Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования

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:

Габариты. Вся конструкция для роторного бурения занимает мало места.
Возможность перевозки оборудования. Благодаря небольшим размерам установку можно размещать на специальных платформах для дальнейшего перемещения.
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.
Быстрота. Благодаря особенностям бурения вращательным способом производительность труда намного выше, чем ударным методом.

Но имеются и некоторые недостатки. Проблемы могут возникать следующие:

Когда почва промерзает, это препятствует бурению роторным методом. В таком случае лучше всего воспользоваться ударной методикой, которая подходит и для работ в зимних условиях.
Глинистость раствора. Она провоцирует появление трудностей во время изучения слоев.
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:

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.
Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
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.

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:

Роторный способ бурения нефтяных скважин

Роторное бурение скважин представляет собой один из видов вращательного бурения. Суть заключается в том, что породоразрушающий инструмент, расположенный внутри скважины, приводится в действие за счет электродвигателя или газотурбинного оборудования.

Роторное бурение наиболее распространенный метод, так как достаточно эффективен и прост в применении. Чаще всего он используется для бурения разведочных и эксплуатационных нефтяных скважин, однако, за счет компактности, применяется и для создания скважин с водой на частных участках

Технология роторного бурения впервые была применена в США в начале 1880-х годов, и с тех пор претерпевала незначительные изменения, положительно сказавшихся на её эффективности. В частности, совершенствовались породоразрушающие инструменты, изобретались новые промывочные жидкости, повышалась прочность отдельных элементов. Кроме того, совершенствовалась и сама технология бурения, за счет чего данный метод и является сейчас одним из основных способов создания забоя и почти полностью заменил стандартный ударный метод. Обо всем, что нужно знать о роторном способе бурения – далее в статье.

Оборудование для роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту, нефтяная, газовая или любая другая скважина требует довольно внушительного списка оборудования. Без любой из этих частей работа установки невозможна. В перечень элементов, необходимых для осуществления роторного бурения, входит:

вышка;
буровая установка;
ротор;
буровые поршневые насосы;
вертлюг;
талевая система;
система очистки жидкостью.

Вертлюг – это элемент, через который промывочная жидкость попадает в колонну. Он подвешен на один крюк талевой системы. Кроме этого, в неё входит кроноблок и блок.

Система очистки промывочной жидкостью также состоит из ряда элементов:

Роторный способ бурения скважин часто требует мобильности конструкции, поэтому её часто размещают на специальных платформах.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Бурение скважин роторным методом очень распространенно. Он имеет огромное количество преимуществ перед стандартным ударным способом:

Скорость. Бурение роторным способом производится значительно быстрее ударного.
Универсальность. Спектр применения метода гораздо шире, так как за счет применения различных долот можно работать с разными видами грунтов.
Размер. Вся установка занимает относительно немного места в отличие от конструкций для ударного метода.
Мобильность. За счет малых габаритов, установку можно разместить на подвижной платформе.

Вращательное роторное бурение скважин, тем не менее, имеет и некоторые ограничения.

Так, в зависимости от грунта и пород, следует подбирать соответствующие долота.

Наличие очень твердых объектов на пути пролегания скважины может стать помехой, если не использовать специальное породоразрушающее оборудование.

Кроме этого, проблему представляет:

Глинистый раствор. Он нередко вызывает проблемы при исследовании пластов, а также не всегда является рентабельным в некоторых случаях.
Невозможность работы в зимнее время. Промерзлый грунт является серьезным препятствием для бурения роторным способом.
Мощность установки. Она напрямую зависит от ротора, который является уязвимым элементом системы.

В условиях промерзлых почв, предпочтительным вариантом является ударная методика. Разумеется, нефтяная или любая другая скважина будет буриться дольше, однако в итоге желаемый результат будет получен.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

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.

Обсадные трубы

Разумеется, нельзя просто пробурить скважину и оставить её без малейших укрепляющих конструкций. Грунт – довольно неустойчивая субстанция, способная менять свое положение. Именно поэтому риск обрушения забоя довольно велик.

Чтобы этого не произошло, на некотором расстоянии от поверхности в бурении делается перерыв, во время которого устанавливается обсадная колонна. За счет неё исключается осыпание стенок или же завала пробуренного пути, а также препятствует проникновению воды. Самая первая колонна часто называется кондуктором и она позволяет осуществить перекрытие неустойчивых пород, тем самым придавая надежности пробуренной скважины.

Как правило, такую колону ставят не ранее отметки 30 м, и не позже отметки 600 м. Если скважина нефтяная, то обсадные конструкции устанавливаются с как можно меньшим расстоянием до поверхности.

Роторный способ бурения применяется для многих типов грунта, потому, при установке колон приходится ориентироваться на текущие геологические условия. Так, иногда возникает необходимость использовать сразу нескольких обсадных колон для повышения надежности забоя. Чем меньше диаметр трубы, тем глубже она опускается. Очевидно, что самая небольшая по диаметру будет находиться глубже всех остальных.

Наиболее глубокая колонна – эксплуатационная, перфорируется снизу. Через эти отверстия нефтяная, газовая или водяная масса в неё и поступает.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Бурение скважин вращательным роторным способом можно сделать эффективнее, если использовать подходящий метод промывки. На данный момент в качестве жидкости применяются:

полимерные растворы;
аэрированные растворы;
нефтяные эмульсии;
вода.

Также применяется продувка воздухом. В случае, если работы планируются на участках с низким пластовым давлением, используется специальный газ.

С помощью промывки забой не только избавляется от лишних примесей, осыпавшихся пород и крупных предметов.

Роторное бурение скважин – это довольно трудоемкий процесс, требующий учета многих факторов. Тем не менее, он является одним из самых эффективных методов и широко применяется в самых разных условиях.

Роторная буровая установка

Особенности технологии роторного бурения скважин

Огромное количество владельцев своих участков задумываются о децентрализованном независимом водоснабжении. В этом есть смысл не только потому, что собственная система водоснабжения позволяет избегать всех проблем централизованной, но и потому, что по трубам государственных предприятий водоснабжения течет вода, которую тяжело назвать экологически приемлемой.

Установка роторного бурения на базе грузового автомобиля

Определенные проблемы создания своей собственной системы водоснабжения возникают на этапе выбора технологии бурения.

1 Какие особенности технологии роторного бурения?

Роторное бурение скважин это технология, подходящая в том случае, когда необходимо получение большого объема наиболее экологически чистой воды, со стабильной, долговечной работой всей системы. В таких условиях роторный способ бурения находится вне конкуренции.

В целом, роторные буровые установки при их эксплуатации имеют следующие преимущества перед аналогами:

Добыча воды в большом объеме;
Ротор-бурение имеет длительный срок эксплуатации;
Большие объемы воды поставляются стабильно, без перебоев и проблем;
Высокое качество добываемой воды.

Роторы буровых установок способны добывать из источника такое количество воды, что ее хватит не только на водоснабжение дома, но и на наполнение различных резервуаров (таких, как бассейн), полив и на нужды еще пары-тройки других зданий. Благодаря этому можно находиться с соседями в условиях кооперации, тем самым не затрачивая колоссальные деньги на обустройство водозабора.

Технология роторного бурения зарекомендовала себя как долговечную и стабильную. Соблюдая все инструкции по работе с роторной системой бурения, и эксплуатации пластиковых труб в ее конструкции, пользователь может быть уверен в том, что срок эксплуатации такой системы будет не менее двух десятков лет.

При необходимости бурения глубоких скважин на воду обычно применяют ротор-бурение. Механизм работы такой системы выглядит так: в бурильную трубу загружают вращающийся вал, который имеет прочный наконечник — долото (например, долото PDC). Нагрузка на долото достигается работой гидравлической установки.

Благодаря данному механизму работы можно достигнуть любой глубины скважины для добычи воды. Промывают скважину от находящегося в ней грунта специальным бурильным раствором, который по трубам подается двумя различными способами:

Закачивается с помощью специального насоса в бурильную трубу, а затем самотеком попадает наружу через затрубное пространство (так называемая «прямая промывка»);
Раствор самотеком проходит в затрубное пространство, а потом с помощью насоса выкачивается вместе с грунтом из бурильной трубы (так называемая «обратная промывка»).

Ротор-бурение такими методами используют даже на нефтяных скважинах.

При этом обратная промывка хороша тем, что благодаря ней добывается больший дебит скважины, потому как водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно. Впрочем, без привлечения сложнейшего и высокотехнологичного оборудования при таком методе работы не обойтись, и такое ротор-бурение выйдет весьма затратным по деньгам.

Ротор-бурение прямой промывкой несколько дешевле первого варианта, и именно поэтому для большинства владельцев своих участков данных метод наиболее приемлем и адекватен в ценовом вопросе.
к меню ↑

1.1 Оборудование для проведения работ

Оборудование, которое применяется при роторном бурении, включает следующие компоненты:

Вышка;
Буровая установка и привод к ней;
Ротор;
Поршневые насосы;
Буровой вертлюг;
Талевая система из кроноблока;
Система очистки специальными жидкостями;
Вибросито;
Желоб;
Гидроциклоны (необходимые наиболее часто для нефтяных скважин).

Важно отметить, что существуют не только стационарные роторные установки (такие, как на нефтяных скважинных добычах). Существуют и передвижные версии, что оборудованы специальной платформой, крепящейся на прицепе.

Компактная буровая установка роторного бурения

При этом в передвижной версии присутствуют всё перечисленное оборудование кроме системы жидкостной очистки. Благодаря данному варианту роторной установки, обладающей маневренностью и способностью изменять свое положение в кратчайшие сроки, можно сэкономить деньги на этапе выбора необходимой скважины.
к меню ↑

2 Этапы и нюансы применения технологии

Ротор-бурение имеет два варианта произведения водозабора:

С прямым водотоком;
С обратной подачей (обратный водоток).

Первый способ применяется в песчаных, скальных и текучих грунтах, имеющих глубину залегания водоносных горизонтов не более 500 метров.

При данной системе водозабора промывочный раствор проходит по отстойнику к шлангам, а затем попадает в забой. Раствор с выработанной породой движется под давлением между внутренней поверхностью источника и трубами для бурения вверх, и, в конечном счете, попадает в отстойник.

Промывочный раствор изготавливается из глиняных или клеящих веществ. Они должны быть наиболее близки по плотности к той породе, которую ротор буровой установки подвергает разрушению. Такая система применяется и при нефтяных добычах из скважин.

Ротор-бурение работает по принципу раздробления породы в области вращения оси устройства, при этом создается большая вертикальная нагрузка под массой бурового снаряда. На начальных этапах используют долото большого размера, работа которого обеспечивает ротором, что в свою очередь работает за счет двигателя.

Рабочая часть — долото

После завершения бурения устанавливается стальная обсадная труба. Далее используют долото меньших размеров, и, соответственно, меньших размеров обсадную трубу. Такое бурение продолжается вплоть до водоносного слоя. На нефтяных скважинах использую похожий алгоритм работы.

Роторные буровые установки в работе с прямым водотоком имеют неоспоримое преимущество в том, что вся работа делается без крепления скважины вплоть до сотни метров. Впрочем, из-за этого в водоносные слои время от времени может попадать глина, что, в конечном счете, скажется на производительности пробуренного источника.

Ротор-бурение с обратной подачей имеет похожую схему работы. Для данного вида бурения промывочным раствором делают обыкновенную чистую воду. Вода закачивается в пространство между стенками водозабора и установленной буровой колонной.

Далее вода через долото, имеющие специальное отверстие, с помощью насоса поднимается по трубам колонны и закачивается в отстойник. Добыча воды из необходимой скважины производится вращательным глубинным насосом. Преимущества данного метода следующие:

Ротор-бурение такого вида осуществляется в 10-15 раз быстрее, чем при прямой промывке;
Водоносный пласт не подвергается глинизации;
Необходимо небольшое количество обсадных труб;
Управляемые параметры скважин: можно создавать как большого диаметра скважины, так и маленького;
Роторы буровых установок по такому методу могут работать на нефтяных скважинах.

Рекомендуется использовать роторные буровые установки в местах с хорошо изученной гидрогеологией.
к меню ↑

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

К достоинствам относится следующее:

Габариты. Вся конструкция для роторного бурения занимает мало места.
Возможность перевозки оборудования. Благодаря небольшим размерам установку можно размещать на специальных платформах для дальнейшего перемещения.
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.
Быстрота. Благодаря особенностям бурения вращательным способом производительность труда намного выше, чем ударным методом.

Но имеются и некоторые недостатки. Проблемы могут возникать следующие:

Когда почва промерзает, это препятствует бурению роторным методом. В таком случае лучше всего воспользоваться ударной методикой, которая подходит и для работ в зимних условиях.
Глинистость раствора. Она провоцирует появление трудностей во время изучения слоев.
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.

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.

Роторное бурение скважин

В настоящее время существует несколько методов бурения скважин, в зависимости от целей и почвы, на которой оно производится.

Роторное бурение скважин наиболее распространено. Именно роторное бурение дает возможность самого долгого использования скважин впоследствии, как показывает многолетний опыт.

Узнать об этом способе бурения рекомендуется каждому начинающему бурильщику, тому, кто собрался устроить скважину на своем участке.

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.

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.

Стоимость работ роторного бурения скважин

Затраты на роторное бурение будут включать в себя не только стоимость работ, но и дополнительные расходы. Способ нельзя назвать дорогим, но он и не самый дешевый из возможных.

В затратные статьи включают:

покупку фильтров воды (глубокой очистки), причем может понадобиться далеко не один, в зависимости от местности,
приобретение труб (металлические, пропиленовые или пластиковые),
материалы для подготовки площадки под скважину,
расходы на перевозку роторной установки (достаточно полугрузового авто).

Нюансы и сложности роторного бурения скважин

Следует учесть некоторые моменты, которые важны для роторного бурения. Например, произвести бурение в известняковых породах можно только мощной, а следовательно, более крупной установкой, что увеличит транспортные расходы.

Модели больших роторных установок можно увидеть в залах выставочной экспозиции.

В процессе работ могут возникнуть сложности с заклиниванием керна. Поэтому при подготовке скважины нужна постоянная подача воды, чтобы очистить рабочие детали от загрязнений.

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.

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.

Точка J

Обзоры и рейтинги статьи

Способы бурения скважин: колонковое, роторное, шнековое

Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения. Рыхлые и насыщенные водой грунты извлекают с помощью желонки. Для проходки по глинистым и скальным породам используют способы бурения скважин, основанные на вращательном принципе.

В работе задействованы механизмы, позволяющие производить разработку грунтов различных типов и на разную глубину.

Виды буровых способов
Специфика колонкового бурения
- Используемое оборудование и инструменты
- Технология колонкового бурения
- Веские достоинства и недостатки
Особенности шнекового бурения
- Задействованное оборудование и инструменты
- Технология шнекового бурения
- Плюсы и минусы применения шнека
Характеристика роторного бурения
- Применяемое оборудование и инструменты
- Своеобразие роторной технологии
- Достоинства и недостатки роторного бурения
Какой способ бурения выбрать?
Выводы и полезное видео по теме

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

геологоразведка полезных ископаемых;
бурение разведочных скважин;
устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
колонковая труба;
труба для отвода шлама;
штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
трубу освобождают от выбуренной породы;
опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.