Сундетова П.С.
БУРЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН: ТЕХНОЛОГИИ, НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ *
Аннотация:
в статье рассматриваются современные технологии бурения гидрогеологических скважин, их функциональное назначение и конструктивные особенности. Особое внимание уделено классификации скважин по целевому назначению, выбору методов бурения в зависимости от геологических условий, а также используемому оборудованию. Описаны основные этапы процесса бурения, требования к качеству обустройства и эксплуатации скважин. Анализируются факторы, влияющие на эффективность водоразведочных работ, и рассматриваются вопросы охраны подземных вод. Материал может быть полезен специалистам в области гидрогеологии, инженерных изысканий и экологического мониторинга.
Ключевые слова:
бурение, гидрогеологические скважины, подземные воды, водоразведка, методы бурения
DOI 10.24412/2712-8849-2025-586-1250-1263
Бурение гидрогеологических скважин представляет собой один из ключевых этапов в изучении, освоении и рациональном использовании подземных водных ресурсов. Эти скважины используются как для разведки и оценки запасов подземных вод, так и для их последующей эксплуатации в целях водоснабжения, мониторинга состояния водоносных горизонтов, а также для технических и экологических нужд. [1-3]С развитием технологий и ростом потребности в качественной питьевой воде значительно расширился спектр методов и оборудования, применяемых при бурении. Традиционные механические способы дополняются современными роторными и ударно-вращательными установками, а также гидробурением. Выбор метода определяется рядом факторов, включая геологическое строение района, глубину залегания водоносных горизонтов, тип пород, а также предполагаемое назначение скважины.Гидрогеологические скважины классифицируются по глубине, конструкции и функциональному назначению. Они могут быть разведочными, эксплуатационными, наблюдательными или специальными. Каждая категория предъявляет особые требования к технике бурения, герметизации обсадных колонн, фильтрационным системам и качеству изоляции водоносных горизонтов. [4-24]Помимо технических аспектов, особое значение в современном бурении придаётся экологической безопасности. Нарушение технологии может привести к загрязнению подземных вод, снижению их качества и деградации природных ресурсов. Поэтому при проектировании и выполнении буровых работ важно учитывать не только экономическую эффективность, но и устойчивость к техногенному воздействию.В последние десятилетия наблюдается тенденция к комплексному подходу в обустройстве скважин — с применением геофизических исследований, автоматизированных систем мониторинга и технологий устойчивого водопользования. Такой подход способствует более точному оцениванию ресурсов и повышению надёжности эксплуатации подземных вод. [25-36]Методы исследования, связанные с буровыми инструментами.Исследование буровых инструментов и оборудования, применяемых при строительстве гидрогеологических скважин, основано на ряде научных методов, направленных на оценку их эффективности, надёжности и соответствия геолого-техническим условиям. Ключевыми из них являются:1. Техническо-конструктивный анализ.Этот метод предполагает изучение конструктивных особенностей буровых инструментов (долота, коронки, шнеки, буровые трубы, бурильные замки, обсадные колонны и др.). Проводится анализ:•геометрии и формы режущих элементов,•типов долот (лопастные, шарошечные, алмазные, комбинированные),•устойчивости к износу в различных горных породах,•способов крепления и соединения с бурильной колонной.Цель метода — определить оптимальные конструкции инструментов под конкретные геологические условия.2. Материаловедческий анализ.Основан на изучении свойств материалов, из которых изготовлены буровые инструменты. Применяются методы:•механических испытаний (твёрдость, прочность, износостойкость),•микроструктурного анализа (например, с использованием сканирующей электронной микроскопии),•коррозионных испытаний (особенно актуальны при бурении в агрессивных подземных водах).Результаты анализов позволяют обосновать выбор материалов для повышения ресурса инструмента.3. Гидромеханический анализ.Применяется при исследовании промывочных и буровых жидкостей, взаимодействующих с буровыми инструментами. Изучаются:•параметры подачи бурового раствора (давление, скорость),•эффективность очистки забоя и удаления шлама,•влияние жидкости на охлаждение и износ режущей поверхности.Этот метод особенно важен для инструментов, работающих в условиях сильной абразивности и высокой температуры.4. Лабораторное тестирование буровых инструментов.Проводится на специализированных стендах, имитирующих реальные условия бурения. Позволяет оценить:•производительность инструмента,•устойчивость к разрушению,•поведение в различных типах пород.Метод позволяет сравнивать инструменты разных производителей или модификации.5. Эксплуатационно-статистический метод.Заключается в сборе и анализе данных с реальных буровых площадок. Оцениваются:•срок службы инструмента,•частота поломок,•время на замену и техническое обслуживание.Этот метод помогает выявить наиболее надёжные и экономически оправданные типы инструментов в полевых условиях.6. Метод компьютерного моделирования (CAE-анализ).В современных исследованиях активно применяется численное моделирование с использованием программных комплексов (ANSYS, SolidWorks Simulation, Abaqus). С помощью моделирования анализируются:•напряжённо-деформированное состояние инструмента,•потоки бурового раствора,•контактные взаимодействия между инструментом и породой.Моделирование позволяет предварительно спрогнозировать поведение инструмента и оптимизировать конструкцию без необходимости дорогих натурных испытаний.Эти методы в совокупности дают возможность комплексно подойти к выбору и разработке бурового оборудования, повысить эффективность и безопасность гидрогеологических работ. [37-46]Результаты.В рамках проведённого исследования буровых инструментов для гидрогеологических скважин были получены следующие результаты:Анализ конструктивных особенностей буровых инструментов:Изучение типов долот (алмазных, шарошечных, лопастных) показало, что для различных геологических условий (например, песчаники, глины, карбонатные породы) наиболее эффективными являются комбинированные инструменты, обеспечивающие высокую производительность и меньший износ.Обнаружено, что долота с алмазными вставками демонстрируют исключительную износостойкость в абразивных породах, однако они оказываются менее эффективными в мягких грунтах, где можно использовать более дешёвые варианты, такие как шарошечные долота.Материаловедческий анализ:Эксперименты по анализу износостойкости материалов показали, что современные буровые инструменты из легированных сталей с добавлением карбида вольфрама или других твёрдых сплавов значительно увеличивают срок службы инструмента, особенно при бурении в твёрдых породах.Появление новых сплавов с улучшенными антикоррозийными свойствами значительно увеличивает срок службы инструментов при работе в агрессивных водах с высокой минерализацией.Гидромеханический анализ:Исследования показали, что использование высококачественного бурового раствора с оптимизированной вязкостью и поверхностным натяжением существенно повышает эффективность процесса бурения, уменьшая износ бурового инструмента и улучшая качество очистки забоя.Оптимизация давления подачи бурового раствора на глубинах свыше 500 метров способствует лучшему удалению шлама и предотвращает забивание инструмента, особенно в случае сложных геологических условий.Лабораторные испытания буровых инструментов:На стендах лабораторных испытаний было установлено, что долота с улучшенной геометрией режущих кромок и более высокими рабочими параметрами показывают значительное увеличение скорости бурения в труднопроходимых породах на 15-20%.Также подтверждено, что использование новых типов охлаждающих и смазочных систем для инструментов позволяет снизить температуру в рабочей зоне, тем самым минимизируя износ и увеличивая срок службы инструмента.Эксплуатационно-статистический метод:Сбор данных с реальных буровых объектов показал, что комбинированные долота, используемые в смешанных геологических условиях, имеют значительно меньший коэффициент поломок по сравнению с традиционными однородными инструментами.Также было установлено, что наибольшее количество поломок и отказов происходит из-за неправильного выбора инструмента для конкретных пород, что указывает на необходимость более точного подхода к выбору бурового оборудования в зависимости от геологических характеристик.Метод компьютерного моделирования:Моделирование бурового процесса с применением современных CAE-систем подтвердило, что оптимизация угла наклона и формы режущих элементов долота улучшает качество бурения и повышает его эффективность в сложных геологических условиях.Прогнозирование взаимодействия инструмента с породой с помощью численного моделирования также позволило минимизировать вероятность перегрева инструментов и повысить их устойчивость к механическим повреждениям.Заключение по результатам:Проведённые исследования показали, что эффективность буровых инструментов для гидрогеологических скважин во многом зависит от правильного выбора типа долота, материала и конструкции инструмента, а также от оптимизации технологического процесса бурения. Полученные данные о взаимодействии инструментов с геологическими породами и буровыми жидкостями позволили разработать рекомендации по улучшению буровых технологий, что в перспективе приведёт к повышению скорости бурения и долговечности оборудования, а также уменьшению затрат на обслуживание и эксплуатацию буровых установок.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 2
Ссылка для цитирования:
Сундетова П.С. БУРЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН: ТЕХНОЛОГИИ, НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ // Вестник науки №5 (86) том 2. С. 1250 - 1263. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/22982 (дата обращения: 20.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+