Типы и виды бурения скважин

Заиливание скважины

Очень часто, в процессе эксплуатации, песчаные скважины заиливаются. С наружной стороны фильтра скапливаются крупные фракции песка. Внутри из-за вибраций мелкий, пылеватый песок оседает внутри водозаборной трубы. В результате снижается объем подаваемой в дом воды.

Как видно скважины на песок являются доступным вариантом водоснабжения для садового участка или одного-двух частных домов с небольшим водопотреблением. При ограниченном бюджете ее вполне по силам сделать самостоятельно. Однако при бурении следует учитывать не только достоинства такого источника, но и его недостатки.

Артезианская скважина

Один из сложных видов скважин по своей конструкции и проходке. При бурении вскрывается артезианский водоносный слой, расположенный на известняках. При вскрытии водоносного горизонта уровень воды в стволе устанавливается на порядок выше водоупорного слоя. Подпитывается источник удаленно, проходя многометровые слои пород, фильтрующие свойства которых обеспечивают очистку высокого уровня.Глубина артезианских скважин зависит от расположения водоносного слоя в конкретной местности. Она может составлять 90 и более метров.

Качество воды – постоянное, не подвержено сезонным колебаниям. Однако без установки специального фильтрующего оборудования не обойтись. Проходя сквозь толщу различных пород, вода насыщается различными минералами, предельно допустимая концентрация которых может превышать установленные нормы

Поэтому очень важно после прокачки скважины сдать пробы воды на химический анализ

Объем воды – стабилен. Его будет достаточно для обеспечения нескольких загородных домов с постоянным проживанием семей.

При вскрытии артезианского горизонта используют специальную буровую технику. В ствол шахты опускается обсадная труба. Для увеличения срока службы водозабора в обсадную трубу помещают трубу из непластифицированного поливинилхлорида (нПВХ). По завершении бурения устанавливают кессон, выполняющий роль тепло- и гидроизолятора.

Подъем воды осуществляют с помощью глубинных насосов. Для увеличения срока службы насосного оборудования используют гидроаккумулятор.

Преимущества

• Высокое качество воды.
• Высокий потенциал отдачи артезианских вод свыше 3 м3/ч.
• Бесперебойное водоснабжение.
• Длительный срок эксплуатации — до 50 лет и более.

Недостатки

• Применение тяжелой буровой техники.
• Необходимо составление проекта.
• Требуется получение специального разрешения (лицензии) на пользование недрами.
• Обязательная постановка на учет с присвоением Государственного водного кадастра.
• Высокая стоимость работ и материалов.
• Продолжительные сроки проходки и обустройства.

Песчаная скважина

Основной способ бурения осуществляется при помощи малогабаритной буровой установки. Бурение скважины на песок (или как ее еще называют — поверхностной скважины) производится с помощью гидропромывки. При сооружении скважины бур или шарошечное долото разрушает породу. Работы могут вестись как несколько часов, так и несколько дней, в зависимости от типа грунта. Глубина таких скважин составляет от 15 до 100 метров. После того как вода найдена, буровая колонна вытаскивается, а скважину обсаживают пластиковой обсадной колонной. Далее скважину промывают, прокачивают насосом и она готова к работе. Поднимается вода с помощью погружного насоса.

Плюсы

1. по сравнению с предыдущими скважинами, глубина позволяет использовать чистую воду.
2. стабильный объем жидкости.
3. длительный срок эксплуатации — более 30 лет.
4. высокий дебит (производительность) скважины.

Минусы

1. возможно периодическое засорение скважины. В этом случае придется вызывать специалистов и прочищать установку, а этот процесс затратный.

Разновидности водяных скважин

В зависимости от глубины водоносного слоя, к которому бурится скважина, и особенностей ее устройства, различают три основных вида сооружений:

• абиссинская скважина (своими руками ее сделать проще всего за счет относительно малой глубины);
• песчаная;
• артезианская.

Выбор вида сооружения зависит от:

• особенностей местности, в том числе разведанной глубины грунтовых вод, характера грунтов;
• рельефа и застроенности участка – при плотной застройке или малых габаритах усадьбы использование тяжелой бурильной техники невозможно или сильно затруднено;
• бюджета строительства.

Основными характеристиками скважины считаются (и указываются в ее техническом паспорте при обустройстве специальными организациями):

• уровень залегания водоносного слоя;
• непосредственная глубина скважины (не обязательно совпадает с глубиной бурения);
• условный диаметр сооружения (определяется по обсадным трубам);
• данные по геологическому разрезу;
• уровни водоносного горизонта (статический и динамический);
• дебит скважины.

Дополнительно желательно знать требуемые характеристики насосного оборудования.

Геологическим разрезом в данном случае называется поперечный (по отношению к поверхности земли) разрез поверхностных пластов осадочных пород с указанием глубины залегания водопроницаемых и водонепроницаемых слоев, горизонтов подземных вод. На основании данных геологического разреза указываются уровни залегания водоносных слоев.

Статический и динамический уровень водоносного горизонта определяются по результатам бурения. Первый – до начала откачки воды, второй – в процессе активного использования.

Для нормальной работы насосного оборудования насос заглубляют ниже динамического уровня на 5…10 м. Это дает его постоянное погружение даже при оскудевании водоносного слоя и усиленного использования водных ресурсов потребителями.

Под дебитом (производительностью) скважины понимают количество воды, подаваемой ей за единицу времени. Чаще всего измеряют дебит в метрах кубических в час (реже в минуту), литрах в час, литрах в минуту. Расчет производительности проводится специалистами, однако примерные вычисления для вертикальной или наклонной скважины может сделать и любитель.

При бурении скважины своими руками технический паспорт обычно не составляется, хотя это неверно. Записи о том, какими были на момент начала эксплуатации уровень водоносного слоя, производительность и количество включений в воде, помогут определить причину и характер проблем при дальнейшем использовании.

Понятие и типология скважин

Скважиной принято считать, имеющую преимущественно цилиндрическую форму, выработку в земной коре, диаметр которой значительно меньше, чем её протяженность.

Термин протяженности употреблен не случайно, так как ствол скважины может быть пробурен не только отвесно вниз, но и с отклонением, как от вертикальной оси, так и в перпендикулярной ей плоскости. Возможность изменения направления движения бурового инструмента позволяет получить криволинейный профиль скважины, что актуально при большой глубине и необходимости наклонного бурения, например, когда устье шурфа находится на берегу моря, а забой удален на сотню метров и находится под поверхностью воды.

Основные виды скважин на воду

Типы скважин по профилю

В зависимости от количества плоскостей в которых искривлён, профиль скважины может быть:

• плоско-искривленным;
• пространственно-искривленным.

Различное устройство скважины с плоско-искривленным профилем, если этого требует геологический разрез, позволяет выделить разновидности таких выработок:

1. Тангенциальные шурфы, заканчивающиеся наклонным участком.
2. S-образные, имеющие на конце участок, угол между которым и вертикалью постепенно уменьшается.
3. J-образные, заканчивающиеся участком, постепенно отклоняющимся от вертикального направления в пользу увеличения угла.

Плоско-искривленный профиль скважины Пространственно-искривленные проходки имеют значительно более сложную для описания геометрию и применяются в проходках на нефть и газ. Водозаборная скважина преимущественно выполняется прямолинейной, а отклонения допускаются только для обхода твердых каменистых включений, которые могут быть спрогнозированы на основании геологического разреза разведочной проходки.

Типы скважин по глубине

Наиболее распространенной является типология шурфов по глубине проходки, которая позволяет достичь определенного водоносного горизонта.

Первый водоносный горизонт или «верховодка», представляет собой отфильтрованные атмосферные осадки и грунтовые воды, скопившиеся перед верхним водонепроницаемым суглинистым слоем, расположенным на глубине до 25 метров в зависимости от региона. Глубина такого шурфа недостаточна для получения чистой питьевой воды, ввиду возможности попадания с поверхности удобрений, фекалий, продуктов гниения и прочих загрязнений. Как следствие, для получения питьевой воды используется забивная скважина, представляющая собой трубную колонну, собранную из толстостенных газовых труб и опущенную ударным способом до глубины в 8 – 10 метров, за счет конического наконечника.

Глубина скважины, достигающей второго водоносного горизонта, может достигать от 40 до 90 метров от плодородного слоя, в зависимости от расположения песчаной прослойки между первым и вторым суглинистыми слоями земной коры. Слой почвы, в котором располагается скважина на песок, являющаяся наиболее популярным гидротехническим сооружением для дачных хозяйств и загородных владений, обуславливает ее тривиальное название. Песчаная скважина обеспечивает расход воды в размере 0,8 – 1,2 куб. метра в час, позволяя наполнить стакан за 5 секунд. Производительность скважины на песок тем выше, чем больше ее глубина приближена ко второму водоупорному слою, аккумулирующему воду на своей поверхности. Когда призабойная зона песчаной проходки находится в водонепроницаемом слое, это гарантирует поступление воды исключительно через фильтрующий элемент, даже если дно эксплуатационной колонны не заглушено.

Выполнив геологический разрез земной коры до отметки в 200 метров, можно наблюдать, последовательно следующие за вторым водоупорным суглинистым слоем, глину и известняк, который при пористой структуре является высокопроизводительным источником питьевой воды. Скважина на известняк, пройденная до соответствующей отметки, называемая также артезианской, характеризуется повышенным давлением в призабойной зоне, обеспечивающим самопроизвольный подъем воды, вплоть до её фонтанирования на поверхности. Артезианская водозаборная скважина отличается свободой от взвешенных примесей и высокой чистотой воды, за исключением растворенных минеральных солей, и способна обеспечить расход от 3 до 10 куб. метров в час, чего может быть довольно для двух – трех дачных домов.

Фильтрующая скважина

Фильтрующей называют скважину, которая бьется до межпластовых вод, которые залегают на глубине вплоть до 80 метров. Чаще всего такие скважины оборудуют для частного или хозяйственного использования. Для изготовления такой скважины потребуется мощное оборудование. В некоторых случаях его можно собрать самостоятельно, если есть определенные навыки. В местностях с мягкими грунтами применяется шнековое бурение. В других случаях задействуют роторные бурильные станции. Они прекрасно справляются с камнями и твердыми пластами.

Плюсы и минусы

Среди плюсов такой скважины можно отметить:

• высокое качество воды;
• долгий срок службы;
• хороший дебет;
• хорошее зеркало воды.

Вода может поступать из подземных рек, а также та, которая выпадает с осадками. При этом она очень хорошо фильтруется, т. к. проходит через несколько различных слоев. Срок службы такого источника может превышать 15 лет. В некоторых случаях вода поступает с таким давлением, что для ее подъема не требуется насосного оборудования. Необходим только поверхностный. Хорошие скважины готовы выдать до 4 кубических метров воды в час. Есть и отрицательные стороны такого решения:

• высокие затраты;
• сложность обслуживания;
• возможно появление ржавчины;
• требуется разрешение на разработку недр;
• возможно высокое содержание минералов.

В большинстве случаев придется нанимать подрядчика, который бы справился с задачей по бурению такой скважины на воду. Предстоит получить некоторые разрешения у соответствующих инстанций на бурение такой глубины. Вода из такой скважины может иметь повышенную минерализацию. Это проявляется в сильной накипи на посуде, а также солевых отложениях в органах человека. Чтобы снизить ее, потребуется поставить хорошую фильтрующую станцию для воды, что несет с собой дополнительные расходы. Обслуживание такой скважины на воду также непростая задача, которая требует дополнительного насосного оборудования или использования реагентов.

На какой глубине питьевая вода – скважина или колодец?

Информацию нужно знать заблаговременно, чтобы просчитать сметную стоимость. От того, сколько метров скважина для питьевой воды будет углубляться в грунт, зависит выбор насосного оборудования. Расчет производится до старта буровых работ. Определяется целесообразность работ. Достаточно ли колодца? В большинстве случает – нет. И вода из них непригодна для питья, ввиду опасности быть зараженной бактериями и грязью. Тогда возникает вопрос, как определить глубину скважины на воду? Это зависит от следующих факторов:

1. Расположение водоносных пластов. В различных местах столицы и окрестностей приходится бурить неодинаково глубокие скважины.
2. Рельеф участка. Глубина скважины для питьевой воды в Московской области зависит от высоты объекта над уровнем моря (горизонтом).
3. Требуемый дебет. Это количество жидкости, поднимаемой на поверхность за единицу времени. Для абиссинских залеганий это 0,5 м3/ч, для песчаных – 1,5 м3/ч.

Но самой большой производительностью обладают артезианские скважины – 3-4 м3/ч. Для питья пригодна именно эта вода. Но как узнать глубину залегания воды для скважины, и рассчитать предварительную стоимость?

Как определить глубину скважины на воду, чтобы не обманули?

Предварительно нужно произвести геологическую разведку на предмет расположения и залегания водоносных горизонтов. Работы должны выполнять профессионалы. Наша компания оказывает полный спектр разведывательных и буровых работ в Москве и Подмосковье.

Средняя глубина скважины для воды – ориентировочный показатель, который указан на карте Москвы и МО. Ее можно просмотреть в соответствующем разделе сайта. В действительности показатель может отличаться, но незначительно. Причиной большой разницы между средним и фактическим показателем является наличие источников загрязнения поблизости с участком.

Так, глубина скважины для воды, если рядом свалка будет на 10-20 метров больше. Выше грунт загрязнен. То же касается случаев, когда участок находится вдоль автострады, вблизи бывшей или действующей промышленной зоны.

На сколько бурят скважину под воду?

Бурение производится не до первого попавшегося залегания грунтовых вод. Чтобы ответить на вопрос, как узнать глубину залегания воды для скважины на участке выполняется геологическая разведка. Бур должен будет пройти слои:

1. Растительности. Плодородная почва, пронизанная корневищами растений.
2. Крупнозернистого песка. Имеется на всей территории Московской области.
3. Поверхностных вод. Пригодны для полива. Непригодны для бытовых нужд.
4. Мелкозернистый песок с примесями. Плотный слой для прохождения бура.
5. Пласт воды, пригодной для употребления в пищу.

Но как узнать на какой глубине находится вода для скважины до того, как начнется бурение?

Как узнать глубину залегания воды для скважины: карта или народные методы?

Одним из ориентиров является растительность, которая произрастает на участке. Так, принято считать, что ольха, лесной камыш, таволга и лох указывает, что до водяного пласта около 3-х метров. Чий растет там, где этот параметр равен 5-и метрам, полынь – 7 м, люцерна – 10 м. Но так можно приблизительно просчитать абиссинский колодец.

Такой способ не даст точного ответа на вопрос, сколько метров должны быть скважина для питьевой воды. Это будет артезианский бассейн, который находится глубже. Если жидкость нужна в технических или сельскохозяйственных целях, метод даст приблизительную оценку. Желающие узнать точно и получить достоверные сведения, пользуются специальной картой, на которой указаны обе величины для двух водяных пластов.

Технологические особенности пробного бурения

Это единственный способ получить достоверную информацию о глубине залегания воды. Колонковое бурение предполагает углубления в грунт до тех пор, пока на поверхности не появится увлажненный песок. Наличие влаги указывает, что вода рядом. После этого бурение прекращается, но лишь на время.

Засекая интервал, специалисты выкачивают жидкость из скважины, и замеряют ее объем. После этого производится расчет дебета. Если приток достаточен, приступают к обустройству источника. Когда дебет слишком мал, и его недостаточно, чтобы обеспечить нужды, бурение продолжают и периодически производят замеры. Как только дебет будет достаточным, можно точно сказать, на какой глубине находится вода для скважины.

Вращательный способ бурения нефтяных скважин:

Вращательный способ бурения нефтяных скважин также основан на применении долота, но иным методом. Устройство углубляется в горные пласты, испытывая одновременно два вида воздействия: вертикальную нагрузку и крутящий момент. Таким образом, долото прорывает породу, измельчает ее методом дробления, истирания.

В свою очередь вращательный способ имеет две разновидности, которые обусловлены расположением силового агрегата на устройстве:

– роторный – двигатель расположен на поверхности земли, передача крутящего момента долоту производится посредством колонн буровых труб;

– забойный – двигатель устанавливается сразу за долотом, чем и обеспечивает исключительно его движение, без участия буровой колонны.

В России бурение нефтяных скважин производится преимущественно вращательным методом.

Основные характеристики

В зависимости от назначения скважины потребуется анализ по ряду параметров, которые описывают уровень изобильности водоносного слоя, скорость восстановления водного ресурса после водозабора. Эти данные необходимы для выяснения того, сможет ли она полноценно решить задачу обеспечения водой в конкретном случае. В целом все виды водозаборов характеризуют по следующим параметрам:

• Пьезометрический уровень. Измеряется глубина от поверхности грунта до вскрытого водоносного горизонта.
• Уровень водопроводимости скважины измеряется кубометрами, которые способна выдать точка водозабора в течение 24 часов.
• Динамический уровень вычисляется во время активного использования скважины, проверяют и фиксируют уровень, на который поднимается вода по длине трубы.
• Установление показателя по статистическому уровню скважины происходит через час после прекращения водозабора. В этот период забойное давление приходит в баланс с давлением пласта, расположенного над водоносным участком, уровень воды фиксируется, она перестает подниматься.
• Исходя из статической и динамической характеристик скважины, вычисляют дебет точки водозабора. Рассчитывается как соотношение извлеченной воды и ее притока. Выясняют основную характеристику, показывающую, сколько воды способна давать скважина в конкретный временной период.

Как видите, виды водозаборных конструкций имеют свои плюсы и минусы. То, что подходит для большого селения, может быть неэффективным для частных лиц и наоборот. При выборе типа скважины необходимо учесть не только экономические особенности, но и геологические параметры, гидрогеологические условия.

Разработка нефтяных скважин. Этапы разработки нефтяной скважины:

Разработка нефтяного месторождения – длительный и сложный процесс. Прежде чем начать работы по бурению скважины, проводится тщательная подготовительная работа, включающая в себя несколько этапов: разведка, необходимая для оценки перспективности разработки, оценка технических параметров планируемой скважины, определение размеров забоя и прочее.  При составлении проектной документации учитывается количество всех объектов, подлежащих разработке, последовательность, в которой будет проводится добыча, определяются методы бурения, позволяющие провести максимально эффективное освоение выбранного горизонта.

Сама же скважина разрабатывается в такой последовательности:

1. освоение нефтяной скважины. На этом этапе происходит наиболее интенсивная добыча «черного золота». Давление в пласте снижено до минимального, обводненность тоже имеет самые низкие показатели. По мере необходимости количество скважин увеличивается, коэффициент же нефтеотдачи сохраняется в пределах 10 %. В среднем освоение скважины длится около 5 лет.
2. обеспечение необходимого уровня добычи нефтяной скважины. Достигается поддержанием данного параметра в пределах от 3 до 17 % (показатель рассчитывается индивидуально для каждого конкретного пласта и зависит от вязкости полезного ископаемого). Продолжительность этапа колеблется от года до семи лет, количество скважин постепенно увеличивается за счет использования резервов, при этом истощенные выработки закрываются. Последнее обусловлено увеличением обводненности – она увеличивается до 65 %, повышается и нефтеотдача, в среднем до 30-50 %.
3. снижение добычи нефтяной скважины. Нефтеотдача снова падает до показателей, не превышающих 10 %. Число резервных скважин стремится к нулю, обводненность нефти повышается до 85 %. Этап снижения – наиболее сложный при разработке скважины, т.к. требует снижения скорости откачки полезного ископаемого. В среднем продолжительность этапа составляет 3 года, а выработка перспективного слоя за это время может достигнуть 90 %.
4. завершающий этап разработки нефтяной скважины. Отбор полезного ископаемого не превышает 1 %, обводненность достигает 98 %. Добыча нефти прекращается, а сами скважины закрываются. Завершающий этап наиболее длительный, т.к. рентабельность выработки сохраняется даже с такими низкими добывающими показателями, а это легко может продлить его на пару десятков лет.

Устройство нефтяной скважины:

Отличительной особенностью нефтяной скважины считается соотношение ее длины и диаметра – первый параметр всегда в несколько раз больше. Так, длина – это расстояние от расположенного на земле устья до забоя (нижней части), измеряемая по оси ствола. Глубина нефтяной скважины – это проекция длины ствола на вертикальную ось. Если разработка проводится вертикально, эти показатели идентичны, в остальных случаях (наклонные, искривленные скважины) они отличаются друг от друга.

Первым этапом добычи нефти считается проектирование будущей нефтяной скважины. Разработка конструкция выполняется с учетом таких требований:

– возможность получения свободного доступа к нижней части ствола всех необходимых геофизических приборов, оборудования;

– прочное крепление стенок ствола, исключающее его обрушение;

– качественное разделение проходимых пластов, исключение возможных перетеканий ископаемого и водных горизонтов из пласта в пласт;

– наличие возможности герметизации устья.

Для пород, легко поддающихся разрушению водой, где чаще всего и залегает нефть, требуется дополнительное укрепление стволов. В этом случае схема будущей нефтяной скважины слегка меняется: рядом со стволом добавляются колонны обсадных труб, расположенных концентрически, т.е. их размеры могут быть разными, но с единым центром.

Строительство – бурение нефтяной скважины происходит поэтапно:

1. Бурение шурфа. Пробивают колодец до начала устойчивых горных пород, в среднем это 4-8 м. В него устанавливают трубу и укрепляют ее при помощи бутовых камней, залитыми бетонным раствором, которыми заполняют пространство между внешней стороной трубы и грунтом. Так образуется направление.
2. Создание кондуктора. Представляет собой участок из обсадных труб, которыми укрепляется следующая часть скважины – новый, более глубокой, но менее широкий шурф. Длина его колеблется в пределах от 50 до 400 м, а диаметр составляет не более 90 см. Как и в первом случае, пространство вокруг заливают цементом для большей устойчивости. Установка кондуктора позволяет перекрыть водоносные горизонты и мягкие виды горных пород, чье наличие осложняет процесс добычи.
3. Установка промежуточной колонны обсадных труб. Ее создают в ситуациях, когда нет возможности сразу пробурить скважину до нефтесодержащих пластов: имеются сложные горизонты или продуктивные пласты, которые на данном этапе добычи не планируются для разработки. Установка промежуточной колонны проводится по аналогии с кондуктором, при необходимости (слишком глубокое залегание породы) их может быть несколько.
4. Установка эксплуатационной колонны. Это последняя в этапе бурения колонна обсадных труб. Ее задача – перекрыть продуктивный пласт и обеспечить поступление «черного золота» в эксплуатационную трубу. Пространство вокруг нее также подлежит цементированию (бетонное кольцо), т.к. это позволяет избежать утечки нефти в другие пласты и предотвратить возможное проникновение воды в непосредственно продуктивный пласт.

После создания конструкции скважины проводится непосредственно вскрытие пласта для извлечения из него полезного ископаемого. Практически в 90 % случаев это проводится бурением до подошвы продуктивного пласта. После в нижней части эксплуатационной колонны и бетонном кольце вокруг него пробивается несколько отверстий, через которые в скважину поступит нефть. Для этого используют специальные аппараты-перфораторы.

В оставшихся 10 % случаев разрабатываемая порода представлена плотным слоем и укрепление призабойной зоны цементом не требуется. Возможен другой вариант –  не опускать эксплуатационную колонну до подошвы пласта, достаточно сделать это до ее кровли. Такой метод называется открытым забоем.

Определение схемы заканчивания

Схема заканчивания обязательно должна соответствовать области применения и быть совместимой с условиями залежи

Очень важно учитывать требования будущих капитальных и текущих ремонтов в дальнейшем. Например, появится необходимость отсечь некоторые интервалы для проведения работ по интенсификации притока или прекратить работу обводненных интервалов

Выбор схемы заканчивания скважины будет влиять на диаметр скважины и интенсивность набора зенитного угла или радиуса искривления скважины. После определения схемы заканчивания скважины может быть завершена и конструкция скважины в целом. Конструкция скважины должна быть рассчитана на то, чтобы обсадить все зоны осложнений еще до бурения завершающего участка.

Глубины установки обсадных колонн будут прежде всего определяться конструкцией скважины (например, исходя из устойчивости стенок скважины или порового давления и требований, связанных с градиентами давления и гидроразрыва пластов). Проектный профиль направленной скважины должен быть совместим с диаметрами обсадных колонн и скважины и глубинами установки башмака обсадной колонны. В некоторых случаях, запроектированные предпочтительные диаметры скважины и обсадных колонн и глубины установки башмака обсадной колонны могут быть изменены, чтобы приспособить их к требованиям, предъявляемым профилем скважины.