Роторное и ударно-канатное бурение: чем различаются

Оба слова — роторное и ударно-канатное — время от времени всплывают в разговоре с подрядчиком, хотя заказчику обычно важно совсем другое: будет вода или нет. Разница между способами не абстрактная и не про то, какая технология «современнее». Она в том, какую породу каждый способ проходит лучше, с каким риском для будущего фильтра и с какой скоростью, — и решает здесь не мода на метод, а порода на конкретном участке.

Два принципа разрушения породы

Роторное бурение вращает долото на конце колонны бурильных труб: резцы или шарошки непрерывно скалывают и срезают породу, а разрушенный шлам выносится на поверхность потоком — глинистым раствором, водой или сжатым воздухом, — который прокачивают через колонну и поднимают обратно по затрубному пространству. Процесс идёт без остановок: вращение и вынос шлама происходят одновременно, скважина растёт непрерывно.

Ударно-канатное бурение устроено принципиально иначе. Тяжёлый снаряд — долото или стакан-желонка — раз за разом сбрасывают на забой на канате, и порода разрушается не резанием, а серией ударов, дробящих её на мелкие обломки. Раздробленную породу время от времени поднимают отдельно, желонкой, зачерпывающей размельчённый шлам со дна ствола. У метода нет постоянного потока промывочной жидкости: разрушение и подъём шлама — два разных, чередующихся действия, а не один непрерывный процесс. Это старейший из механизированных способов бурения на воду — именно с него исторически начиналась отрасль, — но возраст технологии сам по себе ничего не говорит о том, подходит она конкретному участку или нет.

Скорость и износ инструмента по породам

В рыхлых и умеренно плотных породах — суглинках, песках, трещиноватых угленосных толщах, характерных для большей части юга Кузбасса, — роторное бурение с промывкой или продувкой заметно быстрее: вращение и вынос шлама идут одновременно, а поток промывки сразу очищает забой от разрушенной породы, не давая инструменту «буксовать» в собственном шламе. В очень твёрдых монолитных породах или там, где встречаются крупные валуны и galька, картина меняется: резцы ротора изнашиваются быстрее, а на плотных прослоях скорость проходки заметно падает.

Ударно-канатный способ на тех же участках медленнее по самой своей природе — удар, подъём желонки, снова удар, — но у него другая сильная сторона: он не «застревает» на валунах и крупнообломочном материале так, как это может случиться с ротором, а раздробить их серией ударов — как раз то, для чего метод придуман изначально. Износ здесь приходится в основном на режущую кромку долота, которую проще заменить или заточить в полевых условиях, чем восстановить забитые шламом резцы ротора.

Качество вскрытия пласта и риск кольматации

Здесь у методов противоположные сильные и слабые стороны, и упрощать до «один способ лучше другого» было бы нечестно. При роторном бурении с глинистым раствором сам процесс неизбежно оставляет глинистую корку на стенках ствола и частично забивает поры породы прямо в зоне будущего фильтра — раствор для того и нужен, чтобы держать стенки и выносить шлам, но у этой пользы есть цена. Норматив прямо требует после такого бурения разглинизации до полного осветления воды (СП 31.13330.2021, п. 8.23) — без неё часть площади фильтра так и останется закупоренной на весь срок службы скважины; подробнее о том, почему этот шаг нельзя сокращать, — в статье что делают после бурения.

Ударно-канатное бурение в этом смысле честнее к пласту с самого начала: постоянного контакта водоносного горизонта с глинистым раствором нет, и рабочая площадь фильтра не рискует оказаться забитой буровой глиной, которую потом придётся вымывать. Это реальное преимущество метода, а не устаревший пережиток технологии — именно поэтому его рано списывать со счетов там, где чистота вскрытия пласта особенно важна. Уравновешивает картину то, что при роторном бурении без промывки — продувкой воздухом или всухую — риска глинистой кольматации нет вовсе, так что противопоставление здесь не «роторное против ударно-канатного» в целом, а конкретно «глинистый раствор против остальных способов очистки забоя». Продувка сжатым воздухом на практике сочетает быстроту ротора с тем же преимуществом, что у ударно-канатного способа: инородная жидкость в контакт с пластом не входит — но применима она не на любом разрезе, а там, где порода достаточно устойчива, чтобы держать стенки ствола без поддержки раствором.

Шнековое бурение и его границы

Отдельно стоит шнековое бурение — проходка вращающимся винтом без всякой промывочной жидкости, порода поднимается по его спиральным граням. У метода узкая, но чёткая область применения: он хорошо работает в связных породах выше уровня грунтовых вод — суглинках, глинах, — но перестаёт справляться, как только забой доходит до рыхлых обводнённых песков или гравия: стенки неустойчивого ствола начинают осыпаться внутрь быстрее, чем шнек успевает их проходить, и метод буксует. По этой причине шнековое бурение на практике редко используют как единственный способ пройти скважину на воду целиком — чаще им проходят верхний, неустойчивый интервал, а глубже, во вскрытом водоносном пласте, переходят на другую технологию.

Комбинация методов в одном стволе

На практике скважина не обязана проходиться от начала до конца одним способом — и часто не проходится. Типичная последовательность на неоднородном разрезе: верхний рыхлый интервал, где стенки ствола неустойчивы и могут обрушиться без крепления, проходят с одновременной обсадкой трубой (в том числе шнеком или роторным способом «взахлёст» с опускаемой следом колонной), а ниже, во вскрытой более твёрдой породе, переходят на технологию, которая эффективнее именно там. Смена метода посередине ствола — не признак того, что первый выбор был ошибочным, а обычная инженерная логика: у каждого интервала разреза своя оптимальная технология, и опытная бригада меняет способ там, где это оправдано геологией, а не держится одного метода из принципа.

Что применяют на юге Кузбасса и почему

Геология региона редко однородна на всю глубину одной скважины: сверху нередко лежат рыхлые породы, а ниже — трещиноватая угленосная толща или ещё более твёрдый карбонатный массив в южных районах (подробный разрез территории — в статье на какую глубину бурить на юге Кузбасса). Именно поэтому производители буровых установок, применяемых в регионе, изначально проектируют их многофункциональными — способными переходить между роторным способом с промывкой или продувкой, ударно-канатным и шнековым бурением на одной и той же базе, а не выбирать технологию раз и навсегда под конкретную установку.

Для типового частного участка на юге Кузбасса, где скважина проходит рыхлые наносы, а затем трещиноватую угленосную породу в пределах одной проходки, роторный способ с промывкой или продувкой на практике оказывается основным выбором: он быстрее на большей части разреза и не требует смены технологии на середине ствола. Ударно-канатное бурение сохраняет свою нишу там, где решающим оказывается именно чистое, без глинистого раствора, вскрытие пласта или где встречаются крупнообломочные включения, трудные для ротора, — но для типичного разреза региона это скорее частный случай, чем правило, а не потому, что метод устарел как таковой.

Технологию для конкретного участка в итоге определяет разрез, который покажет сама проходка, а не общее правило «что лучше». Поэтому вопрос заказчику стоит задавать не «а вы бурите ротором или ударно-канатным», а «почему именно этот способ подойдёт моему участку» — осмысленный ответ должен ссылаться на породу и глубину, а не на то, какая установка стоит на базе подрядчика. Как именно порода влияет на выбор конструкции — обсадной колонны, диаметра, материала — разобрано в статье какую обсадную трубу выбрать, а весь цикл работ от выезда инженера до паспорта скважины — в статье как проходит бурение скважины. Опыт бурения в трещиноватых угленосных породах отдельно разобран на примере Калтана: бурение скважины в Калтане. Какой конкретно метод и на какую технику стоит рассчитывать при заказе бурения скважины на воду, точнее всего скажет выезд инженера на участок.