Роторное бурение скважин на воду
Teplotehnika33.ru

Отопление и водоснабжение

Роторное бурение скважин на воду

Скважина на воду способом роторного бурения

Обеспечение загородного участка водой является одной из первоочередных задач после его приобретения. Она необходима для садово – огородных нужд, большое количество воды идет на строительство, да и собственное бытовое потребление живительной влаги требует немалого количество качественной воды. Проблема обостряется, если недоступны ненавязчивые услуги местного водоканала.

Одним из гарантированных способов получить действительно качественную питьевую воду является роторное бурение скважин на воду с глубинных артезианских водоносных горизонтов.

Особенности технологии бурения

1 – долото, 2 – муфта для крепления бурового инструмента, 3 – буровая колонна, 4 – поток шлама, 5 – резервная емкость с водой, 6 – ротор, 7 – грязевой насос, 8 – шламоотвод, 9 – емкость для воды, 10 – шлам из скважины в отстойнике, 11 – перегородка шламоотстойника, 12 – питающий подвод воды в скважину

Способ роторного бурения характерен применением большого количества воды, которая используется для:

  1. Охлаждения инструмента в процессе его работы;
  2. Размягчения грунта.
  3. Выноса продуктов бурения (шлама) из рабочего пространства ствола.

Для улучшения процесса проходки вместо воды применяют глинистые растворы, более интенсивно охлаждающие инструмент и обладающие смазывающими свойствами. При бурении стволов на воду глинистые растворы проникают в трещины и капилляры водоносного слоя, препятствуя поступлению природной жидкости в скважину, этот процесс получил название «глинизации». Для устранения этого явления применяется длительная промывка водоносного слоя с целью восстановления дебета водозаборного устройства.

Роторное бурение с обратной промывкой (рис.1) предусматривает использование чистой воды, подаваемой в ствол скважины, а вынос продуктов рыхления производится по каналу бурильной колонны с применением грязевого насоса или эрлифтной системы (продувка сжатым воздухом).

Инструмент для производства работ

Данный вид бурения как способ проходки, основанное на измельчении проходимых грунтов, требует применения специального инструмента.

Рис.2. Грунторазрушающий инструмент для роторного бурения скважин

Основа процесса – вращения ротора под воздействием буровой колонны с осевой нагрузкой, определяемой характеристиками грунтов. По средним и тяжелым слоям применяются долота с твердосплавными вставками, а по скальным – с алмазными коронками, позволяющими достаточно легко проходить слои твердых известняков и более тяжелые скальные грунты.

Конструкция скважин

Основным показателем, определяющим конструктивные особенности водозаборного устройства, являются характеристики грунтов в месте установки скважины. Поэтому роторное бурение предполагает обязательную тщательную геологоразведку перед началом работ.

Чаще всего такой способ предусматривает получение водозабора стандартной конструкции, то есть:

  • шахтное направление, предназначаемое для укрепления устья ствола при размывке его глинистым раствором. Длина направления составляет от 2-х до 6-ти метров и выполняется из труб увеличенного диаметра в зависимости от несущих способностей грунтов верхнего слоя;
  • установка кондуктора – его назначение – изолировать ствол от воздействия проходимых водоносных слоев, эксплуатация которых не предусмотрена проектом водозаборного устройства. Длина кондуктора не превышает 50 метров;
  • монтаж колонны промежуточного бурения;
  • установка эксплуатационной колонны;
  • монтаж фильтра водозабора.

Такой способ бурения с использованием глинистых растворов приводит к заполнению пор и трещин водоносного слоя глиной, значительно снижающей дебет водозабора. В таких случаях применяется технология разглинизации, состоящая в промывке чистой водой, что затратно по времени и требует большого количества жидкости. Поэтому роторное бурение скважин на воду чаще предполагает обратный способ промывки чистой водой с отводом шлама через буровую колонну.

Особенности проходки по различным грунтам

Роторное бурение позволяют с большой скоростью проходить практически любые виды грунтов. Однако такой способ встречает значительные препятствия в виде галечно – валунных слоев, поскольку они поглощают значительное количество промывочной жидкости. Поэтому тщательная геологоразведка мест бурения обязательна.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Такой способ строительства водозабора является наиболее производительным и позволяет за несколько дней выполнить его на глубину артезианских водоносных слоев.

Технология вращательного бурения позволяет выполнять скважины не только в вертикальном направлении, но и горизонтально, а также под углом с выходом в заранее намеченном месте.

Установка для роторного бурения компактна, часто ее располагают на шасси грузовых автомобилей, что обеспечивает ее применение в стесненных условиях загородного участка. Выпускаются также ручные буровые установки, перевозимые даже в салоне легкового автомобиля.

Рис.4. Мобильная установка для роторного бурения

Высокая скорость роторного процесса позволяет выполнить артезианский водозабор на участке буквально за несколько дней в нужном месте. Это возможно даже на участках с окремненными известняками, какие весьма распространены во многих местах Подмосковья. Никакой другой способ бурения глубинных стволов не дает подобных результатов.

С глубин от 70 метров можно получить действительно экологически чистую воду, и никакие внешние условия не будут этому препятствием. А роторный метод позволяет выполнять шурфы глубиной 500 и более метров.

При роторном способе происходит качественное вскрытие водоносного слоя, что обеспечивает ее высокий дебет и долговечность. Применение обсадки ствола, а тем более двойной обсадки с трубами из ПВХ определяет жизненный цикл скважины не менее, чем в 80 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • необходимость получения разрешения на строительство артезианского водозабора, что предусматривает дополнительные расходы времени и денег;
  • при бурении на известняк применение глинистого раствора неизбежно, что предусматривает дополнительные затраты на разглинизацию;

Дополнительная информация

Решение о строительстве артезианского водозабора подразумевает получение разрешения на создание такого объекта, а по окончании работ исполнитель должен оформить на нее технический паспорт, в котором указываются основные данные водозаборного устройства:

  1. Глубина.
  2. Статический уровень.
  3. Динамический уровень.
  4. Дебет.
  5. Характеристика водозаборного слоя.

Паспорт скважины должен предъявляться по первому требованию водоохранных организаций.

Не лишне также напомнить о необходимости проверить добытую воду на химанализ. Отбор образцов жидкости нужно произвести в стеклянную тару, желательно от минеральной воды. Сдавать образцы на анализ нужно в химлабораторию водоканала.

Выводы

Роторный способ – один из новых методов выполнения стволов на воду, пришедший из нефтегазоразведки и занявший достойное место среди испытанных способов выполнения водозаборов.

Скважина на воду способом роторного бурения: особенности технологии, принцип осуществления работ

Роторное бурение в большинстве случаев используют в целях разведки. Кроме того, благодаря небольшим габаритам установки, способ задействован для получения скважин на воду и нефть.

Оборудование для роторного бурения скважин

Хотя скважина (для газа, воды, нефти и пр.) является простой в эксплуатации, для нее требуется много комплектующих.

Роторный тип бурения подразумевает наличие следующих составляющих конструкции:

  • вышка;
  • роторный механизм;
  • установка для бура;
  • насосы-поршни;
  • вертлюг;
  • талевое устройство;
  • устройство очистки растворами.

Последнее предполагает следующие детали: вибросит, желоба, гидроциклоны. Вертлюг – это механизм, через который состав для промывания проникает в колонну. Он подвешивается на 1 крюк талевого механизма.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Среди бурильных методов водозаборных скважин роторный способ считается одним из популярных. Такая методика распространена по всему миру.

К достоинствам относится следующее:

  1. Габариты. Вся конструкция для роторного бурения занимает мало места.
  2. Возможность перевозки оборудования. Благодаря небольшим размерам установку можно размещать на специальных платформах для дальнейшего перемещения.
  3. Универсальность. Роторный тип бурения можно применять при более широком спектре условий, чем ударную технологию, поскольку возможно использование многих насадок. За счет этого получится обрабатывать любые типы грунтовых слоев.
  4. Быстрота. Благодаря особенностям бурения вращательным способом производительность труда намного выше, чем ударным методом.

Но имеются и некоторые недостатки. Проблемы могут возникать следующие:

  1. Когда почва промерзает, это препятствует бурению роторным методом. В таком случае лучше всего воспользоваться ударной методикой, которая подходит и для работ в зимних условиях.
  2. Глинистость раствора. Она провоцирует появление трудностей во время изучения слоев.
  3. Изменение мощности. Значение зависит от показателей ротора, достаточно уязвимой детали во всей конструкции.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Роторный механизм начинает работать от приводящего вала, который передает вращательный импульс от электрического мотора. Иногда применяют стандартный двигатель. Само вращение проиходит от главных вкладышей, в разрезе они полностью схожи с верхними трубами. При этом по форме могут отличаться.

Между ними и оборудованием для разрушения породы устанавливают утяжеленные конструкции бурильного типа. Они обладают большой массой, которая действует на долото, обеспечивая тем самым необходимую нагрузку для функционирования устройства.

Верхняя область системы прикрепляется к вертлюгу. По данному устройству транспортируется жидкость для промывания. Она проникает в забой через специальные насадки и требуется для поддержания функционирования всей системы.

Поднятие и опускание выполняется свечами. Это несколько труб. Их длина составляет 25-50 м. За счет нагрузки, которая осуществляется благодаря дополнительным деталям, пласты разрушаются под действием долота. Благодаря тому что жидкость подается регулярно, инструмент успевает остывать. Одновременно с этим из забоя вымывается шлак. После очищения жидкость применяется снова.

Обсадные трубы

Почва представляет собой неустойчивую массу, которая может менять собственное положение в любой момент. Поэтому риск того, что забой обрушится, высокий.

Чтобы такой ситуации не возникало, на небольшой дистанции от поверхности при проведении бурения делают остановку и устанавливают специальную обсадную трубу (колонна). Она предотвращает осыпание, не допускает завала и попадания жидкости. Первую колонну называют кондуктором. Он предназначен, чтобы перекрывать собой нестойкие породы, благодаря чему сделанная скважина становится надежнее.

Стандартно подобную колонну устанавливают на 30 м в глубину. Когда планируется скважина для добычи нефти, то обсадное устройство ставят на минимальной дистанции от поверхности.

Такой вариант бурения подходит для многих разновидностей почвы, т.к. установка колонн осуществляется с учетом геологической ситуации. Иногда бывают случаи, когда требуется одновременно поставить несколько обсадных колонн, чтобы повысить надежность забоя. При этом трубы с меньшим диаметром можно опускать глубже.

Читать еще:  Как подключить гидроаккумулятор к скважине

Самой глубокой колонной является эксплуатационная. Она перфорирована снизу, имеет специальные отверстия.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Для промывания при таком виде работ можно применять следующие составы:

  • растворы аэрированные;
  • полимерные;
  • воду;
  • эмульсию нефтяного типа.

Есть и вариант с продуванием воздухом. Если работы осуществляются на зонах, где давление слоев низкое, то применяют специальный газ.

Благодаря промыванию забоев не только устраняются лишние примеси, но и убираются частицы породы, различные крупные объекты. Дополнительно охлаждается долото, благодаря чему период эксплуатации инструментов для разрушения породы увеличивается.

Роторная буровая установка

Роторные бурильные установки выпускают различные компании. Пользуется популярностью продукция от китайского бренда XCMG. Изделия отличаются тем, что их можно применять практически в любых работах строительного типа.

К преимуществам относится доступная стоимость и широкая функциональность. Установки для бурения являются мобильными. Независимо от модели, они компактные, имеют современный внешний вид. Обслуживать их просто, можно осуществлять работы как на мягком черноземном либо песчаном грунте, так и на более твердых породах, и даже на замерзшей почве. Установки производителя представлены такими моделями, как XCMG XR200, XCMG XR280C, XCMG XR S1050. Они отличаются как размерами и массой, так и техническими показателями (крутящий момент, глубина сверления и т.п.).

Еще популярными являются буровые роторные установки Sany. Производителем тоже является Китай. Эти устройства комфортные в использовании и маневренные. Они обладают множеством дополнительных опций. Цены на продукцию приемлемые. Есть отдельные серии бурильных установок на гусеничном ходу. Подобные машины предназначаются для проведения работ по разработке скальных пород. Наиболее популярными моделями производителя являются SANY SR128, SANY SR220C, SANY SR300 и др.

Буровые установки от немецкой компании BAUER тоже зарекомендовали себя с положительной стороны. Производитель разработал широкий модельный ряд. Есть устройства со стандартной комплектацией и дополнительными опциями. Модели удобные и маневренные при работе, содержат как стационарные роторы, так и варианты на гусеничном ходу, что расширяет сферу их применения. Среди популярных установок такие, как BAUER BG20H BT 60, BAUER MBG-12, BAUER BG-30 и др.

При выборе оборудования необходимо учитывать, для чего оно приобретается и в каких условиях планируется его использование. Например, при частном строительстве, обустройстве скважины на воду, нет необходимости покупать дорогую установку, обладающую высокой мощностью и хорошими техническими показателями.

Как выполняется роторное бурение скважин на воду

Здесь вы узнаете:

Роторное бурение скважин — распространённый способ, при котором усилие на рабочую колонну подаётся с роторного вращателя. Роторные буровые установки могут быть как стационарными, так и мобильными.

Что такое роторное бурение скважин

Для начала разберем, что вообще из себя представляет роторное бурение скважин и каковы его альтернативы? Одним из самых привычных способов устройства водозаборной выработки пока признают шнековое бурение.

Однако шнековая технология не позволяет пройти скальные коренные породы. Применяемый в шнековом бурении винтовой бур не способен разрушить известняк. А ведь нередко бывает, что нужно забуриться именно в него, т.к. вышележащие слои не отличаются стабильным и достаточным для эксплуатации дебитом.


Колонковая и шнековая буровая технология не предоставляет возможность пройти скальные горные породы. В случае устройства скважины на известняк эффективней и экономичней использовать роторный метод бурения

Потому роторная технология, используемая ранее только в горнодобывающей отрасли, и стала внедряться в сферу устройства частных водозаборных сооружений. Ее рабочим элементом является находящееся в забойной части скважины долото. С помощью долота разрушаются связные и несвязные грунты, дробятся скальные коренные породы.

Выемка же разрушенной горной породы осуществляется с помощью жидкости, которая подается к забою через рабочую колонну или же затрубное пространство. Это 2 разных способа бурения, каждый из которых будет подробно рассмотрен далее.

Диаметр долота превышает диаметр рабочей колонны, что позволяет:

  • сократить энергозатраты на весь процесс бурения (мощность здесь расходуются непосредственно только на проворачивание с усилием долота в забое, а потери на трение рабочей колонны о стенки скважины сводятся к минимуму);
  • предохранить большую часть элементов рабочей колонны от повреждений, а также стенок пробуренной скважины от разрушения;
  • создавать внушительные по диаметру скважины (к примеру, до 70 см) при крайне внушительных глубинах.

Таким способом можно формировать водоносные скважины, глубиной в 300 и более метров, т.е. бурить водозаборные выработки для снабжения водой дачных массивов и поселков.

Итак, определение: бурение по роторному принципу – это такой способ разработки скважины, при котором усилие на долото в забое передается от роторного вращателя через рабочую колонну. Ее собирают из штанг – узких стальных труб, которые присоединяются последовательно друг к другу по мене углубления в землю.

А вот в расчистке ствола выработки и забоя от шлама применяется поданная под напором вода. Благодаря такому решению постоянно разбирать и собирать буровую колонну для извлечения керна как в колонковом бурении не нужно.

Нагнетаемая в выработку жидкость сразу решает две важные задачи: освобождает путь буровому снаряду для производства дальнейших работ и производит промывку скважины, необходимую для подготовки водозабора к эксплуатации.

Когда применяется метод

Бурение роторным способом используется когда разрабатываются полускальные и скальные грунты для устройства скважин глубиной до ста пятидесяти метров. Для успешного бурения скал необходимо правильно подобрать бурильный инструмент – долото и утяжеленные трубы. По словам специалистов, для эффективной работы роторное бурение следует применять, если соблюдаются такие условия:

  • Изучение гидрогеологического разреза участка проведено достаточно подробно.
  • Известно, что почва состоит из скальных пород.
  • Есть данные об уровне залегания водоносной жилы.
  • Имеется хороший напор подземной воды.
  • Есть возможность постоянной доставки промывочной жидкости.

Кроме того, следует учитывать, что условия южных районов позволяют проводить буровые работы круглогодично, а в северных областях работы ограничены температурными показателями внешней среды, при которых замерзает жидкость для промывки.

Плюсы и минусы метода

Среди бурильных методов водозаборных скважин роторный способ считается одним из популярных. Такая методика распространена по всему миру.

К достоинствам относится следующее:

  1. Габариты. Вся конструкция для роторного бурения занимает мало места.
  2. Возможность перевозки оборудования. Благодаря небольшим размерам установку можно размещать на специальных платформах для дальнейшего перемещения.
  3. Универсальность. Роторный тип бурения можно применять при более широком спектре условий, чем ударную технологию, поскольку возможно использование многих насадок. За счет этого получится обрабатывать любые типы грунтовых слоев.
  4. Быстрота. Благодаря особенностям бурения вращательным способом производительность труда намного выше, чем ударным методом.

Но имеются и некоторые недостатки. Проблемы могут возникать следующие:

  1. Когда почва промерзает, это препятствует бурению роторным методом. В таком случае лучше всего воспользоваться ударной методикой, которая подходит и для работ в зимних условиях.
  2. Глинистость раствора. Она провоцирует появление трудностей во время изучения слоев.
  3. Изменение мощности. Значение зависит от показателей ротора, достаточно уязвимой детали во всей конструкции.

Оборудование для роторного бурения скважин

Ротор является основным механизмом станка для одноименного метода бурения. Вращатели различают по мощности, статической нагрузке, диаметру отверстия под колонну из труб. По конструкции роторы бывают неподвижными или перемещающимися в вертикальной плоскости. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 100-1500 м, выдерживают нагрузку 10-500 т.

Кроме основного предназначения (вращения инструмента), ротор служит удерживающим устройством бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций. Еще ряд механизмов и устройств обеспечивают продвижение породоразрушающего снаряда в горный массив.

В состав роторной буровой установки входят:

  1. Вышка — на ней размещаются и подвешиваются бурильные трубы. Сооружение устраивается в виде мачты на 1-2 опорах или каркаса башенного типа на 4 опорных точках.
  2. Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
  3. Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
  4. Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
  5. Элеватор — с его помощью производятся захват и удержание труб.

В состав оборудования входят долота шарошечные и алмазные, стропы для присоединения элеватора к талевому блоку, переходники различных типов, грязевые насосы для откачки пульпы. Промывка при роторном бурении — прямая или обратная с применением глинистого раствора, воды.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту технологии, принцип работы роторного оборудования довольно сложен. Сам ротор приводится в действие за счет приводного вала, который передает вращение от электродвигателя. Иногда используется двигатель внутреннего сгорания.

Само вращение принимают ведущие вкладыши ведущих вкладышей. Их сечение полностью аналогично сечению верхней рабочей трубы, которое по своей форме может быть абсолютно разным.

Основой для бурильной колонны являются специальные трубы. Именно между ними и породоразрушающим инструментом монтируются УБТ – утяжелённые бурильные трубы. За счет их огромного веса на долото оказывается достаточная для эффективной работы нагрузка.

Верхняя часть рабочей трубы подсоединяется к вертлюгу. По этой системе подается промывочная жидкость, которая попадает на забой через насадки долота – она нужна для поддержания работоспособности всей роторной бурильной установки.

Читать еще:  Как обустроить скважину на даче своими руками

Подъем или спуск обеспечивают свечи – несколько бурильных труб с длиной от 25 до 50 метров. Под действием нагрузки, которую обеспечивают утяжеленные бурильные трубы, долото и разрушает породу. За счет регулярно поступающей жидкости инструмент охлаждается, а параллельно с этим забой прочищается от шлама. Жидкость используют повторно после её очистки.

Роторная буровая установка в работе (видео)

Особенности технологии роторного бурения скважин

Процесс бурения организован так, что из-за вымывания слоя почвы из шахты буровая колонна с каждым движением углубляется все ниже. Периодически ее необходимо наращивать добавлением других труб.

Процесс бурения выполняется ступенчато:

  • Пройдя первые рыхлые слои грунта, колонну поднимают, а в шахту опускают обсадную трубу.
  • Зазор по кругу заполняют раствором цемента.
  • После застывания цемента в шахту подают долото с меньшим диаметром, и работа продолжается дальше.

Таких аналогичных шагов может выполняться несколько, а затем в шахту опускается перфорированная на конце эксплуатационная труба. В зависимости от качества почвенного пласта и глубины выбирают количество и массу труб, вид долота, скорость его вращения и материал кромок, давление промывочной жидкости. Специфика такова:

  • Легкие породные пласты проходят с максимальной скоростью и наибольшей промывкой.
  • Скалистые почвы требуют пониженной частоты и уменьшенного давления жидкости.

Помешать работам могут грунтовые твердые включения – валуны – на пути ротора, который может заклинило, или почвы, активно поглощающие промывку. Также замедляет процесс нехватка воды в месте проведения работ и наличие большого глинистого слоя. Глина, смешиваясь с водой, закупоривает водяное русло и требует дополнительной тщательной промывки.

Смена породоразрушающего инструмента

Несмотря на тщательно просчитанную геометрию лопастей и армирование твёрдыми сплавами, долото буровое всегда будет самым изнашиваемым инструментом роторной буровой установки. Его регулярная замена — неотъемлемая составляющая рабочего процесса. Для этих целей используются так называемые «свечи» — блоки из нескольких труб. В зависимости от высоты буровой вышки и глубины скважины, длина свечи может варьироваться от 20 до 50 м. С целью упростить свинчивание, трубы оснащают замками с конической резьбой.

Обсадные трубы

Пересекаемые скважиной породы частично укрепляются за счет применения глинистого раствора, но полноценное предотвращение осыпания стенок выработки достигается их обсадкой стальными трубами. Закончив бурение в заданном интервале, проходку скважины приостанавливают для монтажа обсадной колонны. Ближайшая к поверхности часть конструкции называется кондуктором.

При укреплении стенок выработки придерживаются следующих правил:

  • диаметр обсадной трубы должен быть меньше сечения выработки: колонна опускается в скважину свободно;
  • глубина, начиная с которой делают перерыв в бурении для установки обсадной крепи, находится в пределах 30-600 м;
  • стенки водозаборных выработок обсаживают цельнотянутыми трубами длиной 6-13 м, для изготовления кондуктора используют сварные стояки Ø426-478 мм;
  • затрубное пространство заполняется цементной тампонажной смесью.

В сложных геологических условиях устанавливают несколько обсадных колонн разного диаметра. Трубы меньшего размера располагаются в глубоких горизонтах.

Особенность нижнего звена конструкции заключается в том, что эта труба является эксплуатационной и перфорируется для проникновения воды внутрь колонны.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Жидкие среды, используемые для бурения, укрепляют стенки выработки в рыхлых породах, удерживают буровой шлам во взвеси, не давая ему осаждаться, и выносят его на поверхность, не загрязняют подземную воду. Трение колонны о стенки скважины и охлаждение долота, способствование разрушению породы на забое — это тоже функции промывки.

В качестве буровых растворов применяются следующие жидкости:

    Вода техническая. Применяется при строительстве водозабора в устойчивых породах и песках, где статический уровень жидкости ≥3 м. Диаметр скважин

Роторное бурение скважин: технология, принцип работы и особенности

Одним из наиболее широко применяемых методов создания эксплуатационных и разведывательных скважин для воды является роторное бурение. Оно обеспечивается передачей вращательных движений с поверхностного ротора на колонну-бур.

Роторное бурение отличается тем, что у него отсутствует осевое усилие, создаваемое приводом. В ходе процесса осуществляется промывка выработки (забоя) от породных отходов с помощью воды и специальных растворов. Рассмотрим способ подробнее.

Историческая справка

Роторное бурение используется уже более ста сорока лет. Технологию этого способа пробивания скважин впервые применили в Соединенных Штатах Америки в начале восьмидесятых годов девятнадцатого столетия. С того времени он практически не изменился за исключением мелких новаций, которые привели к большей эффективности. Изменения коснулись породоразрушающих инструментов – они совершенствовались, создавались новые жидкие среды для промыва скважин, усиливалась прочность частей механизма.

Роторное бурение скважин – это один из видов бурения методом вращения. Принцип таков, что инструмент для разрушения породы, располагаясь внутри скважины, работает от усилия, передаваемого ему электродвигателем или газотурбинным оборудованием. Этот метод достаточно простой и эффективный. С его помощью бурят эксплуатационные нефтяные и разведочные скважины. Компактные размеры установки позволяют применять ее на частной земле для создания водяных скважин.

Способы бурения

В настоящее время бурение скважин для воды осуществляется породоразрушающими методами с применением специальных механизмов. Подача грунта наверх может осуществляться двумя способами:

  • С помощью механизмов – сухой метод.
  • Струей воды под большим напором либо самотеком – гидравлический.

В общем случае механическое бурение проводится одним из трех способов:

  • Вращательное роторное бурение – почва бурится вращательными движениями.
  • Ударное – грунт разрушается ударами бурового снаряда.
  • Вибрационное – почва разбивается колебаниями высоких частот.

Первый метод является самым применяемым в силу своей простоты, дешевизны и одновременно производительности.

Когда применяется метод

Бурение роторным способом используется когда разрабатываются полускальные и скальные грунты для устройства скважин глубиной до ста пятидесяти метров. Для успешного бурения скал необходимо правильно подобрать бурильный инструмент – долото и утяжеленные трубы. По словам специалистов, для эффективной работы роторное бурение следует применять, если соблюдаются такие условия:

  • Изучение гидрогеологического разреза участка проведено достаточно подробно.
  • Известно, что почва состоит из скальных пород.
  • Есть данные об уровне залегания водоносной жилы.
  • Имеется хороший напор подземной воды.
  • Есть возможность постоянной доставки промывочной жидкости.

Кроме того, следует учитывать, что условия южных районов позволяют проводить буровые работы круглогодично, а в северных областях работы ограничены температурными показателями внешней среды, при которых замерзает жидкость для промывки.

Оборудование для бурения скважин

Технология роторного бурения предусматривает использование специальных установок – смонтированных на основе самоходного транспорта или стационарных. И те, и другие должны иметь следующие комплектующие:

  • Двигатель.
  • Вышку.
  • Привод.
  • Вертлюг – систему, подающую жидкость в забой.
  • Бурильную колонну.
  • Ротор.
  • Поршневой насос.
  • Подъемный механизм, включающий блок и кроноблок.
  • Напорную магистраль
  • Систему возврата и очистки жидкости, содержащую гидроциклоны, желоб и вибросито.

Преимущества и недостатки метода

Роторный способ бурения скважин имеет ряд преимуществ перед другими методами. Среди них нужно отметить следующие:

  • По производительности превышает остальные: в пять раз – ударный и в десять – вибрационный способ.
  • Имеет высокую скорость выполнения работ.
  • За счет применения разнообразных съемных долот может применяться на грунтах различной сложности.
  • Установка имеет компактные размеры, поэтому может функционировать в ограниченном пространстве.
  • За счет возможности расположения на платформе агрегат вполне мобилен.
  • Дает возможность бурения глубоких скважин и забора воды из трещиноватого известняка.
  • Метод обладает хорошими качествами вскрытия водоноса.
  • Позволяет устраивать скважины до двухсот сантиметров в диаметре.

Наряду с такими преимуществами роторное управляемое бурение имеет следующие минусы:

  • Необходимо обязательно учитывать тип почв, чтобы подобрать правильное долото.
  • Наличие супертвердых частиц породы на пути может быть преградой, требующей применения более разрушающих механизмов.
  • Помехой может выступить глинистая почва.
  • Серьезное препятствие для проведения буровых работ – мерзлая земля.
  • Мощность зависит от установленного в данный момент ротора.
  • Необходимость постоянного наличия большого количества жидкости для промывки.

Несмотря на определенные минусы, плюсов у этого метода значительно больше.

Принцип действия роторных установок

Роторное бурение скважин выполняется специальной установкой – рамной или решетчатой вышкой, закрепленной на платформе. К ней крепятся все остальные системы, позволяющие поднимать и опускать бурильную колонну профилированной формы. Такая колонна собирается из нескольких труб, соединяемых разборными муфтами.

Двигательной силой является электродвигатель автомобиля или отдельный генератор, который через приводной вал и зубчатую передачу передает вращение от колонны ротору. Вращаясь, ротор приводит в действие долото, которое рабочими краями в скважине разрушает почвенный слой. Диапазон поворотов может регулироваться. Кромки долота могут быть алмазными, композитными или твердосплавными. Их форма может варьироваться.

Выработанный слой грунта прямой или обратной промывкой вытесняется из шахты самотеком либо под давлением с применением насосных установок. После промывки скважины в нее устанавливаются обсадные трубы. Посредством вертлюга и пустотелых труб бурильной колонны к долоту поступает жидкость для промывки, размывающая почву под долотом. Через зазор между трубами и стволом жидкость выносит грунт наружу. На поверхности через специальные фильтры жидкость собирается и очищается, чтобы ее снова можно было пустить в работу с помощью поршневых насосов.

Читать еще:  Как раскачать скважину на глине?

Особенности технологии роторного бурения скважин

Процесс бурения организован так, что из-за вымывания слоя почвы из шахты буровая колонна с каждым движением углубляется все ниже. Периодически ее необходимо наращивать добавлением других труб.

Процесс бурения выполняется ступенчато:

  • Пройдя первые рыхлые слои грунта, колонну поднимают, а в шахту опускают обсадную трубу.
  • Зазор по кругу заполняют раствором цемента.
  • После застывания цемента в шахту подают долото с меньшим диаметром, и работа продолжается дальше.

Таких аналогичных шагов может выполняться несколько, а затем в шахту опускается перфорированная на конце эксплуатационная труба. В зависимости от качества почвенного пласта и глубины выбирают количество и массу труб, вид долота, скорость его вращения и материал кромок, давление промывочной жидкости. Специфика такова:

  • Легкие породные пласты проходят с максимальной скоростью и наибольшей промывкой.
  • Скалистые почвы требуют пониженной частоты и уменьшенного давления жидкости.

Помешать работам могут грунтовые твердые включения – валуны – на пути ротора, который может заклинило, или почвы, активно поглощающие промывку. Также замедляет процесс нехватка воды в месте проведения работ и наличие большого глинистого слоя. Глина, смешиваясь с водой, закупоривает водяное русло и требует дополнительной тщательной промывки.

Обсадные трубы

После бурения скважины важно укрепить ее стенки. Грунт является ненадежным и может сместиться, что негативно отразится на забое.

Чтобы земная порода не обвалилась, устанавливается обсадная колонна. Она помогает предотвратить обсыпание грунта и препятствует просачиванию воды. Первую колонну называют «кондуктором». Она монтируется для перекрытия неустойчивых пород. Установка происходит на расстоянии не раньше отметки в 30 метров и не позже 600 метров. Для нефтяной скважины колонна ставится на расстоянии, максимально приближенном к поверхности.

Поскольку роторное бурение применяется практически для любых типов грунта, то в процессе установки колонн рабочие ориентируются на геологические условия. Иногда приходится использовать несколько обсадных колонн, чтобы укрепить забой.

Наименьшая по диаметру из них опускается глубже, чем остальные и называется – эксплуатационная. Перфорация производится снизу, именно через эти отверстия масса газа, воды или нефти будет в нее поступать.

Значение промывочной жидкости в буровых работах

Правильно подобранный метод промывки при роторном бурении скважины может значительно повысить эффективность процесса. В работах такого типа применяются:

  • Полимерные растворы.
  • Нефтяные эмульсии.
  • Аэрированные растворы.
  • Вода.

Также широко распространено применение метода продувки воздухом. Если работы проводятся на участках с низким пластовым давлением, то рабочие применяют особый газ. Промывка помогает избавиться от лишних примесей и предметов, осыпавшихся пород, что неизбежно в процессе бурения. Жидкость, попавшая на долото, охлаждает его. Что продлевает срок службы инструмента.

Роторное бурение скважин происходит в три этапа:

  1. Разрушение земных пород с применением долота.
  2. Запуск воды для выноса разрушенной породы. Процесс может производиться как обратной, так и прямой промывкой, все зависит от глубины скважины, объема используемой воды и типа грунта. В частных хозяйствах пользуется популярностью метод прямой промывки.
  3. Укрепление стенок новой скважины с помощью обсадных труб.

Бурение скважин роторным способом является трудоемким процессом, при проведении которого необходимо учитывать множество факторов. Несмотря на это, он считается достаточно эффективным и применяется в различных условиях.

Скважина на воду способом роторного бурения: особенности технологии, принцип осуществления работ

Ротором в технике называют подвижную часть механизма, передающую энергию вращения на рабочий инструмент. Процесс, при котором круговое оборачивание снаряда совмещается с осевым давлением на поверхность массива, называется роторное бурение. Таким способом проходят выработки различного назначения, включая скважины на воду.

Роторное бурение скважины на воду.

Оборудование для роторного бурения скважин

Ротор является основным механизмом станка для одноименного метода бурения. Вращатели различают по мощности, статической нагрузке, диаметру отверстия под колонну из труб. По конструкции роторы бывают неподвижными или перемещающимися в вертикальной плоскости. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 100-1500 м, выдерживают нагрузку 10-500 т.

Кроме основного предназначения (вращения инструмента), ротор служит удерживающим устройством бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций. Еще ряд механизмов и устройств обеспечивают продвижение породоразрушающего снаряда в горный массив.

В состав роторной буровой установки входят:

  1. Вышка — на ней размещаются и подвешиваются бурильные трубы. Сооружение устраивается в виде мачты на 1-2 опорах или каркаса башенного типа на 4 опорных точках.
  2. Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
  3. Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
  4. Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
  5. Элеватор — с его помощью производятся захват и удержание труб.

В состав оборудования входят долота шарошечные и алмазные, стропы для присоединения элеватора к талевому блоку, переходники различных типов, грязевые насосы для откачки пульпы. Промывка при роторном бурении — прямая или обратная с применением глинистого раствора, воды.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Вращательный способ проходки выработок бывает не только роторным, эта технология может сочетаться с ударным воздействием, с продувкой сжатым воздухом, удалением грунтового бурового шлама через шнек.

Преимущества проходки скважин с применением ротора:

  1. Скорость выше, чем при ударном разрушении. Способ обратной промывки выработки водой в рыхлых породах ускоряет проходку в 1,5-2 раза по сравнению с бурением с прямой подачей раствора в скважину.
  2. Универсальность — сменные долота способны разрушать мягкие грунты и твердые горные породы. Роторная проходка скважины позволяет достичь водоносного пласта на любой глубине.
  3. Возможность бурения водозаборных выработок Ø1200-1500 мм. Для этого применяется обратная промывка ствола.
  4. Габариты и металлоемкость станка невелики по сравнению с ударно-канатными буровыми машинами.
  5. Мобильность — оборудование размещается на передвижной платформе.

Роторное бурение скважины на воду.

Роторный метод для водозаборных скважин является предпочтительным, поскольку он объединяет достоинства всех вращательных способов бурения.

Недостатки этого способа заключаются в том, что применение глинистого раствора снижает дебит скважины, требует мероприятий по восстановлению водоотдачи.

Стоимость работ выше, чем при других способах бурения, вследствие необходимости подвоза чистой воды, глины и реагентов для приготовления раствора. Проблемы обостряются зимой, когда требуется защита от низких температур.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Проходка выработки для водозабора непрерывным вращением бурового снаряда заключается в разрушении горных пород на забое скважины долотом, присоединенным к колонне, вращающейся вокруг оси ствола ротором. Удаление шлама и охлаждение режущего инструмента осуществляются жидкостью или сжатым воздухом.

Порядок работы оборудования:

  1. Вращатель приводится в действие двигателем электрическим или внутреннего сгорания.
  2. Усилие от вала принимают ведущие вкладыши, расположенные по контуру верхней рабочей трубы, они же передают крутящий момент на колонну.
  3. Давление разрушающего инструмента на забой передается по звеньям сборки. За счет массы конструкции создается нагрузка, достаточная для резания породы.
  4. Буровой шлам удаляется из скважины промывочной жидкостью, которая одновременно охлаждает дробящий инструмент. Раствор после очистки используется вновь.

По мере износа долота его заменяют новым, для этого колонна по секциям извлекается из выработки. Длина свечи, вытаскиваемой за один прием, зависит от высоты подвески кронблока и составляет 25-50 м.

Схема роторного бурение скважины.

Обсадные трубы

Пересекаемые скважиной породы частично укрепляются за счет применения глинистого раствора, но полноценное предотвращение осыпания стенок выработки достигается их обсадкой стальными трубами. Закончив бурение в заданном интервале, проходку скважины приостанавливают для монтажа обсадной колонны. Ближайшая к поверхности часть конструкции называется кондуктором.

При укреплении стенок выработки придерживаются следующих правил:

  • диаметр обсадной трубы должен быть меньше сечения выработки: колонна опускается в скважину свободно;
  • глубина, начиная с которой делают перерыв в бурении для установки обсадной крепи, находится в пределах 30-600 м;
  • стенки водозаборных выработок обсаживают цельнотянутыми трубами длиной 6-13 м, для изготовления кондуктора используют сварные стояки Ø426-478 мм;
  • затрубное пространство заполняется цементной тампонажной смесью.

В сложных геологических условиях устанавливают несколько обсадных колонн разного диаметра. Трубы меньшего размера располагаются в глубоких горизонтах.

Особенность нижнего звена конструкции заключается в том, что эта труба является эксплуатационной и перфорируется для проникновения воды внутрь колонны.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Жидкие среды, используемые для бурения, укрепляют стенки выработки в рыхлых породах, удерживают буровой шлам во взвеси, не давая ему осаждаться, и выносят его на поверхность, не загрязняют подземную воду. Трение колонны о стенки скважины и охлаждение долота, способствование разрушению породы на забое — это тоже функции промывки.

В качестве буровых растворов применяются следующие жидкости:

    Вода техническая. Применяется при строительстве водозабора в устойчивых породах и песках, где статический уровень жидкости ≥3 м. Диаметр скважин

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector