плоского (зубильного) долота, на конец которого приварены дополнительные лопасти, в результате чего оно приобретает вид крестового. Для работы таким долотом в скважину доливают 3-5 л воды и бурят в течение нескольких минут. Образовавшийся в скважине тестообразный шлам извлекают на корпусе долота.

Глинистые породы с валунами, особенно при большом скоплении последних, бурить сложно, так как при этом очень часто наблюдается искривление скважин.

Для разрушения валунов, больших по размеру, чем диаметр обсадных труб, следует применять тяжелые округляющие долота.

Твердые и крепкие монолитные породы (плотные сухие глины, глинистые сланцы, известняки, песчаники, граниты, кварциты и прочие крепкие и абразивные породы) проходят периодическим дроблением с последующей очисткой скважины желонкой с плоским клапаном. При бурении необходимо, чтобы скважина не сужалась и имела округлую форму. Причина сужения - быстрый износ долота.

Трещиноватые и закарстованные породы бурят крестовыми и округляющими долотами с углом приострения 90~.

Трещиноватые породы склонны к обрушению и вывалам, поэтому бурение в них следует производить осторожно при всегда натянутом канате, не допуская раскачивания инструмента и одновременно обсаживая скважину.

Зону вечной мерзлоты, сложенную твердыми и крепкими устойчивыми породами (известняками, песчаниками, плотными глинистыми сланцами, гранитами и т.д.), бурят практически так же, как те же породы при обычных условиях. Бурение скважин в мерзлых, рыхлых породах (песчанистых глинах, песках, мягких глинистых сланцах, разрушенных песчаниках и известняках) значительно отличается от бурения в породах с положительной температурой. Сложность бурения обусловливает высокая чувствительность мерзлоты к нарушению ее теплового режима.

Конструкция скважины при ударно-канатном способе бурения и ее элементы:

а) глубина; б) диаметр; в) длина и число колонн обсадных труб; г) специальные устройства (сплошные затрубные цементные кольца, манжетные цементные кольца, зажимы, сальники и пр.); д) водоприемная часть (надфильтровая колонна, рабочая часть фильтра, отстойник, пробка, цементный стакан).

Рациональную конструкцию скважины при ударно-канатном бурении можно создать только при выполнении следующих условий:

1) средняя величина выхода каждой колонны обсадных труб должна быть не более 25-30 м;

2) башмак каждой колонны труб должен внедряться в водоупорную породу на 1-2 м ниже водоупорной кровли (за исключением последней эксплуатационной колонны, которая должна входить в водоносную породу);

3) диаметр долота следует менять через один;

4) колонны обсадных труб должны быть забиты в глины возможно более плотно;

5) обсадная колонна, опущенная "впотай" в предыдущую колонну, должна заходить в нее не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м при большей глубине [2].

Обсадные трубы предназначаются для закрепления стенок скважины в неустойчивых породах и изоляции неиспользуемых водоносных горизонтов, а также перекрытия отдельных участков скважины для их опробования.

При бурении скважин на воду ударно-канатным и роторным способом обычно применяют стальные бесшовные трубы с короткой, нормальной или удлиненной резьбой и муфты к ним.

Для того чтобы колонна труб следующего диаметра свободно проходила в колонну труб предыдущего диаметра при ударно-канатном бурении, следует применять обсадные трубы с толщиной стенок, указанной в табл. 35.

Таблица 35

При бурении в рыхлых неустойчивых породах, а также при проходке песков-плывунов, когда обсадные трубы опережают буровой снаряд, целесообразно использовать обсадные трубы с безмуфтовым соединением, т.е. с соединением "труба в трубу", при котором на одном конце трубы нарезается внутренняя резьба, а на другом - наружная.

Обсаживать скважину трубами такой конструкции, а также извлекать их при ликвидации скважины значительно легче, чем при применении труб, соединенных муфтами.

Для безмуфтового соединения можно использовать стальные бесшовные горячекатаные трубы по ГОСТ 8732-78.

Для обсаживания скважин на воду глубиной до 100 м применяют асбоцементные трубы диаметром 135-324 мм с муфтовым резьбовым и безрезьбовым соединениями.

Буровой инструмент

1. Рабочий инструмент для разрушения породы (долото) и извлечения ее на поверхность (желонка), а также инструмент, который вместе с рабочим наконечником собирается в так называемый буровой снаряд (ударная штанга, ножницы, канат, канатный замок).

2. Инструмент для сборки снаряда - инструментальные ключи, затяжные трещотки.

3. Инструмент для работы с трубами - хомуты для труб, забивные головки, башмаки, забивной снаряд.

4. Ловильный инструмент.

Канаты (тросы) изготовляют из стальных проволок, свитых в пряди. Наиболее широко применяются шестипрядные канаты с сердечником из пеньки, пропитанной битуминозными веществами. Свивка канатов имеет несколько видов: правая крестовая, левая крестовая, правая односторонняя, левая односторонняя и комбинированная односторонняя.

При выборе каната следует исходить из его разрывного усилия, указанного в заводском паспорте, и коэффициента безопасности, принимаемого в среднем 3,5.

Ударно-канатное бурение осуществляется установками УКС-22М2, УКС-30М2 и установками комбинированного бурения, в которых сочетается роторное бурение с обратной промывкой и ударно-канатное установками УКС-22М-ОП и УКС-30М-ОП.

В США широко применяются комбинированные буровые установки, позволяющие сочетать ударно-канатное и вращательное бурение, в том числе и бурение с обратной промывкой.

Водоносный горизонт плывунного типа, залегающий на глубине до 100 м, вскрывают:

1) с опережением забоя вспомогательной колонной обсадных труб и последующим "оголением" фильтра - при глубине скважины менее 100 м; 2) под защитой тиксотропной рубашки - при глубине скважины более 100 м; 3) фильтровой колонной с конусным башмаком - при глубине менее 100 м; 4) открытым забоем без крепления рубашки - при глубине скважины менее 150 м.

Недостатки ударно-канатного способа бурения заключаются в большом расходе обсадных труб, более низких (по сравнению с вращательным) скоростях бурения и ограниченной глубине скважин (до 150-200 м).

Содержание справочника по проектированию и бурению скважин на воду: