Роторное бурение скважин технология

Процесс бурения происходит поэтапно:

Роторное бурение: Обзор технологии бурения и необходимого оборудования

Если загородный дом невозможно подключить к центральному водоснабжению, необходимо организовать автономную систему. Большинство владельцев предпочитают организовывать ее на основе скважины, при обустройстве которой используются различные методы. Мы рассмотрим роторные скважины – очень перспективный, но пока малоизвестный вариант.

В этой статье мы подробно расскажем о тонкостях роторной технологии и используемых инструментах. Разобраны преимущества и недостатки этой методики и представлены способы ее применения на практике. Наши советы будут полезны внимательным владельцам частных участков, которые хотят контролировать работу бурильщиков.

Определение роторного бурения

Для начала давайте объясним, что такое роторное бурение и каковы его альтернативы? Одним из самых популярных методов забора воды на сегодняшний день является шнековое бурение.

Однако шнековая технология не способна пробить скальный грунт. Шнековое долото, используемое при шнековом бурении, не способно пробить известняк. Часто необходимо бурить через известняк, потому что нижележащие пласты не очень устойчивы и имеют недостаточную скорость потока.

Технология колонкового и шнекового бурения не позволяет проникать в пласты горных пород. Для известняка роторное бурение является более эффективным и экономически выгодным.

Технология вращательного бурения, которая ранее применялась только в горнодобывающей промышленности, сегодня используется для строительства частных водозаборов. Ее рабочим элементом является буровое долото на дне скважины. Буровое долото используется для разрушения связных и несвязных грунтов и дробления коренных пород.

Разрушенная порода извлекается с помощью жидкости, которая подается в забой либо через бурильную трубу, либо через кольцевой канал. Это 2 различных метода бурения, каждый из которых будет подробно рассмотрен ниже.

Диаметр бурового долота больше диаметра бурильной трубы, что позволяет добиться следующего

• Сниженное потребление энергии в течение всего процесса бурения (энергия здесь расходуется только на вращение с усилием бурового долота в забое, а потери на трение рабочей колонны о стенки скважины сведены к минимуму);
• Защита большинства частей бурильной трубы от повреждений, а стенок пробуренного отверстия – от повреждений;
• Создание больших буровых отверстий (например, диаметром до 70 см) на большой глубине.

Оборудование для вращательного бурения

Ротор – это сердце машины для одноименного метода бурения. Роторы различают в зависимости от мощности, статической нагрузки и диаметра отверстия в трубе. Роторы предназначены для стационарной или мобильной работы в вертикальной плоскости. Они предназначены для бурения скважин глубиной 100-1500 м и имеют грузоподъемность 10-500 т.

Помимо своего основного назначения (вращение инструмента), ротор служит в качестве удерживающего устройства для бурильных и обсадных труб во время работы и подъема. Ряд других механизмов и устройств обеспечивают движение инструмента для разрушения породы в горном массиве.

Установка вращательного бурения состоит из

1. Буровая установка – бурильные трубы размещаются на буровой установке и подвешиваются к ней. Конструкция имеет вид мачты на 1-2 опорах или рамы башенного типа на 4 точках опоры.
2. Поршневой буровой насос – используется для закачки бурового раствора в скважину. Он действует как часть комплекса оборудования для подготовки и очистки бурового раствора.
3. Вертлюг – через него буровой раствор из насоса поступает в бурильную трубу. Устройство крепится на крюке в верхней части буровой установки.
4. Система подъема с лебедкой и шкивами – позволяет опускать и поднимать колонну.
5. Лифт – используется для захвата и удержания труб.

Оборудование включает конические и алмазные буры, стропы, соединяющие подъемник с домкратом, различные адаптеры и грязевые насосы для откачки раствора. Промывка при вращательном бурении – прямая или обратная промывка глинистым раствором, водой.

Роторное бурение: преимущества и недостатки

Роторный способ добычи может быть не только вращательным, технология может сочетаться с ударным воздействием, с продувкой сжатым воздухом, со шнековым удалением бурового шлама.

Преимущества роторного бурения:

1. Скорость выше, чем при ударно-канатном бурении. Метод обратной промывки водой в рыхлых породах ускоряет проходку в 1,5-2 раза по сравнению с бурением с прямой закачкой раствора в ствол.
2. Универсальность – сменные долота способны проникать в мягкие почвы и твердые породы. Роторное бурение скважин позволяет достичь водоносного слоя на любой глубине.
3. Возможность бурения водяных скважин Ø1200-1500 мм. Для этого используется обратная промывка скважины.
4. Габариты и металлоемкость оборудования малы по сравнению с ударными буровыми установками.
5. Мобильность – оборудование размещается на мобильной платформе.

Роторное бурение на воду.

Роторный метод предпочтителен для водяных скважин, так как сочетает в себе преимущества всех методов вращательного бурения.

Недостатком этого метода является то, что использование глинистого раствора снижает дебит скважины и требует проведения мероприятий по восстановлению воды.

Стоимость выше, чем у других методов бурения, из-за необходимости использования чистой воды, глины и реагентов для производства раствора. Проблемы усугубляются зимой, когда требуется защита от низких температур.

Специфика колонкового бурения

Корончатое бурение – это механический роторный метод, при котором глинистый или компактный песчаный грунт извлекается в виде цилиндрического керна. Корончатый бур представляет собой толстостенную металлическую трубу.

В верхней части колонкового бура есть место для крепления штанг, необходимых для наращивания бурильной трубы. В нижней части находится буровое долото, тип которого зависит от типа почвы, в которой будет проводиться бурение.

Фотогалерея
Фото из

При колонковом бурении порода разрушается полой трубой, под которой находится режущее сверло.

Инструмент совершает возвратно-поступательное движение: прорезает почву корончатым сверлом, углубляется и удерживает вырезанную породу в полости трубы

Буровое долото с породой вытаскивают на поверхность и освобождают от грунта, ударяя кувалдой по стенкам трубы.

Корончатое бурение используется для бурения связных глинистых пород: глинистых песков с глинами и суглинков. Это бурение не держит рыхлые пески, водонасыщенные пески, гравий, гальку и т.д.

Сущность технологии отбора керна
Захват разрушенного грунта
Извлечение корончатого бура из грунта
Грунт для колонкового бурения

Во время колонкового бурения почва разрушается кольцевым корончатым сверлом. При этом внутренняя часть керна остается неповрежденной. Для облегчения процесса бурения в твердых и полутвердых глинах, суглинках и горных породах в забой подается промывочная жидкость.

Во время колонкового бурения грунт не разрушается, а "выбуривается" колонковым сверлом и захватывается колонковой трубой. Выбуренная порода поднимается на поверхность в виде керна – монолитного цилиндрического столба породы.

Взвешенная порода со дна скважины иногда удаляется с помощью промывки – закачки большого количества воды в ствол шахты. Чаще промывка заменяется пескоструйной обработкой с использованием сжатого воздуха, подаваемого компрессором внутри трубы. Этот тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1 000 м и диаметром от 8 до 20 см.

Особенности шнекового бурения

Этот вид бурения в настоящее время наиболее часто используется для бурения скважин на воду в частных домах. Главная особенность шнекового бурения заключается в том, что вынутая порода полностью удаляется из участка скважины без применения дополнительного оборудования. Этот метод похож на шнековое бурение, он позволяет бурить глубоко и одновременно удалять ненужный грунт.

Инструмент, используемый для бурения, называется шнеком. Он представляет собой металлический стержень с лопастями. Ввинчиваясь в землю, шнек разрушает породу, застрявшую на лопастях. Из-за своей специфической конструкции шнек не может быть использован для полной очистки поверхности. Поэтому он используется в основном для проникновения в верхний слой почвы.

Бурение шнеком – это быстрый и недорогой метод, не требующий резервуара для промывочной жидкости.

Шнековое бурение – относительно простой и недорогой процесс; его можно использовать для широкого спектра задач: разведочные скважины, обслуживание карстовых воронок, бурение скважин и, в меньшей степени, бурение на воду.

В настоящее время он широко применяется для бурения пучинистых скважин, которые не требуют забивания буровой иглы в твердый грунт, но облегчают процесс проходки скважины в ранее нарушенной породе.

Метод подходит для бурения водоносных скважин глубиной до 30 м в мягких и рыхлых грунтах и до 20 м в грунтах средней плотности. После изготовления шнека и обсадной трубы необходимо очистить скважину от нераскопанной породы с помощью шпоночного паза.

Шнек абсолютно не подходит для работы в скальных породах! Он используется для частично пробуренных скважин до 120 м, которые можно комбинировать со следующими методами: вращательное бурение, ударное бурение, колонковое бурение.

Обсадные трубы

После того как скважина пробурена, важно укрепить ее стенки. Грунт ненадежен и может сдвинуться, что негативно скажется на скважине.

Для предотвращения проседания грунта устанавливаются обсадные трубы. Это помогает предотвратить опускание грунта и препятствует проникновению воды. Первая опора называется кондуктором. Он устанавливается для перекрытия неустойчивых пород. Он устанавливается не ранее чем через 30 метров и не позднее чем через 600 метров. В случае нефтяной скважины обсадная труба устанавливается как можно ближе к поверхности.

Поскольку роторное бурение используется практически для любого типа грунта, при установке колонн рабочие руководствуются геологическими условиями. Иногда для укрепления забоя приходится использовать более одной колонны обсадных труб.

Обсадная труба с наименьшим диаметром опускается глубже остальных и называется эксплуатационной. Перфорация выполняется снизу; именно через эти отверстия будет поступать масса газа, воды или нефти.

Важность промывочной жидкости в буровых работах

Правильный выбор метода приготовления раствора для бурения вращательных скважин может значительно повысить эффективность процесса. Среди прочих, в данном виде работ используются следующие:

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

Также часто используется метод воздушной продувки. Если работы проводятся в местах с низким давлением в резервуаре, рабочие используют специальный газ. Промывка помогает избавиться от лишней грязи, предметов и осыпающихся камней, которые неизбежны в процессе бурения. Жидкость, попавшая на буровое долото, охлаждает его. Что продлевает срок службы инструмента.

Вращательное бурение происходит в три этапа:

1. Разрушение горных пород буровым долотом.
2. Подача воды для выноса измельченной породы. Этот процесс может быть либо обратной, либо прямой промывкой, в зависимости от глубины скважины, количества используемой воды и типа почвы. Метод прямой промывки популярен в частных домах.
3. Укрепление стенок новой скважины обсадными трубами.

Бурение скважины роторным методом – трудоемкий процесс, требующий учета многих факторов. Несмотря на это, метод считается достаточно эффективным и используется в самых разных условиях.