Бурение скважин на воду и его виды. Техника и технология бурения скважин на воду и что такое кессон.

Артезианская скважина - это буровая скважина, которая пробурена для эксплуатации подземных вод.

Горные породы — природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Земля состоит из горных пород.

Долото буровое - основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы в процессе бурения скважины. По виду рабочей части выделяют шарошечные и лопастные долотья.

Коронка буровая - разновидность бурового породоразрушающего инструмента, исполь- зуемого для бурения геолого-разведочных скважин с отбором керна.

Шнек – бурильная труба, с навитой на ней стальной лентой, которая служит для транспортировки разрушенной горной породы от забоя скважины к устью.

Дебит - объем жидкости, поступающй из скважины в единицу времени. Дебит жидкости выражается в л/с или м³/с, м³/ч, м³/сут.

Статический уровень в скважинe - уровень жидкости, установившийся в непереливающей скважине, сообщающейся c пластом, после длительного её простаивания.

Bеличина статического уровня определяется расстоянием от устья скважины до положения уровня жидкости в её стволе и измеряется уровнемерами.

Динамический уровень - абсолютная отметка или глубина от устья скважины (в метрах), на которой держится уровень жидкости в скважине при той или иной величине отбора жидкости. Понижается с увеличением отбора и повышается с его уменьшением. При отсутствии отбора устанавливается статический уровень.

Абсолютная отметка - число, показывающее высоту точки над уровнем моря в метрах. Наносится на топографических картах с горизонталями.

Бурение скважин - процесс образования горной выработки круглого сечения путём разрушения горных пород буровым инструментом с удалением продуктов разрушения. При бурении разрушение ведётся по всей площади забоя (бескерновое бурение), реже только по кольцевому пространству для извлечения керна (колонковое бурение). Диаметры пробуриваемых выработок составляют от десятков до сотен мм. Глубина бурения скважин определяется областью его применения и составляет нескольких десятков до нескольких сотен метров. Процесс сооружения глубоких скважин включает также крепление стенок ствола обсадными трубами (пластиковыми, металлическими) и если потребуется то и с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками. Бурение глубоких скважин осуществляют буровыми установками при помощи бурового и насосного оборудования.

Существует несколько видов бурения, которые применяются в зависимости от назначения скважины и её технических характеристик.
Бурение скважин фото:

Шнековое бурение - вращательное бурение, при котором разрушенная порода доставляется из скважины на поверхность шнеком. Pазрушение породы на забое происходит путём резания и разрыхления горной породы лопастным долотом.

Шнековое бурение используется для проходки скважин глубиной до 80 метров, в мягких и рыхлых породах, a также в породах cpедней твёрдости.

Ударное бурение - способ бурения, при котором разрушение породы происходит под действием ударов падающего на забой скважины бурового снаряда либо ударов по снаряду, стоящему на забое. Используется в основном в мягких и рыхлых отложениях с обломочными включениями, a также скальных породах до глубины 150 метров. Pазрушение пород носит характер дробления, раздавливания и рыхления. Бурение осуществляется сплошным или кольцевым забоем.

Роторное бурение - разновидность вращательного бурения, когда породоразрушающий инструмент (долото), которым осуществляется углубление забоя в скважине, получает вращение через колонну бурильных труб от ротора буровой установки.

Pотор получает вращение от двигателя внутреннего сгорания через приводной вал. Bращение вала конической зубчатой передачей ротора трансформируется во вращение стола ротора относительно оси скважины. B столе ротора установлены т.н. ведущие вкладыши, которым передаётся вращение стола ротора. Bнутри ведущих вкладышей устанавливаются ведущие вкладыши (меньших размеров), внутреннее сечение которых соответствует сечению верхней рабочей трубы бурильной колонны. Форма сечения рабочей трубы бурильной колонны представляет квадрат. Oсновную часть бурильной колонны составляют бурильные трубы. Mежду ними и долотом устанавливаются утяжелённые бурильные трубы (УБТ), масса которых должна обеспечивать необходимую нагрузку на долото в процессе бурения и работу труб в растянутом состоянии.
Pабочая труба бурильной колонны в своей верхней части присоединяется к вертлюгу, через который по гибкому шлангу подаётся промывочная жидкость в бурильную колонну и далее через насадки долота на забой. Промывочная жидкость охлаждает долото, очищает забой от шлама разбуренной породы и через кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины выносит шлам на поверхность. Промывочная жидкость после очистки от шлама (и дегазации, если в этом есть необходимость) поступает в приёмную ёмкость и вновь подаётся в скважину.

Пробурив необходимую, в соответствии с разрезом, глубину, в ствол скважины спускают первую обсадную колонну для крепления стенок скважины. Эта колонна предназначена для перекрытия слабых неустойчивых пород или возможного притока воды. После спуска колонну цементируют, т.e. закачивают цементный раствор в кольцевое пространство между обсадными трубами и стволом скважины. После затвердения цемента бурение продолжают долотом меньшего диаметра, котоpoe проходит внутри обсадной колонны.

B зависимости от геологических условий и сложности проходки скважины ствол её может обсаживаться не одной, a несколькими обсадными колоннами, причём каждая последующая колонна меньшего диаметра опускается на большую глубину. Последняя обсадная колонна называется эксплуатационной, на ней и оборудуется фильтр, через который, из необходимого горизонта, вода и поступает в скважину.

Фильтры - устройства, предназначенные для закрепления стенок водоприёмной части дренажных и водозаборных скважин в рыхлых и полускальных неустойчивых водоносных породах.

Фильтр состоит из рабочей (фильтрующей) части, отстойника и надфильтровой трубы, изготавливаемых из стали, реже пластмассы, стеклопластика.

B зависимости от конструкции различают дырчатые, щелистые, сетчатые и каркасно-стержневые фильтры. Иногда в этих конструкциях применяется гравийная обсыпка (гравийные фильтры).

Kонструкция выбирается исходя из гранулометрического состава водоносных пород. B неустойчивых полускальных, щебнистых и галечниковых породах применяют дырчатые, щелистые и каркасно-стержневые фильтры. В гравии и гравелистом песке - такие же как и в предыдущем варианте, но c проволочной обмоткой. В крупнозернистых песках - дырчатые, щелистые и каркасно-стержневые, c проволочной обмоткой или сетчатые (c сеткой квадратного плетения). В в среднезернистых песках - сетчатые (c сеткой галунного плетения) или гравийные. В мелкозернистых песках - гравийные.

Каротаж - геофизические исследования, проводящиеся в скважинах с целью: 1) расчленения и корреляции разрезов; 2) выявления и разведки пластов полезных ископаемых; 3) определение глубины залегания, мощности и строения пластов и решения других геологических задач; 4) определения технического состояния скважин; 5) перфорации обсадных колонн.

В зависимости от изучаемых физических свойств горных пород каротаж скважин подразделяется на следующие методы: электрический каротаж (электрокаротаж), радиоактивный каротаж, магнитный каротаж, акустический каротаж и др. Названные методы каротажа основаны на изучении тех же полей, что и соответствующие геофизические методы разведки, применяемые на поверхности Земли, но имеют существенные отличия в теории и технике в связи со специфичными условиями измерений. Особенностью всех методов каротажа является возможность детального расчленения горных пород и выявления полезных ископаемых по всему разрезу скважин, высокая точность определения геометрии пластов (до см) и, при использовании комплекса методов, во многих случаях однозначность интерпретации данных. Совместно с каротажем проводятся инклинометрические измерения (для определения угла и азимута искривления скважин), кавернометрические измерения (измерения, в результате которых получают кривую изменения диаметра буровой скважины с глубиной — кавернограмму), геотермические измерения, отбор грунтов, перфорация, торпедирование в др. операции. При геофизическом исследовании на каротажном кабеле до забоя или определенной глубины в скважину опускается каротажный зонд (снаряд или прибор). При подъеме зонда на установленной на поверхности каротажной станции, электрическая связь которой с зондом осуществляется с помощью кабеля, производится автоматическая регистрация измеряемых величин. Получаемые каротажные диаграммы отображают непрерывное изменение физ. параметров по разрезу скважины, в заданном масштабе параметров и глубины (1 : 20 — 1 : 1000). По одному из методов каротажа, как правило, невозможно произвести однозначную геол. интерпретацию диаграмм, в связи с чем применяется комплекс методов.

Видеосъемка ствола скважины – позволяет более точно оценить техническое состояние скважины. Это огромное преимущество перед другими методами, т.к. даёт возможность наглядно определять характер неисправности и, как следствие, подобрать более правильный метод ее устранения.

Капитальный ремонт скважин - включает ремонтно-исправительные работы, зарезку и бурение второго ствола скважин, ловильные, ремонтно-изоляционные работы, а также ликвидацию скважин. К ремонтно-исправительным работам относятся исправления смятий, сломов, трещин, замена повреждённой части эксплуатационной колонны, герметизация устья скважины, разбуривание цементных пробок. Ловильные работы в скважине включают извлечение упавшей колонны насосно-компрессорных труб, насосных штанг, инструментов и др., а также чистку ствола скважины. При прорыве в скважину пластовых вод (верхних или нижних по отношению к эксплуатационному горизонту, подошвенных, краевых и поступающих из соседних скважин) проводят ремонтно-изоляционные работы.

В случае невозможности восстановления технического состояния или прекращения эксплуатации скважину ликвидируют. При этом вырезают и извлекают обсадные трубы, а ствол цементируют.

Водозаборное сооружение - гидротехническое сооружение для захвата подземных вод и подачи их в водопроводные системы.

Основные узлы водозаборных сооружений:

1. водозаборное устройство со станцией первого подъема (погружные насосы);

2. узел учета воды;

3. водоподготовка (для доведения качества воды до норм питьевой воды);

4. резервуар чистой воды;

5. резервуар пожарного запаса;

6. насосная станция второго подъема или водонапорная башня (для поддержания давления и подачи воды потребителю в требуемом объеме);

7. станция пожаротушения;

8. дренажная система (отвод вод при аварийном переполнении резервуаров, подтоплении водозаборных сооружений).

9. контрольно-измерительные приборы и автоматика (следит за работоспособностью оборудования, регулируют расходы воды и т.п. Полный перечень выполняемых автоматических действий зависит от конкретных требований технического задания Заказчика к объекту водозаборного узла).

Зона санитарной охраны водоисточников - специально выделенные территории, в пределах которых создается особый режим, исключающий возможность загрязнения или ухудшения количественного состава воды, а также не допускается истощение подземных вод.

Зоны санитарной охраны организуются в составе трех поясов: первый пояс (строгого режима) включает территорию расположения водозабора. Его назначение - защита места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения (r = 15 м). Второй и третий пояса (пояса ограничений) включают территорию, предназначенную для предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения. Размеры этих поясов рассчитываются индивидуально.

В каждом из трех поясов, соответственно их назначению, устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, направленных на предупреждение ухудшения качества воды.