Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования

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:

вибросита;
желоба;
гидроциклонов

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

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.

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.

Жидкость, поступающая на долото, охлаждает его рабочую поверхность, за счет чего продлевает срок службы породоразрушающего инструмента.

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

Как выполняется роторное бурение скважин на воду

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

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.

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
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.
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.
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.
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.

Расчет стоимости

Итак, человек решил произвести бурение у себя на дачном участке с помощью именно роторного метода. Делается это достаточно легко. Однако всегда стоит помнить об издержках, которые будут сопровождать данную работу. В действительности этот метод бурения не является самым дешевым.

При расчетах в обязательном порядке нужно учитывать следующие составляющие и затраты на них:

При расчете расходов для бурения скважины, необходимо учесть расходы на фильтры.

Стоимость полипропиленовых труб, которые делаются либо из металла, либо из пластика;
Обустройство рабочей площадки как необходимая мера проведения работ, связанных с бурением скважин под воду.
Транспортировка буровой установки к объекту проведения работ. Здесь стоимость может быть самой разнообразной. Все напрямую зависит от габаритных размеров роторной системы. Зачастую для транспортировки бывает достаточно полугрузового автомобиля.
Непосредственно бурение, которое никогда не отличалось низкой стоимостью;
Стоимость фильтров. Стоит учитывать тот факт, что при бурении скважин обязательно нужно использовать фильтры глубокой очистки воды, чтобы на выходе получалась чистая вода. Для этого используются самые разнообразные фильтры. Они могут удерживать только механические частицы, которые содержатся в воде, а также устранять другие химикаты. В зависимости от этого в разных скважинах используется определенное количество фильтров той или иной очистки.

Именно по этим данным и формируется окончательная смета проведения всех работ, связанных с бурением скважины роторным способом. Как понятно, здесь нет ничего особенного. После подсчета можно уже делать непосредственные выводы о целесообразности проведения работ, связанных с бурением.

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.

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.

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:

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.
Универсальность — сменные долота способны разрушать мягкие грунты и твердые горные породы. Роторная проходка скважины позволяет достичь водоносного пласта на любой глубине.
Возможность бурения водозаборных выработок Ø1200-1500 мм. Для этого применяется обратная промывка ствола.
Габариты и металлоемкость станка невелики по сравнению с ударно-канатными буровыми машинами.
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:

Вращатель приводится в действие двигателем электрическим или внутреннего сгорания.
Усилие от вала принимают ведущие вкладыши, расположенные по контуру верхней рабочей трубы, они же передают крутящий момент на колонну.
Давление разрушающего инструмента на забой передается по звеньям сборки. За счет массы конструкции создается нагрузка, достаточная для резания породы.
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.

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

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
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.
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.
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.
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.

Роторная буровая установка

Для строительства водозаборных выработок применяют самоходные и передвижные буровые установки. Станки с прямой промывкой рекомендуются при бурении скважин на воду глубиной 200-800 м, а с обратной — глубиной 150-500 м. Характеристики некоторых комплексов приведены в таблице.

Показатели	УРБ-2,5А	УБВ-600	FA10	1БА15К
Способ промывки	Прямой	Прямой	Обратный	Обратный
Грузоподъемность, т	1,5-2	32-50	6,3-10	12,5-20
Глубина бурения рекомендуемая, м	150	600	150/150	250/500
Диаметр скважины, мм	1016/600	1270/394
-начальный	151	490
-конечный	132-151	214
Масса, т	9,8	24,1	10,6	14,7

Существует класс легких малогабаритных буровых установок, их применяют при обустройстве водозаборов на дачных участках. Для бурения скважин глубиной до 20 м в мягких породах можно изготовить самодельные приспособления.

Промышленность выпускает переносные разборные станки, позволяющие бурить выработки глубиной 50-70 м. Например, установка МБУ-70 при использовании алмазного долота обеспечивает проходку выработок

Бурение скважин роторным методом

Для качественного и комфортного обустройства загородного дома идеальным вариантом является автономное водоснабжение. Для его организации можно использовать такой метод, как роторное бурение скважин. Это – один из самых распространенных методов организации водоснабжения собственного дома или дачного участка.

Метод используется более 140 лет, так как является простым и надежным. Вращательное бурение основано на приведении в действие вращательного элемента, расположенного под землей. Роль привода выполняет электродвигатель или газотурбинное оборудование.

Состав установок

Установки, предлагающие роторный способ бурения, могут быть двух видов: смонтированными на базе какого-либо вида транспорта либо стационарными.

Однако и те и другие в обязательном порядке имеют:

двигатель;
вышку;
ротор;
привод;
вертлюг;
бурильную колонну;
напорную магистраль;
насос;
систему очищения и возврата промывающей жидкости;
оборудование для подъема.

Принцип действия установок

Роторное бурение – идеальный метод для формирования колодца или добычи воды в том случае, если в результате нужно получить возможность потребления большого количества чистой питьевой воды. Работать такая скважина должна долго и бесперебойно.

Добиться хороших результатов позволит такое гидротехническое сооружение, как роторная установка.

Она способна пробурить очень глубокую скважину, воды из которой хватит не только для питьевых целей полива участка, бассейна, но и для прочих бытовых нужд.

У роторного бурения скважин технология довольно проста. Вал с наконечником, представляющим собой долото, опускается в бурильную трубу. Начинается процесс вращения, и при помощи долота порода разрушается. Сам процесс вращения осуществляется при помощи гидротехнической установки. Для того чтобы разрушенная порода покидала скважину, используется промывочный раствор. Способов его подачи два:

Прямая промывка. Происходит закачивание в бурильную трубу с помощью насоса, и выдавливание наружу через затрубное пространство.
Обратная промывка. Все происходит противоположно прямой промывке: сначала в затрубное пространство подается промывочная жидкость, а затем при помощи насосов выкачивается вместе с породой из бурильной трубы.

Прямая промывка относительно обратной стоит недорого, что позволяет использовать этот способ владельцам загородных домов. При бурении в промышленных масштабах, например, при разработке нефтяных скважин, более рациональным, хотя и более дорогостоящим, является метод обратной промывки.

Сама очистительная система также состоит из нескольких элементов:

желоб;
вибросито;
гидроциклоны.

Процесс бурения

Жидкость, подаваемая при использовании метода роторного бурения скважин под большим напором, размывает под долотом грунт, выносит его на поверхность. Там жидкость поступает на очистительные сооружения. Различные фильтры, в том числе вибросито, освобождают жидкость от породы, и вода снова заливается в систему.

Для разных пород могут быть использованы различные типы промывочных жидкостей: чистая вода при работе со скалистой породой или раствор воды с глиной для рыхлого грунта. В отдельных случаях возможен продув скважины сжатым воздухом.

Сама установка для роторного способа бурения скважин представляет собой вышку, к которой прикреплено подъемное оборудование и другие технические приспособления. В стволе вышки, который переходит в скважину, находится бурильная колонна, приводимая в действие при помощи разных типов двигателей: электрических, внутреннего сгорания, двигателя транспортного средства, ставшего основой для роторной установки.

Вращение бурильной трубы передается на долото, для изготовления которого применяют алмазные, композитные или твердосплавные материалы. Кромка долота может быть либо режущей, либо с зазубринами. Это зависит от характера породы.

Обсадные трубы

Пробуренная скважина – это половина дела. Необходимо произвести укрепление, так как грунт может обвалиться, и все придется начинать заново. Чтобы не произошло обрушения забоя, во время перерыва происходит установка обсадной колонны. Она препятствует проникновению грунта в воду впоследствии и осыпанию стенок скважины.

Ставят обсадную колонну на глубине с 30 до 600 метров. При бурении нефтяной скважины обсадная конструкция должна быть установлена как можно ближе к поверхности земли.

Плюсы и минусы

Роторное бурение скважин на воду – очень распространенный вариант действий в случае необходимости получения доступа к живительной влаге. У этого метода перед остальными есть ряд преимуществ:

высокая скорость процесса;
возможность работы с разными видами грунта за счет использования долота с теми или иными гранями, изготовленного из подходящего по жесткости материала;
небольшой размер установки и в некоторых случаях ее мобильность.

Есть у метода и недостатки, скорее определенные ограничения.

В некоторых случаях нужно быть внимательными и помнить, что:

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.

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; ;
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:

Оборудование для роторного способа бурения

Оборудование для роторного бурения скважин

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

Система очистки промывочной жидкостью также состоит из ряда элементов:

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

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.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Обсадные трубы

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

полимерные растворы;
аэрированные растворы;
нефтяные эмульсии;
вода.

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

Роторная буровая установка

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

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.

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.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Преимущества проходки скважин с применением ротора:

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.
Универсальность — сменные долота способны разрушать мягкие грунты и твердые горные породы. Роторная проходка скважины позволяет достичь водоносного пласта на любой глубине.
Возможность бурения водозаборных выработок Ø1200-1500 мм. Для этого применяется обратная промывка ствола.
Габариты и металлоемкость станка невелики по сравнению с ударно-канатными буровыми машинами.
Мобильность — оборудование размещается на передвижной платформе.

Роторное бурение скважины на воду.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Порядок работы оборудования:

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

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.

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

В качестве буровых растворов применяются следующие жидкости:

Как чистить аквариум
Секреты воспитания йорка
Как обезопасить собаку от клещей
Некоторые тонкости разведения попугаев
Откуда у котов глисты

Разные способы © 2022
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.