Способы бурения водопонизительных скважин

Из общего комплекса работ по сооружению водопонизительной установки наиболее трудоемкими являются работы по бурению скважин и оборудованию их фильтрами. Вместе с тем эти работы являются и наиболее ответственными, так как от качества выполнения их зависит в дальнейшем работа всей водопонизительной установки, которая должна обеспечить надежное понижение уровня грунтовых вод.

В практике водопонизительных работ при устройстве трубчатых колодцев получили наибольшее распространение три способа бурения скважин: ударно-канатное — механическое, гидравлическое и смешанное. Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. При прочих равных условиях (наличие оборудования, электроэнергии, воды и пр.) выбор способа бурения зависит от геологических, гидрогеологических и производственно-экономических условий.

Механическое ударно-канатное бурение практически может быть применено в различных геологических условиях, но при бурении пород с высоким уровнем грунтовых вод и особенно при наличии напорных вод этот способ бурения встречает затруднения, связанные с так называемым явлением «подачи». Другим существенным недостатком этого способа является небольшая скорость бурения скважин. Эффективность ударно-канатного бурения зависит также от таких факторов, как категория проходимых пород, диаметр и глубина скважины.

Гидравлическое бурение (рис. 1) является эффективным способом бурения скважин. Однако при этом способе нельзя получить представление о литологическом разрезе скважины. Этот недостаток может быть преодолен путем детального изучения геологических и гидрогеологических условий за счет увеличения числа разведочных скважин по линии возможных створов расположения скважин водопонизительной установки.

Рис. 1. Гидравлическое бурение водопонизительной скважины с использованием крана

1 — первое звено фильтровой колонны; 2 — второе звено фильтровой колонны; 3 — клапанный тройник; 4 — высоконапорный насос; 5 — трубопровод, подводящий воду для гидробурения; 6 — шурф; 7 — хомут для расхаживания колонны; 8 — напорный шланг

Вторым, более существенным недостатком гидравлического способа бурения является зависимость его от геологических условий. В гравийно-галечниковых грунтах, имеющих большие коэффициенты фильтрации, в плотных глинах и суглинках и в других плотных грунтах, а также при низком уровне грунтовых вод (значительная часть проходимых пород безводна) гидравлическое бурение встречает серьезные затруднения.

Кроме того, при гидравлическом способе бурения часто встречаются затруднения производственного характера: отсутствие благоприятных условий для подвода воды, количество которой достигает до 100–150 м³/ч, и др. Серьезные затруднения встречаются также при низких температурах в зимнее время года.

Достоинством гидравлического способа бурения является образование естественного фильтра вокруг скважины, так как при движении воды по затрубному пространству мелкие фракции грунта легко размываются и выносятся восходящими потоками воды, а более крупные частицы, образующие скелет грунта, падают на забой скважины, образуя естественный фильтр вокруг трубы. Это имеет важное значение для нормальной работы фильтра.

При необходимости бурения скважин для водопонижения на территории действующих цехов или предприятий или в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно смонтировать самоходные или стационарные буровые установки, как исключение скважины бурят ручными комплектами. Промышленность выпускает ручные буровые комплекты для бурения скважин диаметром от 2 до 8''.

Комплект позволяет осуществлять вращательное бурение при помощи ложковых или змеевиковых буров или ударное бурение желонкой с одновременным креплением стенок скважины обсадными трубами.

В последнее время для бурения высокодебитных скважин применяют роторные установки с обратной промывкой (всасывающее бурение). При бурении скважин этими установками не требуется применять глинистый раствор и крепить стенки скважин обсадными трубами, а также сокращается большое число трудоемких операций и продолжительность прокачки скважин. Кроме того, этими установками можно бурить скважины больших диаметров, что дает возможность устройства мощных гравийных обсыпок и создает благоприятные условия для формирования естественного фильтра в прифильтровой зоне.

Описание и техническая характеристика буровых установок приведены в многочисленной специальной литературе и поэтому в настоящем пособии не приводятся.

Для обсадки скважины трубами и изготовления фильтровых колонн применяют обсадные трубы с муфтовыми соединениями (ГОСТ 632–64) и электросварные трубы (ГОСТ 10704–63), характеристика которых приведена соответственно в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Продолжение таблицы 1

Таблица 2