Бурение скважин в глинистой почве — что нужно учитывать?

Глинистая почва – сложная среда для бурения скважин. Высокая влагоудерживающая способность и пластичность глины создают риск обвалов стенок скважины, заклинивания бурового инструмента и снижения дебита воды. Учитывая эти факторы, выбор технологии и оборудования требует особого подхода.

Первая буровая компания в Беларуси предлагает решения для бурения в глинистых грунтах, минимизирующие риск осложнений. Наш опыт позволяет точно определить оптимальную глубину и диаметр скважины, исходя из геологических особенностей участка. Цены начинаются от 70р. за 1м. Консультация и заказ: +375(44) 566-00-33.

Далее в статье мы подробно разберем: типы глинистых почв и их влияние на бурение, методы укрепления стенок скважины (бентонитовый раствор, обсадные трубы), выбор бурового оборудования (шнековое бурение, роторное бурение), а также способы повышения дебита воды в скважине, пробуренной в глине. Особое внимание уделим предотвращению гидроударов и загрязнения водоносного горизонта.

Выбор буровой установки для глины

Бурение в глинистой почве предъявляет специфические требования к буровому оборудованию. Глина характеризуется высокой вязкостью и липкостью, что затрудняет вынос шлама и повышает риск обрушения стенок скважины. Выбор установки должен учитывать эти факторы.

Шнековое бурение: Эффективно для неглубоких скважин (до 20-30 метров) в относительно устойчивых глинах. Преимущество — высокая скорость бурения и простота использования. Недостаток — плохо подходит для обводненных и сильно набухающих глин, где шнек может заклинить. Рекомендуется использовать шнеки с увеличенным шагом витков для лучшего удаления шлама.

Роторное бурение с промывкой: Оптимально для глубоких скважин (более 30 метров) и сложных глинистых грунтов. Промывочная жидкость (вода или глинистый раствор) охлаждает бур, выносит шлам и укрепляет стенки скважины. Необходимо учитывать свойства глины при выборе типа промывочной жидкости. Для набухающих глин предпочтительны глинистые растворы на основе полимеров, снижающих водоотдачу.

Ударно-канатное бурение: Применяется в плотных и твердых глинах. Преимущество — простота конструкции и возможность разрушения твердых включений. Недостаток — низкая скорость бурения и сложность выноса шлама. Требует применения желонок для периодической очистки скважины.

Гидробурение (с использованием гидробура): Подходит для небольших объемов работ, например, для установки свай или опор. Гидробур обеспечивает высокое крутящее усилие, необходимое для бурения в плотных глинах. Важно подобрать гидробур с соответствующим типом бурового инструмента (шнеки или буровые лопатки).

Ключевые параметры при выборе установки: Мощность двигателя (для преодоления сопротивления глины), крутящий момент (для эффективного разрушения грунта), производительность насоса (для промывки скважины), диаметр бурения (в зависимости от назначения скважины), глубина бурения (соответствие техническим возможностям установки). Необходимо учитывать геологические условия участка, глубину залегания водоносного горизонта и требуемый дебит скважины.

Ключевые проблемы глинистых грунтов при бурении

Глинистые грунты представляют собой сложную среду для бурения, обусловленную их уникальными физико-механическими свойствами. Высокая пластичность и липкость глины приводят к наращиванию глинистой «корки» на буровом инструменте, значительно увеличивая трение и снижая эффективность проходки. Это требует применения специализированных буровых растворов с полимерными добавками, например, на основе полиакриламида (ПАА) или поливинилового спирта (ПВС), для снижения адгезии глины.

Разбухание глины при контакте с водой – еще одна серьезная проблема. Увеличение объема грунта может привести к заклиниванию бурового инструмента и обрушению стенок скважины. Необходимо использовать ингибирующие буровые растворы, содержащие соли (например, хлорид калия KCl) или гликоли, для подавления гидратации глинистых минералов. Концентрация KCl должна быть подобрана исходя из типа глины и степени ее активности, обычно в диапазоне 2-8%.

Низкая проницаемость глины затрудняет вынос шлама из скважины. Использование промывки с высокой вязкостью и скоростью потока необходимо для эффективной очистки забоя. Следует учитывать, что чрезмерно высокая вязкость может увеличить риск гидроразрыва пласта, особенно в слабо консолидированных глинах.

Пластические деформации глинистых грунтов могут привести к сужению диаметра скважины после бурения. Для предотвращения этой проблемы рекомендуется использовать обсадные трубы сразу после завершения бурения, либо применять расширяющиеся буровые инструменты.

Содержание органических веществ в глине может осложнить стабилизацию бурового раствора. Необходимо контролировать рН бурового раствора и добавлять биоциды для предотвращения развития микроорганизмов.

Оптимальные методы бурения в глине

Эффективное бурение в глинистых грунтах требует выбора метода, учитывающего высокую вязкость, склонность к налипанию на инструмент и возможную осыпь стенок скважины.

Шнековое бурение: Оптимально для неглубоких скважин (до 30 метров) в сухих и полутвердых глинах. Рекомендуется использовать шнеки с увеличенным шагом витков для более эффективного удаления глины. Важно следить за влажностью грунта – при избыточном увлажнении глина налипает, снижая производительность. Альтернатива — применение глиноразбивателей.

Роторное бурение с промывкой: Эффективно для глубоких скважин (более 30 метров) и при наличии водоносных горизонтов в глине. Использование бурового раствора (бентонит, полимеры) позволяет стабилизировать стенки скважины, охлаждать буровое долото и эффективно удалять выбуренную породу. Необходимо точно подбирать состав бурового раствора, чтобы избежать образования глинистой корки на стенках скважины, препятствующей притоку воды.

Ударно-канатное бурение: Подходит для плотных, твердых глин. Метод характеризуется низкой скоростью бурения, но обеспечивает высокое качество ствола скважины, минимизируя риск обрушения. Требует тщательного контроля за состоянием ударного инструмента и своевременного удаления выбуренной породы.

При выборе метода следует учитывать:

• Глубину скважины.
• Тип глины (влажность, плотность, пластичность).
• Наличие водоносных горизонтов.
• Требования к качеству ствола скважины.

Использование обсадных труб обязательно при любом методе, если существует риск обрушения стенок скважины. Выбор материала обсадной трубы зависит от глубины скважины и химического состава грунта.

Обустройство скважины в глинистой почве

Глинистые грунты создают особые требования к обустройству скважины, влияя на дебит и долговечность конструкции. Первоочередная задача – предотвратить заиливание скважины глиной, что требует качественной обсыпки фильтра.

Фильтр: Используйте щелевые или проволочные фильтры из нержавеющей стали или полимеров, устойчивых к агрессивной среде глинистых вод. Размер ячейки фильтра подбирается исходя из гранулометрического состава водоносного слоя. Применяйте фильтры с увеличенной площадью фильтрации для компенсации возможного заиливания.

Обсыпка: Обсыпка фильтра – многослойная (минимум два слоя) из кварцевого песка разной фракции. Первый слой (непосредственно к фильтру) – мелкий песок (0.5-1 мм), второй – более крупный (2-5 мм). Толщина каждого слоя – не менее 15 см. Качество песка критично: используйте промытый и прокаленный песок, без глинистых включений. Трамбуйте каждый слой обсыпки.

Глиняный замок: Создание глиняного замка – обязательный этап для предотвращения попадания поверхностных вод в скважину. Замок формируется из плотной, жирной глины, тщательно утрамбованной вокруг обсадной трубы на глубину 2-3 метра от поверхности земли. Толщина глиняного замка – не менее 50 см.

Трубы: Используйте обсадные трубы из нПВХ или стали. Применение нПВХ снижает риск коррозии, характерной для кислых глинистых грунтов. Толщина стенки трубы должна соответствовать глубине скважины и давлению грунта. Соединение труб – резьбовое или сварное, обеспечивающее герметичность.

Насосное оборудование: Подбор насоса осуществляется исходя из дебита скважины и статического/динамического уровня воды. Используйте погружные насосы с высокой степенью защиты от песка и глины. Рекомендуется устанавливать фильтр грубой очистки на входе насоса.

Рекомендации: Проводите регулярную прокачку скважины (не реже 1 раза в месяц) для удаления мелких частиц глины. Рассмотрите возможность проведения гидроразрыва пласта (ГРП) для увеличения дебита скважины, особенно в плотных глинистых породах. Анализируйте химический состав воды для подбора оптимальной системы водоочистки.

Первая буровая компания в Беларуси. Цены от 70р. за 1м. +375(44) 566-00-33

Вопрос-ответ:

Говорят, глинистая почва очень сложная для бурения. Насколько это правда и почему?

Действительно, бурение в глине может быть трудным. Главная причина – характеристики самой глины. Она часто плотная, вязкая, и сильно налипает на буровой инструмент. Это увеличивает трение, замедляет процесс и требует больше энергии для работы буровой установки. К тому же, глина может осыпаться в скважину, особенно если она недостаточно стабильна, что создает дополнительные проблемы с очисткой скважины и установкой обсадной трубы.

Какие конкретно буровые инструменты лучше всего подходят для работы в глине? Я планирую сам копать скважину.

Выбор инструмента зависит от типа глины и глубины скважины. Для небольших глубин можно использовать ручной бур или шнек. Для более серьезных работ, особенно в плотной глине, лучше подойдут буровые установки с вращательным бурением и долотом, разработанным специально для мягких пород. Также полезно использовать буровые растворы, чтобы облегчить проход инструмента и предотвратить осыпание стенок скважины. В любом случае, убедитесь, что выбранный инструмент достаточно мощный и способен справиться с вязкостью глины.

Что делать, если глина постоянно осыпается в скважину во время бурения? Это ужасно замедляет работу.

Осыпание стенок скважины – распространенная проблема в глине. Есть несколько способов ее решения. Во-первых, используйте обсадные трубы как можно раньше, чтобы укрепить стенки скважины и предотвратить дальнейшее осыпание. Во-вторых, буровой раствор поможет стабилизировать стенки и вынести обломки породы. Раствор должен быть правильно подобран, чтобы соответствовать типу глины. В-третьих, можно временно приостановить бурение и дать раствору некоторое время для укрепления стенок. Если проблема сохраняется, возможно, потребуется изменить технологию бурения или использовать другой тип обсадных труб.

Насколько важны буровые растворы при бурении в глине? Какие типы растворов лучше использовать?

Буровые растворы очень важны при работе с глиной. Они выполняют несколько задач: охлаждают буровой инструмент, выносят обломки породы на поверхность, стабилизируют стенки скважины и уменьшают трение. Выбор типа раствора зависит от типа глины и глубины бурения. Глинистые растворы, такие как бентонит, часто используются, поскольку они образуют плотную стенку на стенках скважины, предотвращая их обрушение. Полимерные растворы также популярны из-за их способности уменьшать трение и облегчать очистку скважины. Всегда следуйте инструкциям производителя при приготовлении и использовании бурового раствора.

Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при бурении в глине, чтобы обеспечить безопасность и долговечность скважины?

Безопасность прежде всего! Убедитесь, что у вас есть необходимое оборудование и знания для безопасного выполнения работ. Не перегружайте буровую установку и следите за ее состоянием. Важно регулярно проверять стабильность стенок скважины, чтобы избежать обрушения. Используйте качественные обсадные трубы и правильно их устанавливайте. После завершения бурения обязательно проведите гидроизоляцию, чтобы предотвратить попадание поверхностных вод в скважину. Регулярное техническое обслуживание скважины также необходимо для поддержания ее работоспособности на протяжении длительного времени.