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

Особенности бурения роторным способом

Технология роторного бурения скважин подразумевает использование для заглубления вращающейся штанги с насадкой в виде коронки или шарошки на конце. Но, в отличие от того же шнекового способа, отработанный грунт из стволовой шахты удаляется не при помощи поднятия всей буровой колонны, а методом его растворения и последующей откачки мотопомпой.

Установка для роторного бурения состоит из следующих узлов и агрегатов:

• Станина с платформой, на которой крепятся все остальные приспособления, узлы и механизмы. Установка может выполняться в разборно-переносном, самоходном или буксируемом вариантах.
• Электрический или дизельный (бензиновый) двигатель с редукторным приводом.
• Буровая штанга, выполненная в виде толстостенной трубы с приспособлениями для заглубления в грунт – коронкой для относительно мягких грунтов, и шарошечных свёрл для скальных пород.
• Системы подъёма буровой колонны в виде лебёдочного механизма.
• Насос для нагнетания в шахтный ствол бурового раствора.
• Вертлюг – особый узел, через который нагнетается жидкий раствор, и к которому прикрепляются буровые штанги. Также к нему присоединяется редуктор мотора, вращающего бур.
• Помпа для удаления из скважины размытого грунта.

Преимущества роторного бурения перед другими методами

Роторное бурение является одним из наиболее эффективных методов бурения скважин. Этот метод обладает рядом преимуществ перед другими традиционными методами:

1. Высокая скорость бурения:

   Роторное бурение позволяет достичь значительно большей скорости бурения по сравнению с другими методами. Это связано с применением вращающегося бурящего головки, которая обеспечивает более эффективное проникновение в грунт. Благодаря этому, роторное бурение может быть осуществлено значительно быстрее, что позволяет сократить время выполнения работ.

2. Широкий спектр применения:

   Роторное бурение применяется в различных областях, включая нефтяной и газовый промысел, геологическое и геофизическое исследование, строительство и даже археологические работы. Этот метод позволяет выполнять разные виды бурения, включая вертикальное, горизонтальное и направленное бурение.

3. Высокая точность и контроль над процессом:

   Роторное бурение обеспечивает высокую точность и контроль над процессом бурения. Оператор может легко регулировать скорость и направление вращения бурильной головки, а также глубину проникновения и угол наклона скважины. Это позволяет достигать точных результатов и избегать нежелательных отклонений или повреждений стенок скважины.

4. Высокая производительность на больших глубинах:

   Роторное бурение обладает высокой производительностью даже на больших глубинах. Это связано с применением специализированных бурильных инструментов и систем подачи бурового раствора, которые обеспечивают эффективное бурение и проникновение в грунт на значительной глубине.

5. Экономическая эффективность:

   Роторное бурение является экономически эффективным методом. Благодаря его высокой скорости бурения и производительности, время и затраты на выполнение работ существенно снижаются. Кроме того, роторное бурение позволяет сократить количество использованных материалов и механизмов, что также влияет на снижение затрат.

Все эти преимущества делают роторное бурение одним из наиболее эффективных и предпочтительных методов при осуществлении буровых работ.

Что такое артезианская скважина Бурение в Москве и области

Выходом из ситуации, когда в доме отсутствует централизованное водоснабжение, а подключиться к нему нет возможности, что особенно часто можно наблюдать в загородных населенных пунктах, может стать бурение скважины на воду. При относительно невысоких затратах на ее обустройство, скважина сможет регулярно обеспечивать своего владельца чистой питьевой водой.

Наиболее популярным вариантом среди жителей загородных населенных пунктов в последнее время является бурение артезианского источника. Это словосочетание каждый из нас неоднократно видел на упаковках питьевой и минеральной воды, которая продается в магазинах, но многие ли знают его значение? Итак, что же такое артезианская скважина?

Два значения словосочетания артезианская скважина

На данный момент существует две трактовки значения этого словосочетания, и каждая из них является верной:

1. Скважина с сильным напором и самопроизвольным выходом воды на поверхность. Она может быть как искусственно сотворенной, так и природной
2. Искусственно созданный ствол, глубина которого достигает известняковых горизонтов, то есть водоносных пластов земли, в которых вода находится под постоянным давлением. В случае вскрытия такого пласта с помощью буровой установки, вода поднимается на поверхность

Так как артезианская скважина имеет немало преимуществ перед обычной, нет ничего удивительного в том, что в последнее время именно этот вариант бурения становится более распространенным и популярным. Впрочем, не лишена она и недостатков, более подробно о которых будет рассказано ниже.

Достоинства и недостатки артезианской скважины

К преимуществам можно отнести такие немаловажные характеристики, как:

1. Высокая производительность, которая достигается за счет того, что водоносные пласты, залегающие на глубине, обладают высокой водоотдачей
2. Более высокое качество воды. Так как водоносные пласты залегают на большой глубине, они менее подвержены загрязнению канализационными и грунтовыми водами, а также остатками химических и других удобрений
3. Длительный срок эксплуатации, который в среднем составляет не менее 20 лет

Из недостатков артезианской скважины можно отметить следующие свойства:

1. Более высокая стоимость бурения и обустройства
2. Необходимость подвергать воду специальной обработке с целью очистки ее от излишних минералов и солей

Чтобы обзавестись собственной артезианской скважиной на своем участке, достаточно прибегнуть к услугам специализированных компаний. Обратившись к нам, вы сможете рассчитывать на то, что:

• Вашим заказом будут заниматься только высококвалифицированные специалисты
• Стоимость услуг вас приятно удивит
• Работа будет выполнена не только качественно, но и в короткие сроки

Преимущества и недостатки метода

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

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

Наряду с такими преимуществами роторное управляемое бурение имеет следующие минусы:

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

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

Историческая справка

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

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

Характеристика способа

Извлекаемый на поверхность керн – цилиндрический столбик материала, его отбирают на пробу и транспортируют наверх с помощью шнекового подъемника – много способен сказать исследователям недр.

Пласты видны в разрезе, подобных точных показателей не сможет дать ни один из ныне существующих способов бурения.

Кольскую сверхглубокую скважину пробурили этим способом. Была достигнута отметка 12,262 тыс. метров – уникальный результат в разведывательном бурении.

А еще колонковый способ незаменим при бурении скважин для поиска воды, технология дает надежный результат – 100%. Стоит разобраться и в тонкостях самой технологии, в инструменте для ее реализации, изучить все плюсы и минусы.

Использовать колонковую технологию несложно, специалисты могут работать со всеми видами пород, вплоть до глубины 1 тыс. метров, когда срезы пластов подаются на поверхность с определенной периодичностью.

Классификация и общая характеристика способов бурения

Процесс бурения состоит из разрушения породы на забое шпура (скважины) буровым инструментом и удаления продуктов разрушения (буровой мелочи) из него.

При всех способах бурения выполняются следующие основные операции: подготовка и установка бурильной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя скважины от продуктов разрушения, наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена изношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения шпура или скважины.

В настоящее время применяются вращательный, ударно-поворотный, ударно-вращательный и вращательно-ударный способы бурения шпуров и скважин (механические способы бурения), а также огневое и комбинированное бурение. Исследуется эффективность применения энергии ВВ при взрывном бурении скважин, а также высоковольтных электрических разрядов при электроимпульсном бурении.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из условия превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходит последовательное разрушение от вдавливания и скалывание частиц породы с забоя. Продукты разрушения удаляют с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), промывкой забоя водой или продувкой воздухом.

На горных предприятиях применяют: вращательное бурение шпуров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; вращательное (шнековое) бурение скважин резцами и алмазным инструментом с помощью буровых станков.

При ударном способе бурения инструмент (долото или коронка) наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инструмент поворачивается на некоторый угол, чем обеспечивается последовательное разрушение всей площади забоя и получение круглого сечения шпура или скважины.

При ударно-поворотном бурении обычным и погружными бурильными молотками (перфораторами) инструмент поворачивается прерывисто только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством. В некоторых конструкциях бурильных молотков поворот инструмента происходит в период нанесения удара поршнем по инструменту.

При ударно-вращательном бурении погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вращением удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Разрушение породы при этих способах бурения происходит только в результате внедрения буровой коронки при ударах.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение происходит как в результате внедрения инструмента при ударах, так и вследствие скола породы при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами выполняется как при ударном способе долотами чистого качения и при вращательно-ударном — долотами со скольжением, в которых зубцы, наряду с перекатыванием по забою, срезают породу скользящим движением вдоль поверхности забоя.

При огневом бурении разрушение породы на забое скважин происходит за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (2000°С), вылетающих из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью (2000 м/с и более).

При взрывном бурении разрушение породы на забое скважин происходит последовательными взрывами небольших зарядов ВВ. Известны два метода взрывного бурения: патронный — с помощью патронов жидких или твердых ВВ, взрывающихся на забое от удара или детонатора, и струйный, при котором через бур на забой подаются жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель) и происходит формирование жидкого плоского заряда. Взрыв этого заряда вызывается впрыскиванием капли инициирующего состава (эвтектического сплава калия и натрия).

При электроимпульсном бурении разрушение пород на забое скважины происходит вследствие электрического пробоя его участка высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т.п.).

Разрабатываются комбинированные способы бурения, в которых происходит совместное воздействие на забой ударного инструмента и шарошки (ударно-шарошечный способ), резцов и шарошек (режуще-шарошечный способ), шарошек и огневой горелки (термо-шарошечный способ), огневой горелки и ударного инструмента (термоударный способ).

Бурение ударным способом

Ударный способ бурения самый простой по сравнению с двумя предыдущими. Собрать такую установку можно даже самому. Независимо от производителя, она состоит из:

• треноги, которая устанавливается прямо над местом бурения;
• ударного элемента – представляет собой заостренную трубу вестом до 80 кг;
• гибкого металлического троса, к которому крепится груз;
• лебедки для подъема и опускания груза.

Принцип действия установки понятен из названия. Лебедка резко опускает ударный элемент с высоты треноги, нанося удар о землю. Затем груз поднимается в исходное положение и снова опускается. Поскольку удар приходится каждый раз в одно и то же место, то грунт постепенно разрушается и образуется углубление.

Ударное бурение применяется не только для скважин, но и для формирования шпуров. Это цилиндрическое углубление в породе длинно до 5 м и диаметром до 75 мм.

Один из главных недостатков этого способа – риск преждевременного осыпания грунта. Поэтому после окончания работ в скважину обязательно спускаются обсадные трубы.

Еще один из минусов – это трудоемкость процесса. Поэтому в случае большой глубины залегания вод работы могут затянуться надолго.

К достоинствам ударного бурения относят:

Основные способы забуривания скважин

В зависимости от вида и состояния горных пород в приповерхностном слое, диаметра и типа породоразрушающего инструмента, способа бурения, вида очистного агента и бурильной колонны применяют следующие основные способы забуривания скважин.

• 1. Установка трубы-направления скважины в шурф, предварительно выкопанный вручную. После установки в шурф трубу-направление или цементируют или закапывают. Этот способ применяется при бурении скважин большого диаметра шарошечными долотами с промывкой скважины глинистым раствором (в основном скважины на нефть и газ) и при бурении геологоразведочных скважин ударно-канатным способом.
• 2. Забуривание скважины «всухую», т. е. без промывки или продувки. Этот вариант находит применение при бурении с поверхности земли в тех случаях, если верхний интервал геологического разреза представлен осадочными породами при использовании обычных снарядов (без съемного керноприемника). Для бурения колонковый набор оснащают твердосплавной коронкой типа СМ или СА, а забуривание производят при медленном вращении колонны и повышенных нагрузках на глубину 2-3 м до коренных пород. Если коренные породы залегают глубже, то «всухую» бурят до предельно возможной глубины, а затем устанавливают трубу-направление и ведут бурение до коренных пород уже с промывкой инструментом меньшего размера.

Возможен вариант забуривания «всухую» посадкой обсадной колонны, оснащенной коронкой или башмаком в рыхлые сыпучие породы с вращением и под действием повышенной осевой нагрузки на предельно возможную глубину. Обсадную колонну после этого не извлекают, а породу внутри колонны разбуривают уже с промывкой колонковым набором меньшего размера.

3. Забуривание с продувкой пневмоударником или шарошечным долотом может применяться по любым, в том числе твердым, выветрелым породам, породам, насыщенным крупными обломками и на значительные глубины. Этот способ рекомендуется для различных условий бурения, но только в том случае, если не требуется керн в интервале забуривания. Для забуривания может использоваться, например, пневмоударник П-105 (диаметр долота 105 мм) и компрессор, обеспечивающий давление воздуха 0,2-0,5 МПа. Для оперативного забуривания целесообразно иметь в организации мобильный компрессор с комплектом бурового инструмента именно для осуществления операций забуривания.

При бурении по неустойчивым, аллювиальным, сыпучим породам бурение пневмоударником может осуществляться с поверхности с опережающим креплением ствола скважины, когда разрушение породы на забое сопровождается забиванием и обсадной колонны, оснащенной башмаком или специальным долотом. По данной схеме реализуется бурение в соответствии с методами OD, ODEX и DEPS компании Atlas Copco.

4. Забуривание с промывкой алмазным или твердосплавным инструментом проводят при бурении из подземных горных выработок без установки обсадных труб, если породы устойчивые и несклонные к набуханию и обваливанию.

Техническая вода в этом случае удаляется из скважины изливом и попадает в зумпф по канавке.

Устье скважины при бурении горизонтальных или восстающих скважин, буримых из подземных горных выработок, обязательно оборудуется специальным герметизирующим устье скважины патрубком при использовании для бурения снаряда ССК. Тогда доставка и извлечение керноприемника и овершота производится за счет регулируемого гидравлического напора в герметичном пространстве ствола скважины.

Вариант забуривания с промывкой практикуется и при бурении скважин с поверхности ССК. В этом случае забуривание производят с промывкой водой колонковым набором ССК с твердосплавной или алмазной коронкой до предельной глубины и извлекают на поверхность керноприемник с керном. Техническая вода, на начальном этапе, изливается из скважины и удаляется за пределы буровой установке по канавке. Далее производят обуривание оставленной в скважине и выходящей на поверхность колонковой трубы обсадной трубой большего размера, оснащенной армированным башмаком. После обуривания обсадной трубой бурение снарядом ССК продолжается, а обуривание обсадной колонной проводят до тех пор, пока обсадная колонна не войдет в плотные коренные породы.

Забуривание с промывкой производят и при бурении двойной колонной КГК (гидротранспорт керна). В этом случае вода циркулирует через зазоры в колонне и попадает в зумпф не изливаясь и не контактируя со стенками скважины.

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