Введение

Узкий ствол, пробуренный в земле.

Скважина – это узкий ствол, пробуренный в земле вертикально или горизонтально. Скважины могут создаваться для различных целей, включая извлечение воды (бурение водяных скважин и трубчатых скважин), других жидкостей (например, нефти) или газов (например, природного газа). Они также могут быть частью геотехнических изысканий, оценки состояния окружающей среды, разведки полезных ископаемых, измерения температуры, служить направляющим отверстием для установки свай или подземных коммуникаций, для геотермальных установок или для подземного хранения нежелательных веществ, например, в рамках технологий улавливания и хранения углерода.

Важность

Инженеры и экологические консультанты используют термин "буровая скважина" для обозначения всех типов отверстий, пробуренных в ходе геотехнических изысканий или экологической оценки участка (так называемая ЭКА фазы II). Это включает в себя скважины, пробуренные для отбора проб грунта, воды или керна горных пород, для установки оборудования для отбора проб in-situ, или для монтажа наблюдательных скважин или пьезометров. Пробы, отобранные из буровых скважин, часто исследуются в лаборатории для определения их физических свойств или оценки содержания различных химических компонентов или загрязняющих веществ. Обычно буровая скважина, используемая как водозаборная, заканчивается установкой вертикальной обсадной трубы и фильтра скважины для предотвращения обрушения стенок. Это также помогает избежать попадания поверхностных загрязнений в скважину и защищает установленный насос от попадания песка и осадка. Нефтяные и газовые скважины заканчиваются аналогичным образом, хотя обычно более сложным. Как подробно описано в контексте палеоклимата, измерения температуры в буровой скважине на различных глубинах могут быть эффективно "инвертированы" (с помощью математической формулы для решения матричного уравнения) для оценки исторических температур поверхности. Группы буровых скважин малого диаметра, оснащенные теплообменниками из пластиковой трубы PEX, могут использоваться для хранения тепла или холода между сезонами в массиве горных пород. Эта технология называется сезонным аккумулированием тепловой энергии. Породы, используемые для этой технологии, варьируются от гравия до коренных пород. Количество скважин может составлять от нескольких до нескольких сотен, а глубина в практике варьируется от 150 до 1000 футов.

История

Бурение скважин имеет давнюю историю. Уже к династии Хань (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.) китайцы использовали глубокое бурение для добычи полезных ископаемых и других проектов. Британский синолог и историк Майкл Лоув утверждает, что глубина буровых скважин могла достигать 600 м (2000 футов). К. С. Том описывает процесс бурения: "Китайский метод глубокого бурения заключался в том, что команда людей прыгала на бревно и с него, чтобы ударять по буровому долоту, в то время как буровой инструмент вращался с помощью буйволов и волов". Этот же метод использовался для добычи нефти в Калифорнии в 1860-х годах (так называемый "Kicking Her Down"). Бронзовый литейный завод Западной династии Хань, обнаруженный в Синьлун, провинция Хэбэй, располагался рядом с шахтами, глубина которых достигала 100 м (328 футов) с просторными выработочными участками; шахты и камеры были оборудованы деревянным каркасом, лестницами и железными инструментами. К I веку до н.э. китайские мастера научились отливать железные буровые долота, а бурильщики могли бурить скважины глубиной до 4800 футов (1500 м). К XI веку н.э. китайцы смогли бурить скважины глубиной до 3000 футов. Бурение скважин было трудоемким и длительным процессом. Поскольку глубина скважин варьировалась, бурение одной скважины могло занимать почти целое десятилетие. Лишь в XIX веке Европа и Запад смогли догнать и соперничать с древней китайской технологией бурения скважин. 27 августа 2012 года скважина Chayvo Z 44 получила звание самой длинной скважины в мире. Общая измеренная глубина Z 44 составляет 12 376 м (40 604 фута). Однако скважины с расширенным радиусом кривизны (ERD) менее глубоки, чем Кольская скважина, из-за значительного горизонтального отклонения. В июле 2023 года Китай начал бурение глубоких скважин: одна в Сычуаньской котловине, которая, как ожидается, достигнет глубины 10 520 метров (34 514 футов), и другая в Таримской котловине с запланированной глубиной 11 100 метров (36 417 футов).

Методология

Бурильщики могут пробурить скважину с помощью буровой установки или ручной буровой установки. Оборудование и технологии проходки скважины значительно различаются в зависимости от производителя, геологических условий и целевого назначения. Для морского бурения используются плавучие установки или платформы, опирающиеся на дно моря.

Методика ручного копания

Особенно в развивающихся странах многие скважины до сих пор выкапываются вручную. Копание начинается с ручного труда с использованием простых инструментов, таких как лопаты, кирки и монтировки. Рабочие извлекают грунт слой за слоем, часто используя круговые движения для создания отверстия правильной формы. Этот процесс медленный и требует больших усилий, а также командной работы и координации. Чтобы предотвратить обрушение стенок и обеспечить качество воды, скважину укрепляют обшивкой из кирпича, камня или бетонных колец. Это укрепление поддерживает структурную целостность скважины и помогает предотвратить загрязнение. На дне может быть установлена бетонная платформа или плита для предотвращения попадания осадка в воду. Верхняя часть скважины закрывается, чтобы защитить ее от мусора и загрязнения.