Основные задачи геолого-технологических исследований скважин в процессе бурения

1 Как и зачем производится геологический разрез скважины?

Процесс бурения гидрогеологических скважин начинается с того, что перед его началом тщательно изучается весь доступный геологический материал.

Разрез и глубина напрямую зависят от направленности изысканий. Глубина, разрез и общие показатели геологии скважин производятся с учетом на данные, которые были получены в процессе изысканий и изучения пород.

Инженерно геологическая скважина создается еще и для того, чтобы буровые установки смогли вскрыть представленные породы, а затем с помощью изысканий можно было определить, какие методы бурения стоит задействовать.

Разрез, который проводят специальные буровые установки, и глубина геологических изысканий помогают определиться, с упором на какие особенности будет создаваться гидрогеологическая скважина.

В первую очередь необходимо провести ряд изысканий, касающихся изучения всего геологического материала, после чего уже можно приступить к полноценной разработке такого объекта, как гидрогеологическая скважина.

Разрез и глубина производятся с ориентировкой на типы литологии, из которой слагаются породы. Гидрогеологические скважины помогают произвести разделение пород методом отбора на классы.

Разрез производится с целью исследования особенностей материала керна. Глубина устанавливается в индивидуальном порядке и зависит от того, какие буровые установки применяются.

Бурение гидрогеологической наблюдательной скважины

Инженерно геологическая скважина позволяет производить анализ путем применения современных геофизических методов. Применяются не только буровые установки, но и ряд других способов.

То есть, изначально буровые установки осуществляют разрез, а затем гидрогеологические скважины изучаются при помощи ультразвукового метода.

Инженерно геологические скважины, подвергнутые такому анализу, дают информацию о таких параметрах как пористость породы, глубина, на которой она залегает и уровень ее насыщенности газами.

Разрез и глубина говорят о том, как буровые установки впоследствии могут проводить действия по закреплению скважины и разобщению пластов.

Геологический разрез, при создании которого, применяются буровые установки, производится на основе анализа тех данных, которые были добыты в процессе комплексных наблюдений.

Разрез и глубина скважины, которая бурится для добычи полезных ископаемых, нефти или воды могут значительно отличаться друг от друга.

В некоторых случаях буровые установки будут сталкиваться с твердыми видами пород, и интервалы их разрушения будут достаточно короткими. Во втором случае установка для бурения столкнется с внушительными мощностями осадочных пород.

1.1 Методы исследования гидрогеологической скважины

Бурение гидрогеологической скважины

Для того чтобы получить максимальное количество информации о геологическом разрезе, применяются методы с помощью которых замеряется глубина скважины, а также методы изучения параметров пород. Глубина и другие параметры скважин изучаются при помощи:

• Магнитных методов;
• Радиоактивных методов;
• Электрических методов;
• Механических методов.

Геологоразведочная скважина подвергается изучению для того, чтобы обладать детальной информацией о физических свойствах горных пород, глубина залегания которых может быть разной.

В большинстве случаев геологоразведочная скважина изучается с помощью отбора и последующего анализа керна. В отдельно взятых случаях инженерно геологическая скважина создается таким образом, что отбор керна осуществляется с некоторыми трудностями.

Это происходит из-за того, что на стенках скважин образуется корка из бурового раствора для фильтрации. Инженерно геологическая скважина имеет определенные параметры коллекторов. Они измеряются в коэффициентном отношении. Это может быть такой параметр, как:

• Пористость;
• Глинистость;
• Водонасыщенность;
• Проницаемость.

Применение таких методов исследования опирается на дифференциацию горных пород и ископаемых по характеристикам их гамма-активности.

Бурение инженерно-геологической скважины

Преимущество выполнения геологических изысканий.

Начнем с того, что в сегодняшних условиях рыночных отношений, мы стараемся экономить абсолютно на всем, наш допустимый предел отдыхает, только бы подешевле. В таких стремлениях достигнуть наибольшего результата с наименьшими затратами, мы стали забывать, что нередко такой подход может обернуться большими убытками в будущем

Результаты такой экономии, хотя бы раз приходилось видеть каждому, гуляя по родному городу или за его пределами, невольно начинаешь обращать внимание на покосившиеся домики, треснутые стены и фундаменты жилых домов, а также различных производственных комплексов. Причиной этих аварий во многих случаях является проектирование и строительство без точных геологических данных той территории на которой расположены эти жилые и нежилые объекты

Итак, любая стройка помимо покупки земли, первым делом начинается с закладки фундамента, а если быть точнее с его проектирования. Для этого проектировщики и строители, при его расчете могут поступать следующим образом. Первый, наиболее профессиональный подход, когда проектировщик требует от заказчика отчет о выполненных геологических изысканиях, которым впоследствии и руководствуется, при проектирование вашего проекта. Во втором случае, когда данные о геологии отсутствуют, проектируется фундамент, с невероятно большим запасом его прочности, что конечно же приведет к увеличению расходов на строительство и в любом случае не дает полную гарантию на прочность такого фундамента. Или что еще хуже, проектировщики при расчете такого фундамента будут исходить из усредненных данных, которые только отдаленно могут соответствовать настоящим показателям и значит приблизительно характеризуют свойства грунтов, а часто могут и вовсе не соответствовать им. В этом случае мы получается играем в своеобразную игру под названием «угадай состав грунта». И в случае проигрыша трещины покрывают стены, здание подмывается грунтовыми водами, проседает, кренится, что в свою очередь не будет способствовать эстетическому виду строения, а также его долголетию.

Если при выполнение геологических изысканий подтвердится хорошее состояние исследуемого участка, это также дает возможность экономии, например позволит заложить более бюджетный фундамент, без какого либо риска для его прочности. Вывод очевиден: при проектировании объектов различного назначения, только грамотный и профессиональный подход с учетом сведений о геологическом строении территории поможет избежать всевозможных проблем и тем самым поможет сберечь ваши средства и нервы.

География услуг компании «ГЕОДРИЛЛИНГ»

Мы выполняем буровые работы (являющиеся компонентом инженерно-экологических изысканий) и бурение геологических скважин по всей европейской части России. Специалисты компании «ГЕОДРИЛЛИНГ» готовы выехать в следующих направлениях:

• Московская область;
• Ленинградская область;
• Саратовская область;
• Новгородская область;
• Псковская область;
• Вологодская область;
• Ярославская область;
• Ивановская область;
• Костромская область;

• Нижегородская область;

• Тверская область;

• Владимирская область;

• Калужская область;

• Смоленская область;

• Тульская область;

• Брянская область;

• Рязанская область;

• Орловская область;

• Тамбовская область;

• Липецкая область;

• Кировская область;

• Пензенская область;

• Ульяновская область;

• Волгоградская область;

• Самарская область;

• Ростовская область;

• республика Мордовия;

• республика Татарстан;

• республика Марий-Эл;

• Краснодарский и Ставропольский края.

Инженерно–геологический разрез

Это подтип схематического построения среза земной коры, в котором отображается не только состав пород, указывается предположительный размер пластов, но и физико–химические качества. Строится подобная схема для более точного отображения данных. При поиске месторождений он практически не используется. Эта информация нужна больше при строительстве, прокладке шахт, скважин, сооружении транспортных коммуникаций.

Также там записывается скорость движения воды, пористость породы, пластичность, влажность, сыпучесть. При наличии нескольких пластов, которые одинаковы по механическим характеристикам, их объединяют в один. А если один слой породы имеет различные данные – например, песок выше и ниже уровня вод, его наоборот делят на два.

На инженерно–геологическом разрезе отмечают и скважины, их нумерацию. Необходимо обозначить абсолютную высоту или отметку – это расстояние от поверхности по уровню моря. Она проводится вверх и вниз, а разница помечается отметками + и –. Это нужно для того, чтобы оценить, на какой поверхности находится скважина, близость залегания грунтовых вод, особенности состава и плотность, в зависимости от типа рельефа.

Прогнозы при инженерно-геологических исследованиях

Данное словосочетание подразумевает научное предсказание о развитии и изменении мерзлотных условий. Все они должны произойти в ближайшем времени на планете. Это может быть связано с историческим изменением природы либо с промышленным строительством и освоением большей территории людьми, либо с новой информацией о земле, выявленной в ходе исследований.

Основы мерзлотного прогноза при инженерно-геологических исследованиях построены на изучении ее закономерностей и особенностей. При этом учитывается динамика и развитие.

Инженерно-геологические условия очень сильно зависят от особенностей обстановки.

Теплообмен на поверхности земли и развитие различных криогенных процессов существенным образом определяются рядом критериев. Непосредственно условиями залегания многолетнемерзлых пород.

В частности теплообмен формируется в определенных геологических и географических условиях.

Теплообмен может меняться в зависимости от:

• изменений природной обстановки;
• влияний промышленного производства;
• стремительного освоения территории людьми.

Все это имеет большое влияние на теплообмен.

Основы мерзлотного прогноза при инженерно-геологических исследованиях имеют сою направленность и характер. Это можно проследить при установке связей между природной средой и ее изменениями и характеристиками толщ.

Установленные закономерности станут базой для мерзлотного прогноза. Его цель – научное предвиденье характера изменений таких условий, которые являются следствием в процессе освоения территории людьми.

При составлении мерзлотного прогноза используются лучшие теоретические разработки в данной сфере.

Процесс построен определенным образом. Ученные должны совмещать теоретические основы прогноза изменения условий с практическими применениями различных методов для решения важных задач.

Особенности формирования многолетнемерзлых толщ – это конкретное выражение общих законов развития материи для геологических форм ее движения

Очень важно помнить, что основной прогноз составляют только те исследования, которые относятся к частым региональным принципам

Нужно проследить четкую связь между геологическими, географическими и теплофизическими условиями формирования многолетнемерзлых пород

При этом важно учитывать миграцию влаги

Рассматривается влияние различных природных факторов на формирование температурного режима и глубины сезонного промерзания и оттаивания пород.

При оценке естественных ресурсов подземных вод важным является изучение таликов. Это способствует пониманию взаимодействия толщ мерзлых пород и поземных вод.

Прогнозы при инженерно-геологических исследованиях на выставке

Выставка «Нефтегаз» вышла на качественно новый уровень

К ней приковано внимание профессионалов отрасли, главных участников сегмента. Это замечательная площадка для обмена опытом по взаимодействию органов власти с предприятиями индустрии в интересах успешного развития рынка

Выставка «Нефтегаз» акцентирована на новых технологиях, современном оборудовании, а также существующих проблемах.

Особое внимание уделяется экологии, охране труда и системам безопасности. Традиционно она проходит в выставочном комплексе «Экспоцентр»

Для презентации, изучения и анализа достигнутых успехов передовыми фирмами сферы нефти, газа и продуктов переработки «черного золота»
организуют ежегодно международное крупное и торжественное событие промышленности – выставку «Нефтегаз».

Это грандиозное мероприятие будет происходить в виде форумов, конгрессов, собраний и выступлений представителей правительства энергетического комплекса Российской Федерации и стран гостей на территории ЦВК «Экспоцентр» в столице.

На выставке также рассматриваются современные методы инженерно-геологических исследований.

Промыслово геофизические исследованияИнженерно-геологические и гидрогеологические исследованияМетоды геологических исследований

Зачем строить разрез

Геологи используют этот способ для интерпретации данных по полезным ископаемым. Благодаря схеме они могут оценить предположительные размеры месторождений, рентабельность их разработки.

Подобные двухмерные макеты используются и при строительстве крупных зданий, чтобы получить разрешение от государства на проведение работ. Это делается и для оценки стойкости фундамента, наличия подземных вод, которые могут стать причиной подтопления постройки. Специалисты могут оценить движение тектонических плит, провести сейсмологический анализ местности, выбранной для строительства.

Одну из основных ролей геологический разрез играет и в истории Земли. На основании схематического изображения слоев участка земной коры, ученые могут сделать предположения о его формировании, ответить на вопросы, почему он образуется именно так. Также изучается и наплыв одного пласта на другой, строение земной коры, минеральный и химический состав пород. Обязательно нужно определить закономерности соседства полезных ископаемых и пустых пород, чтобы облегчить поиск месторождений.

По мере практического изучения местности, в срезе делаются правки, уточняются вертикальные и горизонтальные пласты породы, делаются специальные отметки. Если возникают вопросы, бурятся дополнительные скважины, чтобы информация была более правильной.

Задачи инженерно-геологических изысканий

Составление технического задания по геологическим изысканиям должно проводиться заказчиком с участием исполнителя. В техническом задании должно отражаться максимум необходимой информации:

• виды и цели изысканий;
• адрес и наименование объекта застройки;
• подробные сведения о производимых ранее исследованиях (если таковые были) и обо всех сложностях, наблюдавшихся ранее на месте застройки;
• все виды строительных работ (постройка нового объекта, расширение или реконструкция старого и т.д.);
• уровень и степень ответственности объекта;
• габариты здания и его полезная площадь;
• все конструкции здания (этажность здания, количество и расположение несущих конструкций, конструкции перегородок, наличие подвала с указанием его заглубления и предназначения);
• тип фундамента с предполагаемой величиной нагрузки;
• все предполагаемые воздействия данной постройки на близлежащие объекты и природу.

К техническому заданию должна быть приложена документация, которая необходима для исследований на каждой из стадий проектирования (топографические планы (их копии), картограммы, карты ситуационных и генеральных схем), а так же и вся документация, касающаяся нормативов (копия документа с резолюцией о положительном решении местных органов самоуправления на расположение данного строительного объекта).

Строительство – это многоэтапная работа, где комплекс геологических изысканий является основным и наиболее важным этапом. Современный уровень развития строительной техники и технологий очень высок, что дает возможность возводить постройки независимо от вида грунтов. Тем не менее, поверхностные работы по изысканиям или же их отсутствие (что вовсе недопустимо) при работе над проектом и последующем строительстве может привести к весьма плачевным и необратимым последствиям: к крену конструкций, к осадке отдельных частей строения, к образованию трещин, и как следствие – к аварийной ситуации.

С чего начать?

Представим, что у вас уже имеется территория под будущую застройку, а также есть проектировщик или проектная организация для разработки проекта. Итак, первым делом, нам необходимо определиться с объемом работ по геологии (кол-во и глубина скважин), для этого существует два пути. Первый организация — проектировщик составляет тех. задание на выполнение геологических изысканий, в котором как раз и будет указан весь необходимый объем геологических работ. Преимущественно проектные организации выдают нам правильно оформленное и грамотно составленное техническое задание, но иногда приходится отдельно обговаривать некоторые моменты с нами (геологами). Обычно с техническим заданием вы (заказчик) или проектная организация предоставляет топографический план участка (обычно в масштабе 1:500) с нанесенными коммуникациями и начерченным контуром проектируемого здания.

В случае, когда технического задания нет, объем геологических работ определяется действующими СНиП’ами (Строительные нормы и правила) и будет завесить от таких факторов, как: размеры и этажность вашего здания, предполагаемый тип фундамента, глубина заложения, наличие или отсутствие подвала, уровень ответственности сооружения и т.д. Учитывая эти параметры, мы рассчитываем нужное вам количество и глубину скважин, исходя из конкретного проекта. Поэтому, если вы не успели найти проектную организацию, наша компания поможет вам, определиться с оптимальным объемом геологических работ.

Определившись с объемом работ, мы рассчитываем стоимость геологических изысканий, а также обговариваем сроки их выполнения. Зачастую, перед выездом буровой бригады, нашим специалистам необходимо осмотреть место предполагаемой застройки и убедится в наличии подъездных путей для спецтехники. Далее заказчик подписывает договор, вносит предоплату, наличным или безналичным способом и мы приступаем к работе.

Порядок и этапы выполнения работ

Геологические работы на участке строительства производят согласно СП 11-105-97 в следующем порядке.

По факту получение технического задания и плана территории строительства следует этап полевых работ. Его целью является получение достаточного количества проб грунта и подземных вод, указанного в Своде Правил. Глубину и частоту шурфов (скважин) принимают в зависимости от типов и размеров нагрузок, а также от предварительно выбранного типа фундамента. Отбор проб грунта проводят при помощи шурфов или скважин. При первом способе производится раскопка грунта, а при втором — бурение скважин специализированной техникой. Точки исследования грунта размещают по периметру участка или по основным координатным осям проектируемого объекта. Глубина бурения скважин колеблется в пределах 7-20 м. Каждая точка отбора проб фиксируется по высоте и в плане (определяется высота устья и привязка к участку строительства). При каждом изменении свойств и типов грунта по глубине отбираются новые образцы, которые помещают в герметичные ёмкости для сохранения их природных свойств. Такой же процесс исследования проводят и для грунтовых вод. Все образцы имеют свою маркировку. Керны (образцы изъятого грунта), пробы грунтовых вод и сведения о проведении полевых работ направляют для дальнейшего изучения в лабораторию. Длительность полевых работ составляет один или два дня.

Следующий этап это изучение проб в лаборатории дает сведения о физико-механических свойствах всех типов отобранного грунта, о их гранулометрическом составе, а также прочностные показатели сжатию и плотность грунтов скального типа. Полный анализ образцов грунтовых и подземных вод предоставляет информацию о химическом составе воды, степень агрессивности к различным строительным материалам. Изучение образцов в лаборатории длится на протяжении 10-20 дней и является самым затяжным и догорим периодом проведения инженерно-геологических изысканий. В результате составляется детальный отчет с таблицами и диаграммами по результатам исследований.

Последним и самым важным этапом работ является камеральная обработка, которая длится порядка 10 дней. Данные, переданные из лаборатории, изучаются, анализируются и в результате составляется детальный отчет, который предоставляет все необходимые данные для строительства объекта. В состав отчета входит: полная информация о инженерно-геологических условиях места строительства объекта, особенности заложения типов грунтов на разных толщах, свойства грунтов, административное и геоморфологическое расположение участка, заключение и дополнительная информация в виде приложений (паспорта грунтов, сводные таблицы физико-механических характеристик грунта, химсостава подземных вод и коррозионной агрессивности грунтов, планы расположения пробуренных скважин, разрезы по скважинам).

Буровые установки

Работа инженерно-геологических буровых установок имеет некоторые отличия от стандартных бурового оборудования. Поскольку назначение пробуренных скважин может быть разное, такое оборудование должно быть подходящим для разных видов работ. К основным направлениям и необходимым требованиям относят следующие нюансы:

Практичность установки ─ исследования нередко проводятся не в самых простых условиях. Поэтому наличие ровной и прочной почвы для установки такого оборудования не всегда обеспечивается. Чтобы использовать буровые машины было максимально удобно и безопасно, они должны быть не слишком габаритными и иметь относительно не высокую массу

Так их будет легко монтировать и демонтировать, в зависимости от обстоятельств.
Прочность оборудования и отдельных узлов буровой установки ─ поскольку для выполнения поставленной задачи необходимо провести бурение прочных пород, важно, чтобы оборудование было к этому готово и такие препятствия не отразились на его работе. Например, если во время бурения головка штанги попадет на песчаник, то ее коронки могут несколько сточиться

Но наиболее ценным оборудование в таких установках считается двигатель. Поэтому, при повышении нагрузки на него, он не должен перегреваться или выходит из строя. Для этого такие узлы имеют двукратный запас прочности.
Многофункциональность ─ для получения качественных результатов бурения, специалистам необходимы образцы почвы и полезных ископаемых, которые, возможно, пролегают в том или ином горизонте. Для получения образцов грунта, штанги буровой установки выполняются полыми, чтобы в них оставались образцы, необходимые для изучения. Чтобы весь процесс бурения был качественен и безопасен, по буровой штанге должно подаваться масло или вода, для охлаждения металла, антиокислитель, пар, а также фильтры, которые фильтруют песок со скважины и частицы полезных ископаемых. Они тоже имеют большое значение при составлении отчета о геологии почвы.

Помимо этого, буровая установка должна иметь несколько входящих и отводящих патрубков. Они необходимы для подвода и вывода рабочих жидкостей из буровой штанги. После того, как исследователи получат необходимые образцы, через штангу заливают специальный раствор, который предотвращает окисление полезных ископаемых и изменение химического состава грунта.

Чтобы специалисты смогли получить образцы нужного качества, по которым можно было бы сразу сделать то или иное заключение, необходимо исключить смешивание грунтов ─ того, что на поверхности с тем, что в недрах земли. Для отделения образцов и защите от загрязнения их почвой с верхних слоев земли, используют специальные щитки, которые устанавливаются на месте бурения скважины. Они не позволяют земле с поверхности попасть в скважину и усложнить процесс исследования.

Подробно про оборудование для инженерно-геологических изысканий.

Разновидности буровых установок

Буровые установки имеют схожий принцип действия, но все же, имеются и отличия. В зависимости от места бурения скважины, предполагаемых прослоек породы, а также от необходимой глубины скважины, можно встретить самые разные установки. Они могут отличаться по следующим показателям:

• Мощностью ─ для малых глубин, средних и больших глубинных скважин;
• Самоходные или перевозимые установки;
• Перфораторного или исключительного бурового типа;
• Наличие и разновидность вспомогательного оборудования ─ лебедок, шкивов или скреперных блоков.

Существуют некоторые типы установок, которые имеют несколько режимов работы. Могут устанавливаться двухскоростной редуктор, который позволит вести работы при нужной скорости. Также на некоторых моделях имеется функция реверса. Благодаря ей, можно изменить направление вращения буровой штанги. Это нужно в тех случаях, когда головка штанги уперлась в прочную породу. Из-за возрастающего давления и крутящего момента, ее может попросту скрутить и она застрянет в породе. Используя реверс, штангу можно раскрутить в обратную сторону и поднять на поверхность.