Геобур

• Главная
• Геобур

Бурение скважин с одновременным обсаживанием колоннами

Особенности бурения скважин с одновременным обсаживанием колоннами

Одним из наиболее современных методов бурения скважин остается бурение с одновременным обсаживанием металлическими колоннами. Долгое время строителям не удавалось получить эффективного бурового оборудования, но сегодня оно существует, и с его помощью производятся следующие строительные операции:

1. Бурение скважин на зыбких грунтах, имеющих недостаточную несущую способность.
2. Бурение на твердых скалистых грунтах.
3. Бурение на обрушающихся грунтах, стремящихся завалить просверленную скважину.

В каких ситуациях оправдано бурение с одновременным обсаживанием скважины колоннами

1. Для обеспечения прямолинейности скважины, добиться которого невозможно в твердых и скалистых грунтах. Очень часто бур натыкается в земле на камень твердой породы, и самостоятельно меняет направление своего движения, что в свою очередь вызывает смещение всей скважины от вертикального положения.
2. Для достижения коренной породы, на какой бы глубине она не располагалась. Особого значения правильная глубина опускания свай получила для строительства высотных зданий на ограниченных участках земли.
3. Для бурения артезианских скважин большой глубины, с одновременным опусканием стальной колонны, которая в последующем будет играть роль обсадной трубы. Такое бурение оправдано, когда оно происходит на зыбких грунтах, в которых стенки просверленных скважин обрушаются под собственным весом.

В основу эффективности бурения заложена совокупная работа трех самостоятельных инструментов:

1. Разрушение породы происходит в результате ударов, с последующим смещением направления ударов, которые производят головки с нанесенными на них твердосплавными резцами. Головки производят удар по породе, после чего смещаются на небольшое расстояние, и снова наносят удар. Такие удары со смещением, вызывают эффективное разрушение породы.
2. Вокруг разрушающей головки располагается округлая коронка большего диаметра, в задачу которой входит расширение просверленного ударной головкой отверстия. На грани коронки нанесены алмазные резцы, с помощью которых диаметр отверстия значительно расширяется.
3. Башмак обсадной колоны представляет собой массивную деталь, которая принимает на себя пневматический удар, передающийся на башмак с поверхности. В свою очередь, башмак передает энергию пневматического удара на разрушающую головку и расширяющую коронку. Одновременно с передачей удара, башмак передает поворотное движение.

Применения метода бурения скважин с обсадными колоннами

Метод бурения скважин с одновременной установкой обсадных колонн применяется во многих областях строительства, например, при разработке месторождений или при строительстве артезианских скважин. Установка обсадных колонн в скважинах необходима для предотвращения аварийных ситуаций:

• во время сверления в рыхлых породах, предотвращается обрушение стенок скважин;
• происходит усиление несущих способностей слабых грунтов, для строительства будущих мостов, переходов, портов, причалов и т.д.

Установка свай на нулевом цикле

Многочисленные строительные проекты требуют точного соблюдения направления установки и глубины закладки свай, чего непросто добиться в условиях наличия грунтов со слабой несущей способностью, или в условиях плотной городской застройки. Сваи часто устанавливаются на большую глубину, под определенными углами. Эффективно выполнить условия установки свай, можно с помощью бурения с одновременной установкой обсадных колонн. С помощью буровых платформ небольшого размера строителям удается устанавливать относительно большие сваи на строительных участках ограниченных размеров.

Бурение скважин с одновременной установкой обсадных колонн

Скважины сверлятся не только для добывания воды, многочисленные нефтяные и газовые скважины имеют тот же принцип изготовления, что и артезианские скважины. Высокой эффективности бурения буровики добиваются с помощью использования небольших буровых установок, которые передают удар на буровую колонку с помощью сжатого воздуха (пневматический удар). Такие буровые установки также весьма эффективны в условиях городской застройки, где строительство часто ведется без полноценного изучения геологических разрезов.

Обсаживание трубами устья скважин

Для изготовления горизонтальных шахтных выработок, туннелей и горных проходок, строителям приходится сталкиваться с поверхностными грунтами, имеющими слабые несущие способности. Чтобы не допустить проседание породы на туннели, которые под ними просверлены, порода укрепляется горизонтальными трубами, установленными в просверленных скважинах. Горизонтально расположенные трубы образуют несущий свод, арку, которая распределяет нагрузку от поверхностных пород. Особо важными факторами грамотного расположения несущих арок является прямолинейность скважин и минимальное разрушение породы.

Среди других применений бурения скважин с одновременной обсадкой трубами можно выделить следующие:

• разработку нефтяных и газовых месторождений, в которых после вскрытия получается готовая нефтеносная или газовая скважина;
• прокладывание в городских условиях без вскрытия полотна дорог, горизонтальных труб для прохода коммуникаций.

Бурение в экологически чувствительных зонах

Экологически чувствительными зонами принято называть местность, вмешательство в структуру которой может вызвать значительное ухудшение окружающей экологии. Быстрое изменение экологии способно резко изменить и ухудшить жизнь людей в таких зонах. К экологически чувствительным зонам относятся мегаполисы, с высокой степенью застройки. Даже небольшое изменение сложившегося экологического равновесия, способно существенно ухудшить качество жизни проживающих в мегаполисе людей.

Строительство относится к тем факторам, которые ухудшают качество жизни людей, поэтому перед строителями стоит задача уменьшения выбросов в атмосферу, ухудшения качества воды и воздуха. Одним из актов проявления борьбы за чистоту окружающей среды является разработка нового направляющего долота для сверления скважин, которое получило название Elemex. В состав новой системы сверления входит также несколько видоизмененный башмак обсадной колоны.

1. В подошве долота предусмотрены каналы для прохода воздуха, с помощью которых происходит удаление из зоны забоя частичек разрушенной породы.
2. Одновременно с удалением разрушенной породы происходит охлаждение долота, что позволяет увеличить срок его использования, так как долото в процессе работы может значительно нагреваться.
3. Разрушенная порода поднимается по стволу скважины, подхваченная потоком отработанного сжатого воздуха.

Характерной чертой системы Elemex является возможность регулирования направления потока отработанного воздуха. Добиться регулировки направления движения отработанного воздуха удается с помощью обсадных колонн, на внутренние стенки которых и направляются потоки отработанного воздуха.

Преимущества использования системы Elemex

1. Потоки поднимающегося сжатого воздуха не вступают в контакт со стенками породы, в результате чего отпадает возможность попадания воздуха в грунт. Попадание излишнего количества воздуха в грунт чревато возможностью попадания воздуха в системы коммуникаций, по которым воздух может дойти до фундаментов соседних зданий им вызвать там проседание грунтов.
2. Потоки воздуха не разрушают стенок скважины, выполненной из грунта. Это позволяет уменьшить количество поднятого на поверхность грунта и сохранить целостность стенок скважины.
3. Уменьшение количества поднятого грунта позволяет снизить количество автомобильной техники, необходимой для перевозки поднятой породы.

Сверление скважин может происходить в различных породах, соответственно для пород различной плотности разработаны соответствующие конструкции системы Elemex, заменить которые, в случае необходимости, не составит большого труда.

Бурение с помощью погруженного пневматического ударника

Главную часть системы предназначенной для пневматического бурения скважин составляет пневматический ударник, с помощью которого энергия сжатого воздуха передается на ударное долото. Совершенствование системы глубокого бурения привело к созданию пневматических ударников, которые рассчитаны на работу с небольшими объемами сжатого воздуха. Новые ударники получили название Terranox, они обладают следующими особенностями:

1. Пневматические ударники экономичны, благодаря тому, что способны работать с небольшими порциями сжатого воздуха. На поверхности устанавливается небольшой компрессор, который по шлангам подает сжатый воздух в скважину. Ограниченное количество подаваемого воздуха позволяет работать с более слабыми, по мощности, компрессорами, потребляющими небольшое количество энергии. Также для транспортировки воздуха на дно скважины требуется шланги меньшего диаметра, что в результате приводит к серьезной экономии при изготовлении шлангов.
2. Применявшиеся ранее пневматические ударники были рассчитаны на высокую энергию пневматического удара, для достижения которой использовались мощные компрессорные установки. Однако мощный пневматический удар чаще играл отрицательную роль, во время проходки относительно слабых пород – он разрушал стенки скважины, вызывая излишнее выпадение грунта внутрь скважины. Достаточно частыми были случаи обрушения стенок скважины, после чего для восстановления скважины приходилось прилагать дополнительные усилия.
3. В конструкцию погруженных пневматических ударников входит небольшое количество подвижных частей, однако их работа происходит в условиях низкого давления тесной скважины, а это, зачастую, вызывает сбои в их нормальной работе. Конструкция пневматического ударника нового образца лишена подобных проблем и все его подвижные части способны легко двигаться как в условиях низкого, так и в условиях высокого давления.

Стоит отметить, что пневматические ударники Terranox создавались в широком ассортименте, позволяющем эффективное применение для пород различной плотности.

Бурение скважин с расширителем

Необходимость удешевления процесса изготовления скважины, привело к созданию специальной расширительной системы, которая входит в состав новой буровой коронки и получило название Odex. Что стоит за новой буровой системой?

1. Расширитель площади буровой коронки применяется на грунтах невысокой плотности или на разрыхленных грунтах. Типичными примерами использования расширителя коронки является изготовление скважин для тепловых насосов, для артезианских скважин и для буровзрывных работ, при которых необходима закладка взрывных материалов под землей. Обычная глубина выполнения буровых работ с помощью расширителей коронки, не превышает 50-70 метров.
2. Расширители предназначаются для бурения в таких рыхлых породах как гравий, песок, глина и алеврит.
3. Расширитель коронки представляет собой эксцентрик с нанесенными на него твердосплавными резцами. В момент начала сверления, эксцентрик находится в сжатом состоянии и удерживается возле буровой коронки. После начала сверления, когда рядом появляется слабая порода, эксцентрик освобождается и занимает горизонтальное положение, тем самым увеличивая площадь буровой коронки.
4. По окончанию сверления, буровая коронка делает обратное вращение, после чего эксцентрик расширителя возвращается в свое первоначальное положение и в таком состоянии поднимается на поверхность.

Для чего необходимо применение расширителя буровой коронки

1. Главной задачей расширителя является возможность складываться, после чего диаметр всего бурового стана значительно уменьшается. Уменьшение диаметра бурового стана позволяет облегчить его извлечение из образованной скважины.
2. Способность свободного извлечения из скважины становится основной задачей, когда необходимо выполнить многочисленные сверления в одном месте на относительно небольшую глубину. Кроме того, что экономится время на сверление каждой отдельной скважины, сохраняется рабочее состояние инструмента – бурового стана, причем весь инструмент вынимается из скважины без разрушений и тут же готов для выполнения нового бурения.
3. Такой подход к бурению позволяет значительно экономить не только на сохранности инструмента, он экономит время, в течение которого выполняется сверление каждой отдельной скважины, что очень важно для сокращения общей стоимости строительства.
4. Благодаря тому, что в законченной скважине кроме обсадной колонны не остается других посторонних предметов, у строителей появляется возможность для дальнейшего углубления скважины, в случае, если такая необходимость возникнет.

Оборудование для цементации скважин

Не всегда бурение скважин происходит с установкой обсадных колонн, которые остаются в земле, достаточно часто оправданным бывает цементация стенок скважин для получения отверстия необходимого по проекту.

Для чего применяется цементация скважин

1. Цементация стенок скважин позволяет производить скважины невысокой цены, такие скважины применяются:
• при последующем опускании обсадных труб, выполненных из полимерных материалов;
• при последующем использовании скважин в качестве железобетонных фундаментов;
• при последующем использовании скважин для проведения взрывных работ разрушения породы.
2. Тампонирование скважин, применяется в тех случаях, когда необходимо надежно заглушить скважину, с целью недопущения ее разрушения.
3. Стенки скважин укрепляются с помощью цементных растворов, которые уменьшают перемещение воды между слоями. Такое укрепление скважин необходимо для того, чтобы поверхностные воды, богатые солями, не перемешивались с чистыми глубинными водами. Технология изготовления артезианских скважин требует закачивания цементного или глинистого состава в пространство между обсадными колоннами и стенками скважин.

Для цементации скважин применяются отдельные платформы, которые снабжаются электрическими или дизельными приводами и гидросиловыми блоками управления. С помощью оборудования платформ производится приготовление цементного раствора и обеспечивается его подача в скважину. Для буровиков важно подобрать необходимую подвижность раствора, согласовав ее со скоростью подачи и давлением, которое создается на подающей головке. В более современных цементных платформах регулировка закачивания цементного раствора происходит с помощью электронных приборов.

Обсадные трубы и компрессоры, применяемые для бурения скважин

Обсадные трубы не принято применять для всех видов скважин, однако во многих случаях их применение оправдано:

1. При бурении скважин в слабых грунтах, когда возможно обрушение стенок скважины.
2. При бурении глубоких скважин, когда обсадные трубы играют роль направляющих, придающих скважине прямолинейность. Прямолинейность скважины особенно важна для изготовления фундаментов высотных домов на небольшой площади.
3. При разработке газовых и нефтяных месторождений, когда опущенные в скважину обсадные трубы автоматически входят в состав скважинных труб.
4. При бурении скважин большого диаметра, когда необходимость крепления стенок вызвана невозможностью их сохранения в рыхлых породах.
5. При прокладке наклонных и горизонтальных скважин, обрушения в которых грозят не только потерей скважины, но и потерей дорогого оборудования.

Обсадные трубы могут быть иметь различный диаметр, для выполнения различного комплекса работ - диапазон диаметров труб может находиться в пределах от 76 до 1220мм. Толщина стенок обсадных труб зависит от цели, поставленной перед скважиной, а также от того постоянна обсадная колонна или она планируется к последующему извлечению.

Работы по бурению скважин невозможны без использования пневматического оборудования, с помощью которого буровые инструменты получают необходимую энергию. Основным видом пневматического оборудования является пневматический компрессор, от производительности которого зависит мощность всей буровой установки. С помощью сжатого воздуха происходят следующие буровые операции:

1. Производится пневматический удар, который передается на ударное долото, с помощью которого разбиваются порода. Одновременно производится смещение долота с целью получения ударов рядом с предыдущим ударом. Такое смещение направления ударов вызывает ускорение разрушения породы и ведет к увеличению скорости изготовления скважины.
2. С помощью пневматической энергии производится вынос разрушенной породы на поверхность.
3. С помощью пневматических домкратов происходит вдавливание в скважину обсадных колонн. Аналогично происходит извлечение обсадных колонн, если это предусмотрено проектом производства работ.

Для работ буровых установок требуется согласованная работа пневматического оборудования, мощность которого не может быть меньше 12-14бар, причем это давление необходимо поддерживать для большого объема воздуха, применяемого при бурении.

Пневматической бурение с установкой обсадной колонны

Бурения скважин с использованием энергии пневматического удара существует давно, и в свое время именно такое бурение произвело революцию в бурении глубоких скважин. С помощью пневматического бурения удалось добиться следующих результатов:

• появилась возможность сверлить скважины на большую глубину, невзирая на плотность грунта;
• из-за отсутствия в процессе сверления воды или водяной пульпы, процесс изготовления скважин был значительно удешевлен.

Современным развитием пневматического бурения считается применение в качестве пневматического башмака обсадной колонны системы Simmertix, которая обладает следующими преимуществами:

1. Конструкция башмака позволяет не только передавать энергию пневматического удара на направляющее долото и кольцевую коронку, с ее помощью происходит вращение направляющего долота. Результатом становится смещение направления ударов по породе, что позволяет увеличить скорость разрушения породы.
2. Одновременно с передачей энергии пневматического удара, обсадной башмак направляет сжатый воздух в каналы, расположенные на подошве ударной головки. Сжатый воздух, пройдя по каналам, вытесняет куски разрушенной породы и выносит их за пределы забойной зоны.
3. Отработанный сжатый воздух подхватывает кусочки разрушенной породы и выносит их на поверхность.

Опускание, одновременно со сверлением скважины, обсадной трубы позволяет добиться впечатляющих результатов:

• во-первых, скважина выполняется прямой, так как прямолинейность ей задает обсадная труба;
• во-вторых, если до начала сверления правильно выставить угол установки свай, дальнейшая правильность опускания обсадных труб будет происходить автоматически;
• в-третьих, с увеличением глубины опускания обсадных труб, прямолинейность скважины только возрастает.

Большинство существующих систем глубокого бурения сталкиваются с проблемой, когда бур в грунте упирается в твердый камень с неправильными сторонами, после чего бур отклоняется в сторону и начинает двигаться вдоль наклонной стороны камня. Результатом такого отклонения бура становится изменение направления скважины. В такую скважину тяжело завести обсадную трубу, что вызывает уменьшение скорости бурения. Система Simmertix требует одновременно со сверлением скважины опускать обсадные трубы, которые направляют движение буровой головки.

Прямолинейность выполненного глубокого фундамента особенно важна для высотных зданий, имеющих малую площадь опоры. Такие здания характерны для современных мегаполисов с высокой плотностью застройки.