Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования

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.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Роторное бурение обладает высокой скоростью вращения, то есть быстрым проникновением в породу. Так, скважина на несколько сотен метров может быть пробурена в течение всего лишь нескольких дней.

Ударно-канатный метод бурения является более дешевым, однако уступает вращательному методу по времени создания скважины. К достоинству ударно-канатного метода можно отнести то, что при нем используется более простое оборудование, которому не нужен мощный источник электроэнергии.

В процессе ударного бурения используется сила гравитации, а потому он может осуществляться лишь вертикально. Вращательное же бурение способно вестись как в вертикальной, горизонтальной, так и наклонной плоскостях. При этом если бурение имеет горизонтальный характер, при наличии особого механизма бур способен совершать движения по криволинейной траектории, выходя на поверхность в точке, которая задается заранее.

Установка для роторного буровая обладает достаточно маленькими, компактными размерами. Ее детали совершают только вращательные движения, а не возвратно-поступательные при большой амплитуде, как при ударном способе. Такое качество делает этот метод особенно удобным, так как позволяет применять ручные роторные буровые установки, легко перевозимые на легковом автомобиле.

Для каждого геологического слоя, можно выбирать соответствующее ему буровое долото (к примеру, очень твердые породы бурятся алмазным наконечником). Быстрая скорость роторного бурения предоставляет прекрасную возможность удобного выполнения индивидуальных артезианских скважин на приусадебном участке. При этом такая скважина может быть выполнена в любом месте приусадебного участка. И даже при наличии твердых известняков, которые способны сильно осложнить процесс бурения, скважина будет пройдена в течение лишь нескольких суток. Следует сказать, что за такой короткий срок другим методом частную скважину сделать будет проблематично.

Однако необходимость применения при этом методе раствора из глины, для бурения на известняках, относится в определенной степени к недостатку, так как предъявляет дополнительные ограничения и требования. В то же время, этот раствор, как было упомянуто выше, способствует укреплению стенок скважины, позволяет выносить на поверхность измельченную породу, а так же выступает в качестве смазки и охлаждения для бура. Поднимаемый же на поверхность шлам может быть распределен по участку или сброшен в канаву.

Еще одним важным достоинством такого метода является способность выполнять бурение в течение всего года, независимо от температуры окружающей среды. Скважины можно бурить даже зимой при сильных морозах, которые способны превратить землю в сплошной камень. Это объясняется тем, что смерзшаяся земля все равно гораздо мягче известняковой породы, которую бур при роторном бурении проходит с легкостью.

Наши телефоны +7(937)532-77-37, +7(8442)50-18-61

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

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.

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.

Технология роторного бурения скважин на выставке

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

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

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

На экспозиционных стендах презентуется следующее оборудование:

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

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

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

Прокачка скважины после буренияВиды бурения скважинБентонит для бурения скважин

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.

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:

1. Вода техническая. Применяется при строительстве водозабора в устойчивых породах и песках, где статический уровень жидкости ≥3 м. Диаметр скважин <200 мм.
2. Глинистый раствор. Для его приготовления используют каолиновые и бентонитовые глины. При смешивании с водой частицы породы слипаются между собой и образуют гелеобразную жидкость, в которой влага находится внутри пространственной структуры ячеек.
3. Раствор аэрированный. Применяется в интервалах с поглощением промывки и при входе в слабонапорные водоносные пласты. Представляет собой обогащенную воздухом техническую воду или глинистый раствор. Аэрация осуществляется 2 способами: реагентным (добавлением в жидкость поверхностно активных веществ) и подачей сжатого воздуха от компрессора. Обогащение промывки воздухом способствует снижению загрязненности водоносного горизонта элементами промывочной жидкости.
4. Нестабильный раствор технического крахмала. Перемешивается 1 час в глиномешалке с добавлением к 1 м³ воды 40-50 г сухого порошка. Смесь распадается через 3-4 дня. Используется при бурении низконапорных пластов, включающих мелкозернистые пески, что позволяет не проводить разглинизацию скважины, как в случае применения раствора глины.
5. Водные растворы гипана — гидролизованного полиакрилонитрила. Его использование в песчаных горизонтах снижает водоотдачу пласта из-за образования эластичной корки на стенках скважины.

Схема роторного бурение скважины с прямой промывкой.

Особенности применения роторного бурения в различных отраслях

Роторное бурение – это один из наиболее эффективных методов бурения скважин, который находит свое применение в различных отраслях промышленности. Оно основано на использовании роторного бурового станка, который осуществляет поворот и опускание сверла в грунт. В результате этого процесса происходит разрушение породы, очистка скважины от образовавшихся выемок и добыча полезных ископаемых.

Преимущества роторного бурения в различных отраслях:

• Нефтегазовая промышленность. В нефтегазовой индустрии роторное бурение широко применяется для разведки и добычи нефти и газа. С помощью роторного бурения возможно проникнуть на большие глубины, где находится нефть и газ. Благодаря высокой производительности роторного бурения можно быстро и эффективно осуществлять добычу полезных ископаемых.
• Геологическое исследование. В геологическом исследовании роторное бурение является неотъемлемой частью процесса исследования земной коры. С помощью роторного бурения производятся глубокие скважины, по которым происходит отбор проб грунта и прочих материалов для последующего изучения. Также роторное бурение позволяет получить данные о глубинной структуре грунта и его составе.
• Строительство и геотехника. В строительстве и геотехнике роторное бурение используется для создания фундаментов, свайных полей и других инженерных сооружений. Благодаря роторному бурению можно произвести исследование грунта перед строительством, определить его несущую способность и механические характеристики. Это позволяет выбрать оптимальный способ строительства и используемые материалы.

Таблица некоторых отраслей и их применение роторного бурения:

Отрасль	Применение роторного бурения
Нефтегазовая промышленность	Разведка и добыча нефти и газа
Геологическое исследование	Отбор проб грунта и изучение глубинной структуры
Строительство и геотехника	Создание фундаментов и определение характеристик грунта

Таким образом, роторное бурение является неотъемлемой частью различных отраслей промышленности и строительства. Благодаря своей высокой эффективности и производительности оно позволяет достичь необходимых результатов и решить множество задач, связанных с разведкой, добычей и исследованием полезных ископаемых, а также построением инженерных сооружений.

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.

Особенности технологии

Для начала определимся, что такое способ роторного бурения. Это особая технология бурения скважин, которая применяется в том случае, если необходимо, чтобы гидротехническое сооружение давало большие объёмы экологически чистой питьевой воды. При этом скважина будет отличаться стабильной и долговечной работой. В этом случае данный способ подходит лучше, чем какая-либо другая технология бурения.

Роторная буровая установка и сама технология имеют следующие преимущества перед другими бурильными конструкциями и методиками:

• Скважина, пробуренная таким способом, будет обладать высокой производительностью, то есть давать воду в большом объёме.
• Долговечность гидротехнического сооружения.
• Подача воды из скважины осуществляется стабильно (без снижения уровня и перебоев).
• Качество добываемой жидкости будет на высоте. Её смело можно использовать в питьевых целях.

Такой способ бурения скважин позволяет получить гидротехническое сооружение, которое будет обладать настолько высоким дебетом, что воды из источника хватить не только для водоснабжения жилого дома, но и для полива огорода, наполнения бассейнов и других резервуаров, а также для удовлетворения различных технических нужд.

Роторная буровая установка используется в том случае, если необходимо бурить глубокую скважину на воду. Суть метода заключается в следующем: в бурильную трубу опускается вал с наконечником в виде долота. Во время вращения вала долото разрушает породу. Вращение осуществляется за счёт функционирования гидравлической установки.

БК 1хБет выпустила приложение, теперь уже официально скачать 1xBet на Андроид можно перейдя по активной ссылке бесплатно и без каких либо регистраций.

Чтобы очищать скважину от находящейся в ней породы, используют специальный промывочный раствор. Он подаётся в проходку по трубам. При этом может использоваться два способа подачи:

1. Бурильный раствор закачивается в бурильную трубу при помощи специального насосного оборудования. После этого он выдавливается наружу через затрубное пространство. Такой метод называется прямая промывка. Именно он показан на видео в конце статьи.
2. Второй способ делается иначе. Раствор подаётся в затрубное пространство, а затем при помощи насосного оборудования выкачивается из бурильной трубы вместе с измельчённой породой. Этот метод называется обратная промывка.

Способ обратной промывки имеет одно неоспоримое преимущество – с использованием такой методики можно получить гидротехническое сооружение с большим дебетом, поскольку вскрытие водоносного слоя происходит наиболее качественно. Среди недостатков стоит назвать необходимость привлечения сложной высокотехнологичной техники, поэтому данная методика более дорогостоящая.

Преимуществом роторного бурения с прямой промывкой можно назвать его относительную дешевизну в сравнении со вторым методом. Именно поэтому данный способ чаще всего используется при бурении скважин на воду на территории частных владений.

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.

Бурение пневмоударником с одновременной обсадкой система Symmetrix

Специфические проблемы возникают при бурении в пластической (глинистой) породе насыщеной каменым материалом размерами больше чем 100 мм в диаметре и при обсадке валунных отложений.

Шнековое бурение с последующей обсадкой в данных горизонтах часто не приносит желаемый результат и подвержено относительно большой аварийной опасности.

Практически единственным подходящим методом в данных условиях является бурение пневмоударником с одновременной обсадкой.

В буровой технике известно несколько аналогичных метода. Наиболее распространенным является метод с приминением эксцентричной головки (например ODEX-метод от Atlas Copco).

Эксцентер (режущий элемент) головки раскрывается (ставится в рабочую позицию) внизу режущего трубного башмака при подачи правого вращения. Благодаря этому диаметер бурения становится больше чем внешний диаметр обсадной трубы. При подаче обсадная труба без вращения заглубляется вместе с буровой штангой. Проблемы могут возникнуть при прохождении слоев крупного галечника, который припятствует вращению и раскрытию эксцентричной головки. Поэтому мы используем другую, так называемую „Symmetrix-систему“.

Фото 2: Отводная головка под O 178 обсадную трубу

 Данная система работает с специальным режущим трубным башмаком (нем. «Ringbohrkrone»). Головка, закрепляемая на нижнем окончании трубного гарнитура, имеет вращающееся кольцо наращенное твердосплавными зубками (см. Фото 4).

При монтаже головка пневмоударника фиксируется в специальном вырезе кольца трубного башмака. При буровом процессе через данное соединение происходит передача горизонтальных и вертикальных сил и режущий трубный башмак производит возвратно-поступательные и круговые движения с такой-же частотой как и коронка пневмоударника. Коронка выступает примерно на 50 мм из трубного башмака. Следовательно коронка пневмоударника забуривает а режущий трубный башмак расширяет скважину до диаметра обсадной трубы.

Выбуренная порода через специальные каналы в коронке попадает в пространство между буровыми штангами и обсадными трубами и выносится на поверхность. Размеры специального трубного башмака и обсадных труб схожи (башмак ? 182 мм под ? 178 мм обсадную трубу). Переход с башмака на трубу выполнен без выступов для облегчения демонтажа бурового гарнитура.

При обсадке Symmetrix-системой в сухом каменистом слое возможны осложнения при вытаскивании обсадной колонны. По этой причине были увеличины подьемные усилия на стяжном хомуте у KBKB 20/100 и у KBKB 30/150 до 150 кН. Для буровых установок KBKB 10 и KBKB 13 (подъемный стяжной хомут на 76 кН) мы предлагаем дополнительный гидравлический пресс на 150 кН.

После достижения водоносного горизонта монтаж обсадных труб идет легче.

Стандартный вариант Symmetrix-системы мы предлагаем с пневмоударником на 4 дюйма под ? 178 мм обсадную трубу. Возможно также применение труб ? 152,4 мм. С ? 178 мм обсадной трубой свободный проход режущей головки составляет 141 мм (конечный диаметер бурения 135 мм), с ? 152,4 мм трубой 116 мм соответственно (конечный диаметер бурения 115 мм).

Symmetrix-система подходит под обсадные трубы как с правой так и с левой резьбой поскольку вращается только трубный башмак.

Применения данного метода в модифицированой форме возможно также при бурении с промывкой. В этом случае вращательное движение на трубную головку передается через переходник от шарошечного долота. Данный метод находится в стадии разработки.

Выброс породы происходит через верхнее окончание обсадной колонны. Логично, что для обеспечения чистоты на рабочем месте, данный промывочный поток необходимо канализировать и отводить. Для этой цели на вращателе смонтирована юбка из PVC-материала (Фото 3). Она останавливает поток сразу у буровой штанги. Порода (с промывкой или без) отводиться или убирается непосредствено от скважины. Моя фирма предлагает также отводную систему для отвода выбуреной породы непосредственно в контейнер.

Фото 3: «Юбка» на вращателе KBKB 20