Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования — Стиль жизни

Цены

Если обобщить цены на оборудование, с помощью которого можно пробурить скважину, то стоимость будет большой — от 30 000 до 1 700 000 рублей:

Дороже всего обходятся самоходные буровые установки, поскольку это фактически автомобиль или трактор, снабжённые специфическим оборудованием.
Пневматические установки с гидравлическим приводом обойдутся будущему владельцу в сумму от 230 000 до 1 700 000 рублей.
Буровые не самоходные установки с электрическим и пневматическим приводом — от 45 000 до 500 000 рублей.
Установки для бурения мягких и средних пород могут обойтись в сумму от 70 000 до 140 000 рублей.
Мотобуры и бензобуры самый доступный вариант для скважин под воду. Цены варьируют в зависимости от мощности, рабочего объёма двигателя и диаметра шнека. Больше всего на цену влияет мощность двигателя. Купить мотобур или бензобур можно от 6200 до 94 500 рублей.

Роторные установки для бурения скважин

Роторная установка позволяет экономно распорядиться не только пространством, но и средствами. На выставочных экспозициях можно ознакомиться с образцами установок.

Данная установка дает 100% гарантии на бурение в грунте любой плотности. Но некоторые недостатки все-таки есть. Например, для работы на установке потребуется чистая вода и раствор глины. Да и в зимнее время бурение полностью исключено.

Для проработки грунта потребуется обсадочный трубопровод для подробной разведки водоносного слоя. Поэтому хоть технология и является перспективной и популярной, но назвать ее универсальной никак нельзя.

Технология роторного бурения скважин

Бурение скважин роторным способом – технология, которая широко распространена на производстве в нынешнее время. Во время процесса используется специальная бурильная труба, внутри которой находится вращающийся вал, названный долотом.

Скважины при роторном бурении имеют следующую конструкцию:

Шахтовое направление. Конструктивный элемент предназначен для закрепления устья скважины, предохраняет от размыва устья глинистым раствором. Шахтное направление указывает путь циркулирующему раствору. Состоит эта часть скважины из заранее вырытого шурфа, в который опускается труба длиной от 2 до 6 м. Эта труба позже цементируется;
Кондуктор. Служит для перекрытия водоносных горизонтов, которые не подлежат дальнейшей эксплуатации. Еще одна задача кондуктора – обеспечить вертикальность шахты. Приспособление длиной до 50 м опускается в шахты глубиной 500-1000 м. Для более мелких скважин кондуктор не применяется;
Техническая колонна. Такой конструктивный элемент может называться также промежуточной колонной. Для водных скважин применяется редко. Ее использование оправдано лишь в тех случаях, когда возникает необходимость перекрыть незакрепленные кондуктором или направлением водные горизонты;
Эксплуатационная колонна – основная часть водных скважин. Такие колонны, как правило, спускаются до водного горизонта, который эксплуатируется в данный момент;
Фильтр или колонна фильтрации. Устанавливаются ниже эксплуатационной колонны, если она установлена в кровле водоносного слоя. Если же она установлена на всю глубину шахты, то фильтр находится в ее нижней части.

Когда речь идет о роторном способе бурения шахты, то подразумевается работа вращающегося роторного механизма внутри скважины. Изредка допускается применение дополнительных приспособлений, которые можно устанавливать на ротор.

Принцип работы такой установки довольно прост: электродвигатель приводит в действие ротор, который, в свою очередь, передает вращательное движению рабочему механизму (долоту).

Стоит отметить, что совсем не обязательно использовать для бурения электродвигатель. Роторное бурение скважин – технология, которая позволяет применять газотурбированный агрегат для этих целей.

Такой способ бурения сопровождается последующей промывкой шахты и ее продувкой. Основная цель таких операций – сделать чистую скважину. Изначально отрывается небольшая часть плоскости, чтобы в нее можно было поместить кондуктор.

Как уже отмечалось выше, он препятствует обрушению нестойких горизонтов почвы. Только после этого можно приступать к промывке, которая осуществляется с помощью мощного потока воды, подаваемого компрессором.

Методы и приемы разработки скважин постоянно изменяются в связи с продвижением современных технологий. Роторное бурение скважин и прочие способы становятся более модернизированными, а скорость процесса неуклонно растет.

Бурение ударным способом

Ударный способ бурения самый простой по сравнению с двумя предыдущими. Собрать такую установку можно даже самому. Независимо от производителя, она состоит из:

треноги, которая устанавливается прямо над местом бурения;
ударного элемента – представляет собой заостренную трубу вестом до 80 кг;
гибкого металлического троса, к которому крепится груз;
лебедки для подъема и опускания груза.

Принцип действия установки понятен из названия. Лебедка резко опускает ударный элемент с высоты треноги, нанося удар о землю. Затем груз поднимается в исходное положение и снова опускается. Поскольку удар приходится каждый раз в одно и то же место, то грунт постепенно разрушается и образуется углубление.

Ударное бурение применяется не только для скважин, но и для формирования шпуров. Это цилиндрическое углубление в породе длинно до 5 м и диаметром до 75 мм.

Один из главных недостатков этого способа – риск преждевременного осыпания грунта. Поэтому после окончания работ в скважину обязательно спускаются обсадные трубы.

Еще один из минусов – это трудоемкость процесса. Поэтому в случае большой глубины залегания вод работы могут затянуться надолго.

К достоинствам ударного бурения относят:

возможность работы при отрицательных температурах;
большой объем разовой выемки почвы;
возможность разработать скважину большого диаметра;
небольшие затраты на проведение работ.

Технология роторного бурения скважин на выставке

Что еще можно увидеть на экспозиции «Нефтегаз», кроме оснащения для роторного бурения скважин.

На столь крупной экспозиции в ЦВК «Экспоцентр» демонстрируется современное оборудование для добычи, переработки и транспортировки газа и нефти, передовые технологии соответствующей индустрии.

Именно на этой площадке собираются представители ведущих компаний мира по производству различных приспособлений для нефтегазовой промышленности. Здесь специалисты презентуют новые разработки, достижения, а также обмениваются полезными сведениями, навыками и опытом между собой.

На экспозиционных стендах презентуется следующее оборудование:

Буровые сооружения (стационарные, передвижные, морские буровые механизмы);
Аппараты для ремонта скважин;
Разнообразные типы креплений для трубопроводов разных параметров;
Буровые лебедки, насосные блоки и другое вспомогательное приспособление;
Противовыбросовые устройства;
Фонтанная арматура;
Пульты регулирования.

Выставочный комплекс уже не первый год проводит данное мероприятие, посещаемо не только отечественными профессионалами, но и представителями зарубежных компаний.

«Экспоцентр» известен своими современными павильонами и многофункциональными залами, которые оснащены передовыми устройствами. Поэтому все образцы установок и аппаратов для нефтегазовой промышленности будут представлены на наивысшем уровне.

Прокачка скважины после буренияВиды бурения скважинБентонит для бурения скважин

Какое оборудование потребуется для бурения водной скважины

Сделать скважину на воду можно разными способами. Окончательный выбор зависит от нескольких факторов:

необходимой глубины;
диаметра скважины;
назначения;
свойств грунта, который прорабатывается в процессе.

Однако независимо от выбранного способа бурения, для организации скважины на воду потребуется основное буровое оборудование и дополнительный инструмент.

Основными частями любого бурового станка являются:

механизм подъема и опускания буровой колонны;
рабочий орган – сам бур с наконечником. Он будет разным для каждого вида бурения;
лебедка и система талей, которые отвечают за опускание обсадных и буровых труб;
некоторые установки оснащены циркуляционной системой для приготовления промывочных растворов.

К дополнительному инструменту относятся насосы, вертлюги, буровые шланги, стыковочные элементы для обсадных труб, детали для обустройства оголовка скважины, силовые приводы и моторы.

Буровой инструмент

К буровому инструменту для бурения скважин относится:

Буры. Их отличия определяются состоянием грунтов. Буры бывают: конусными, скальными, траверсными, короткошнековыми, шнеками телескопическими и т.д.
Труба бурильная. Это категория бесшовных металлических труб, предназначенных для производства геологического бурения. С их помощью осуществляется спуск и подъем инструмента, передача вращательного момента на резцы, создание осевой нагрузки на инструмент, транспортировка в буровую шахту раствора или сжатого воздуха.
Труба обсадная. Используют для предотвращения осыпания грунта после бурения скважины. Скважина может состоять из одной трубы или из целой колонны обсадных труб.
Устройства для подъёма и извлечения керна. Это устройство помогает выдавливать керн с грунтом. При разведочном бурении керн сохраняется как источник информации, при рабочем его выбрасывают.
Долото. Это инструменты, которым разрушают грунт при бурении скважины. Различают долота по характеру разрушающих воздействий: режущие, скалывающие, разрушающие и т.п.
Переходники. Предназначены для соединения труб. Прежде всего, они применяются при соединении бурильной трубы с колонковой трубой.
Вилки шнековые. Применяются для удержания шнека на устье скважины.
Фильтры. Являются обязательным элементом любой скважины на воду, кроме классического колодца.
Стаканы забивные. Используются при бурении скважин забивным способом в грунтах мягких и рыхлых.
Желонка. Это цилиндр с режущим башмаком и обратным клапаном внутри. Используется в том случае, если грунт рыхлый и мягкий, и есть необходимость очищать скважину от песка.
Буровая ложка. Применяется для работы с сыпучими грунтами. Это металлический цилиндр с продольной прорезью. В ней один край заточен как резак, другой завёрнут вовнутрь. Величина прорези формируется под структуру грунта.
Хомуты обсадных труб. Предназначены для захвата обсадной трубы или колонны труб и их перемещению по скважине. Состоят из двух частей, охватывающих поверхность трубы.

Часть инструментов носят универсальный характер и используются при всех видах бурения. Другие могут использоваться только в особых случаях. Чем больше скважина, тем сложней бурение, тем больше требуется инструментов. Перечислить все из них сложно.

Самоходные буровые установки

Это самые распространённые буровые установки. Из названия следует, что для их перемещения специальный транспорт не нужен. Установки передвигаются на базе грузовиков, гусеничных тракторов, вездеходов и даже катеров. Размеры самоходок зависят от назначения и глубины бурения.

Буровые установки на своём ходу выполняют следующие работы:

разведочное бурение при поиске запасов полезных ископаемых;
сооружение берегоукрепляющих объектов на реках, каналах, а также в портах;
буровые работы по устройству фундамента, заборов и др.;
бурение водных скважин для жилых домов, фермерских хозяйств и других объектов;
бурение крупных артезианских скважин.

Виды буровых самоходок

Самоходные буровые установки бывают гидравлическими, малогабаритными и колонкового бурения.

Установки гидравлические вручную не управляются. Для этих целей используется пульт, позволяющий автоматизировать процесс бурения. Работать на такой установке можно при любой погоде. Ещё один положительный момент: они не нуждаются в источнике электроэнергии. Питание происходит от автомобильного двигателя. Бурение обеспечивается тяжёлым буром, но при плотных грунтах бур может не справиться со своей задачей. Поэтому существует возможность увеличивать давление через гидроцилиндр.

Установки малых размеров используются для бурения скважин на глубину не более 100 м. Небольшие размеры позволяют монтировать в кузове легковой машины, например, пикапа. По характеру работ их делят на два типа: гидравлические и с электрическим двигателем. Буровые движения осуществляются с помощью электропривода, который управляет движениями троса. При этом установка перемещается вдоль мачты.

В установках колонкового бурения используется гидравлика. Сам буровой процесс проходит по кругу, как при резке теста для пельменей с помощью рюмки. При этом участок грунта в центре остаётся не тронутым. В случае бурения на воду такая установка применяется только для работ по прокладке трубу с небольшим диаметром. Установка способна формировать отверстия шириной до 60 мм и глубиной от 1200 м. Колонковое бурение проводиться в разном грунте и под любыми углами.

Плюсы и минусы

Преимущества:

для перемещения не нужно транспортное средство;
высокая проходимость установки;
достаточная скорость передвижения;
отсутствие необходимости проводить монтаж и демонтаж;
низкая себестоимость и высокая скорость работ;

Недостатки у самоходных буровых установок, конечно, тоже есть:

сложность бурения на большую глубину;
низкая мощность, что снижает возможности бурения твёрдых грунтов;
необходимость в обеспечении подъезда к месту бурения.

Бурение роторным способом

Роторные буровые станки чаще применяют для твердых почв с примесями гальки, щебня и известняка. Это мощная установка, которая способна разработать скважину глубиной от 300 м до 1500 м.

Роторный способ используют для мощных артезианских скважин при добычи воды (включая минеральную) и газа, а также при буровзрывных работах. Кроме того, этот же метод применим при горизонтально направленном бурении (ГНБ), который используется для прокладки коммуникаций бестраншейным способом.

Роторная установка имеет мощное долото на конце бура, которое по диаметру больше, чем диаметр колонны. В результате нет трения колонны о грунт, что увеличивает срок службы металла, а вся энергия машины идет на проворачивание долота в забое. Так достигается максимальная сила удара.

В начале бурения используют долото самого большого диаметра. По ходу разработки скважина обсаживается трубами и становится меньше в диаметре. В обсадных трубах предусмотрены технологические отверстия, через которые подается цементный раствор в затрубное пространство. Когда труба готова, долото меняют на меньший размер и продолжают работу.

Роторное бурильное оборудование включает в себя:

вышку, на которой закреплены бурильные трубы. Она устанавливается на четырех опорах в виде башни или в виде мачты на двух опорах;
буровой насос и оборудование для приготовления промывочного раствора;
вертлюг, через который раствор подается в колонну;
лебедку для подъема и спуска колонны;
элеватор для захвата и удержания труб.

Во время работы в скважину идет подача бурильной жидкости для промывки бура, выемки грунта и охлаждения долото.

К преимуществам роторного бурения относят:

универсальность – этот способ подходит для любого типа грунта и любой глубины залегания водоносного пласта;
мобильность, поскольку всё оборудование установлено на передвижной платформе;
габариты установки меньше, чем у ударного станка;
высокая скорость выработки.

Какое нужно буровое оборудование для бурения скважин на воду

Данный вопрос требует более глубокого рассмотрения, так как существует четыре основных способа бурения:

ударный;
шнековый;
роторный
с промывкой.

Каждый из них предполагает использования специально оборудования для бурения водоносной скважин.

Бурение ударным способом

В качестве основного инструмента для бурения скважины используется железная труба, к которой прикреплена желонка. Ударная часть – своего рода черпак, который выбирает на поверхность породу. Разрыхление подземных пластов производится ударами, когда трубу с желонкой, поднятую на высоту лебедкой отпускают под собственным весом в шурф.

Для выполнения работ потребуется:

тренога из металлопроката;
труба с желонкой;
трос с крюком и лебедкой;
комплект обсадных труб.

Процесс трудоемкий, а подвижность пластов требует быстроты.

Бурение шнековым способом

Способ подходит для грунтов с большим содержанием песка. В качестве бурильного оборудования для скважин небольшой глубины используется отруба, которую венчает резец. Вокруг стержень охватывают винтовые лопасти. Разрыхленная почва поднимается наружу по шнеку в результате вращения по принципу мясорубки.

Для выполнения работ потребуется специальная буровая шнековая установка, на которой закрепляются все необходимые элементы, оснащение, инструменты. Можно изготовить шнек самостоятельно из ледоруба, приварив к рабочей части Т-образную рукоять. Но так бурят абиссинский колодец, если грунт достаточно мягкий и рыхлый.

Бурение роторным способом

В качестве привода для бура используется гидравлическая или электрическая установка роторного типа, закрепленная на раме. На конце ударного инструмента находится долото из твердосплавного металла, которое разбивает породу.

Артезианские скважины бурятся иногда другим инструментом. Так, если почва глинистая, рыхлая, мягкая вместо него устанавливают ложковый бур. Это труба со спиралевидной нарезкой. Когда приходится работать с суглинками рабочим узлом является бур-змеевик. Работает по принципу штопора. Выбор зависит от типа грунта. Потребуется оснащение для промывки шурфа и запас воды.

Бурение с промывкой скважины

За один час работы можно пробурить более 13 метров. При этом водоносные пласты залегают на горизонте 40 метров. Этот метод применяется для бурения скважин на песок. Для выполнения работ необходимо организовать два контура подачи промывочной жидкости:

Прямая промывка. Промывочный раствор подается в шурф, вымывая породу. Отработанная жидкость вместе с размытым грунтом выбрасывается на поверхность.
Обратная промывка. Промывочный состав подается в выработанный шурф, чтобы вымыть почву. Жидкость откачивается на поверхность грязевым насосом.

Подача растворов производится по трубам и шлангам буровой установки. Технология предполагает, что подаваемая жидкость вымывает породу, охлаждает оборудование, а также способствует тому, чтобы обсадные трубы свободно размещались в шурфе.

Бурение шнековым способом

Этот способ подходит для мягких, песчаных почв и непригоден для монолитных скалистых пород. Шнековое бурение применяют как в промышленных масштабах, так и для частных хозяйств.

Буровое оборудование в данном случае представляет собой передвижное устройство с ручным или механизированным буром, закрепленным на регулируемую штангу.

Сам бур представляет собой трубу обвитую стальной лентой – шнек и заострённые наконечник. Отсюда и пошло название метода бурения – шнековый.

Особенностью этого вида является то, что порода поднимается на поверхность по ленте шнека, без использования специальной промывочной жидкости. Поэтому работать можно при низких температурах.

Разработка шнеком ведется в горизонтальном и вертикальном направлениях. Вертикальные скважины используют под сваи и для добычи воды. Обычно глубина разработки на воду составляет от 50 до 80 м.

Рабочий процесс выглядит следующим образом: первый проход делают на глубину одной штанги, затем выключают установку, поднимают и наращивают штангу, после продолжают бурение.

Несмотря на то, что охлаждение бура во время работы происходит от почвы, более эффективными считаются шнеки с полой центральной трубой. По ней посредством гидравлического насоса подают воду или воздух, тем самым уменьшая силу трения о грунт и ускоряя разработку.

Во время работы измельченный грунт поднимается по ленте шнека на поверхность. Но часть его все равно осыпается на дно забоя. Поэтому по завершении бурения требуется прочистка и промывка ствола перед установкой обсадных труб.

Кроме того, шнековое бурение иногда применяется для организации абиссинского колодца в частных домах. Здесь установка отличается небольшой мощностью и малым диаметром шнека, поскольку максимальная глубина такого колодца до 15 м, а диаметр трубы до 4 см.

Технологическая схема роторного бурение скважин

Роторное бурение скважин необходимо для организации автономного устройства системы водоснабжения участка. Такое бурение представляет собой разновидность технологии с вращением механизма.

Роторное вращение подразумевает движение внутри скважины. В некоторых ситуациях дополнительно к ротору используются насадные элементы. Но в целом принцип работы роторного двигателя довольно простой.

Электродвигатель вращает ротор через вал горизонтального направления, а ротор вращает рабочую часть, которая осуществляет бурение.

Двигатель не является обязательным элементом роторной установки, существует возможность бурения посредством газотурбинного аппарата.

Бурение роторным способом нуждается в промывке скважины впоследствии, также требуется продувка. Для начала необходимо добиться стабильности скважины, то есть работы без обрушения грунта, и только потом производится промывка.

Бурение роторным способом производится любым доступным способом: либо сжатым воздухом, либо напором воды. Воздух подают под высоким давлением с помощью компрессора.

Преимуществом роторного бурения является высокая скорость получения желаемого результата. Это одно из качеств, которое пользуется наибольшим спросом. В сравнении с ударной технологией преимуществ еще больше. Если сравнивать скорость, то ударная технология проигрывает в несколько раз.

К тому же роторная технология бурения дает больше возможностей для применения, а ударная имеет множество ограничений. Удобно использовать роторные установки и из-за небольших габаритов, они имеют небольшой вес, их можно легко перевозить, причем без заказа спецмашин для этих целей. Установка может быть размещена даже на небольшом участке открытого пространства.

Бурение с промывкой скважины

Промывка скважины применяется для двух целей: охлаждения бурового оборудования и вымывания частиц разрушенного грунта. В качестве жидкости может выступать, как техническая вода, так и специальные буровые растворы.

В основном растворы используют при большой глубине выработки, когда по ходу движения могут встречаться различные природные пласты: водные, газовые, нефтяные. Эти пласты должны остаться нетронутыми, поскольку в случае их смешивания, есть риск загрязнения верхних водоносных слоев. Поэтому, когда идет бурение, вся скважина заполнена буровым раствором определенной плотности, который не дает пластам проникнуть внутрь разработки.

При роторном бурении скважины применяют прямую и обратную подачу промывочной жидкости.

Во время прямой подачи жидкость из резервуара подается насосом в буровую колонну на долото с отверстиями. Жидкость попадает на дно забоя и вместе с разрушенной почвой поднимается по кольцевому каналу – промежутку между колонной и стенками скважины – и оттуда в очистительный комплекс.

Во время обратной подачи вода самотеком поступает в скважину, а выбрасывается наверх по бурильной трубе под действием сильного обратного давления, создаваемого насосом или эрлифтом.

Второй способ считается более эффективным по нескольким причинам:

Высокая скорость бурения. Насос в этом случае отсасывает жидкость из забоя, а не вдавливает её;
скважина лучше очищается, ведь насос откачивает с жидкостью весь шлам;
в качестве жидкости можно использовать обычную воду, поскольку не нужно никаких добавок для размыва частиц грунта.

К минусам обратной очистки можно отнести высокую стоимость оборудования.

Источник: ledsshop.ru