Буровые установки для водяных скважин и геотермального бурения
Порода определяет метод бурения прежде, чем любой другой выбор. Твёрдые абразивные породы, такие как гранит или базальт, требуют бурения погружным пневмоударником (DTH), где ударник расположен непосредственно у долота и разрушает породу высокочастотными ударами. Мягкие несвязные грунты, такие как песок, глина, гравий или ледниковая морена, требуют роторного или шнекового бурения с промывкой, где долото режет или скалывает породу, а буровой раствор выносит шлам на поверхность. Попытка применять DTH в рыхлом грунте приводит к бесполезному расходу воздуха и обрушению скважины; попытка применять роторное бурение с промывкой в твёрдой породе даёт очень низкую скорость проходки и интенсивный износ долота.
DTH против роторного: что реально меняется
- DTH: ударник и долото на забое буровой колонны; требуется компрессор, а не буровой насос; лучше всего подходит для твёрдых пород; типичная скорость проходки определяется энергией ударника и объёмом воздуха.
- Роторное или роторное с промывкой: вращает долото с поверхности; требуются буровые насосы, ёмкости и система очистки раствора от шлама; лучше всего подходит для мягких или несвязных пород; шлам удаляется скоростью потока жидкости.
- Очистка скважины при DTH зависит от скорости воздуха в затрубном пространстве; очистка при роторном бурении зависит от реологии раствора и подачи насоса.
- DTH обычно требует более высокого давления и объёма воздуха; роторное бурение требует водоснабжения и места на площадке для амбаров или ёмкостей.
- DTH даёт сухой шлам и пыль; роторное бурение даёт мокрый шлам и требует управления водными потоками.
Диаметр скважины, глубина и масштабирование колонны
Бытовые водяные скважины обычно бурят диаметром 100–300 мм (4–12 дюймов) на глубину примерно 30–150 м. Сельскохозяйственные скважины часто бурят диаметром 150–400 мм на 100–300 м. Муниципальные или высокодебитные скважины часто бурят диаметром 250–500 мм и более на 200–600 м, иногда глубже. С увеличением диаметра и глубины масштабируются буровая колонна, крутящий момент, усилие подачи и компрессорный агрегат. Большая скважина требует большего объёма затрубного пространства для очистки, поэтому потребность в компрессоре растёт быстрее, чем можно предположить по одному лишь диаметру скважины.
Согласование компрессора и ударника
Погружной пневмоударник имеет номинальное рабочее давление, обычно в диапазоне 10–25 бар в зависимости от модели, и только вблизи этого давления он обеспечивает полную энергию удара. Компрессор должен подавать воздух как для ударника, так и для подъёма шлама по затрубному пространству. Недостаточная подача воздуха проявляется в низкой скорости проходки, нестабильной работе ударника и оседании шлама вокруг долота с прихватом колонны. В водяных скважинах столб воды сам создаёт противодавление, поэтому компрессорный агрегат должен подбираться под самый глубокий ожидаемый уровень воды, а не только под глубину скважины.
Обсадка, фильтры и освоение скважины
Установка должна уметь устанавливать обсадную колонну, а не только бурить скважину. После бурения устанавливают обсадную колонну для поддержания породы, а напротив продуктивных зон размещают фильтры. Затем освоение скважины удаляет мелкие частицы и буровой шлам, чтобы скважина давала чистую воду. Установка, которая не может нести вес обсадной колонны или обеспечить необходимый контроль для точной установки фильтров, оставляет скважину незавершённой. Роторные установки с системами промывки и установки DTH с возможностью работы с обсадными колоннами служат на этом этапе, но выбор следует делать с учётом заканчивания скважины.
Геотермальное бурение: мельче, шире, чище
Геотермальные скважины для систем с грунтовыми петлями часто мельче водяных скважин, но большего диаметра, обычно 100–200 мм, чтобы вместить трубу петли и тампонажный раствор. Вертикальность важна, поскольку петли должны идти ровно, а чистота скважины важна, поскольку шлам или обрушившийся материал блокируют тампонирование и снижают теплопередачу. Точное вертикальное бурение и эффективная промывка поэтому являются критериями выбора, а не второстепенной мыслью.
Выбор шасси и условия площадки
Установки на гусеничном ходу подходят для пересечённой местности и частых перемещений по площадке. Установки на автомобильном шасси быстро перемещаются между площадками по дорогам. Установки на прицепе подходят для меньших и более мелких программ, где хороший дорожный доступ. Площадки водяных скважин также требуют водоснабжения и пылеподавления: подача воды для роторного бурения, ёмкости для отходов бурения и пылеподавление для работ DTH.
Сообщите Kaishan вашу породу, целевую глубину и диаметр, и наши инженеры порекомендуют согласованный комплект установки, компрессора и ударника.
Frequently Asked Questions
What size drill rig do I need for a domestic water well?
For a typical domestic well of 100 to 300 mm diameter and 30 to 150 m depth, a small to mid-size rig with a matched compressor is usually sufficient. The deciding factors are formation hardness and whether you drill DTH or rotary. Hard rock needs a hammer and enough air to clean the annulus; soft ground needs mud rotary capability. Always size the air package for the deepest water level, not just the total hole depth.
Can I use a DTH hammer for water well drilling in soft ground?
Generally no. DTH hammers are designed for hard, abrasive rock where impact breaking is efficient. In sand, clay or gravel, the hammer wastes air, the hole tends to collapse, and penetration is poor. Rotary or mud rotary drilling is the correct method for unconsolidated formations because the bit cuts the material and fluid carries cuttings out. Match the method to the formation before selecting the rig.
How much air pressure does a DTH hammer need?
Most DTH hammers have a rated working pressure in the range of 10 to 25 bar, depending on model and size. The hammer only reaches full impact energy near that pressure. The compressor must also supply enough free air delivery to lift cuttings up the annulus. If pressure or volume is low, penetration drops and cuttings settle around the bit, which can stick the drill string.
What is the difference between water well and geothermal drilling?
Water wells are drilled to reach an aquifer and are completed with casing and screens. Geothermal boreholes for ground-loop systems are often shallower but larger in diameter, commonly 100 to 200 mm, to accept loop pipe and grout. Verticality and borehole cleanliness are critical in geothermal work because loops must run true and grouting must seal properly. Water wells place more emphasis on yield and screen placement.
Should I choose a crawler, truck or trailer mounted drill rig?
Crawler-mounted rigs handle rough terrain and move easily around a site. Truck-mounted rigs travel quickly between sites on public roads. Trailer-mounted rigs suit smaller, shallower programmes with good road access. Consider how often the rig moves, ground conditions and site access. Water well sites also need water supply, containment for returns and dust suppression, which affect carrier and support equipment choice.