Без нефтепродуктов сложно себе представить современную жизнь. Делаются они из нефти, которую добывают с помощью особых горных выработок. Многие из нас слышали термин «нефтяная скважина», но вряд ли все знают, что это на самом деле такое. Давайте попробуем разобраться, что собой представляет это сооружение, и какими они бывают.
Что такое скважина в нефтяной промышленности?
Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, чей диаметр во много раз меньше общей длины её ствола (глубины).
Помимо скважины, есть еще такие горные выработки, как колодец и шахта. В чем их отличие от рассматриваемого нами определения? На само деле, все довольно просто. В шахту или колодец человек может попасть, а в скважину – нет. Таким образом, дополнительное определение этого сооружения таково – горная выработка, схема и форма которой исключает доступ в неё человека.
Верхнюю часть такой выработки называют устьем, а нижнюю часть – забоем. Уходящие вниз стенки образуют так называемый ствол.
Всем известно, что скважины делают при помощи бурения. Однако сказать, что их просто бурят было бы неверно. Эти капитальные сооружения, сложные в своем строении, под землей скорее строят, в связи с чем они относятся к основным средствам организации, а затраты на их бурение и обустройство являются капитальными вложениями.
Строительство нефтяных и газовых скважин
Конструкция скважины выбирается на этапе проектирования и должна отвечать следующим требованиям:
- конструкция должна предоставлять возможность свободного доступа к забою геофизических приборов и глубинного оборудования;
- конструкция должна не допускать обрушения стенок ствола;
- также она должна обеспечивать надежное разделение друг от друга всех проходимых пластов и не допускать перетекания флюидов из пласта в пласт;
- в случае необходимости, конструкция этой выработки должна давать возможность герметизировать её устье в случае возникновения такой необходимости.
Строительство и монтаж нефтяных и газовых скважин проводится следующим образом:
- Первым делом бурится начальный ствол большого диаметра. Его глубина составляет около 30-ти метров. Затем в пробуренное отверстие опускается металлическая труба, которую называют направлением, а окружающее её пространство уставляется специальными обсадными трубами и цементируется. Задача направления – предотвратить размывание верхнего почвенного слоя в процессе дальнейшего бурения.
- Далее до глубины от 500 до 800 метров бурится ствол меньшего диаметра, в который опускается колонна из труб, называемая кондуктором. Пространство между стенками трубы и горной породой также заливается цементным раствором на всю глубину.
- Только после обустройства направления и кондуктора скважину пробуривают на заданную проектом глубину, и опускают в неё колонну труб еще меньшего диаметра. Эта колонная называется эксплуатационной. Если глубина залегания пласта – большая, то возможно использование так называемых промежуточных трубных колонн. Все пространство между стволом скважины и окружающей её горной породой заливается цементом.
В чем основное назначение кондуктора? Дело в том, что на глубинах до 500 метров располагается активная зона пресных вод, а ниже этой глубины (в зависимости от региона разработки) начинается зона с затрудненным водообменном, в которой много соленых вод и прочих подвижных флюидов (в том числе – газов и нефти). Так вот, основная задача кондуктора – это дополнительная защита, которая предотвращает засолонение поверхностных пресных вод и не позволяет проникать в них вредным веществам, которые сконцентрированы в нижних пластах.
Какие бывают скважины?
В зависимости от того, в каких геологических условиях расположены нефтяные месторождения, бурятся разные типы таких выработок.
Основные виды скважин:
- вертикальные;
- наклонно-направленные;
- горизонтальные;
- многоствольные или многозабойные.
Вертикальной называют скважину, угол отклонения ствола которой от вертикали – не более пяти градусов.
Если этот угол больше пяти градусов, то это уже – наклонно-направленный тип.
Горизонтальной называют скважину, если угол отклонения от вертикали её ствола приблизительно равен 90 градусов. Однако есть некоторые нюансы этого определения. Поскольку в живой природе редко встречаются «прямые линии», а разрабатываемые пласты чаще всего залегают с некоторым уклоном, то с практической точки зрения бурить строго горизонтальные скважины смысла, как правило, нет.
Проще и эффективнее направить ствол вдоль оптимальной траектории залегания. Исходя из этого, можно дать определение горизонтальному типу таких выработок как скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный максимально близко к направлению целевого продуктивного пласта с соблюдением оптимального азимута.
Скважины, у которых два и более ствола, называются многоствольные или многозабойные. Их отличие друг от друга – в расположении точки разветвления, в которой от основного стола отходят дополнительные. Если эта точка располагается выше уровня продуктивного горизонта, то этот тип выработки называется многоствольным. Если эта точка располагается в пределах продуктивного горизонта, то это – многозабойный тип скважины.
Проще говоря, если основной ствол пробуривают до разрабатываемого пласта, а уже внутри него бурятся дополнительные отростки, то это – многозабойный тип (продуктивный пласт пробивается в одной точке). Все остальные выработки с несколькими стволами относятся к многоствольным (несколько точек пробития пласта). Также такой тип скважин характерен в случаях, когда пласты расположены на разных горизонтах.
Кроме того, бывают еще кустовые скважины. В этом случае несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину, а их устья находятся близко друг к другу (как посаженный вверх ногами куст).
Деление скважин по своему назначению
Эта классификация предусматривает следующие категории таких горных выработок:
- поисковые скважины;
- разведочные выработки (для геологоразведочной работы);
- эксплуатационные стволы.
К категории поисковых относятся скважины, пробуриваемые в процессе поиска новых нефтяных и газовых месторождений.
Разведочное бурение производится на площадях, нефте- или газоносность которых уже установлена, с целью уточнения объемов обнаруженных залежей углеводородного сырья и для уточнения исходных параметров месторождения, которые необходимы при проектировании способа разработки промысла, поэтому разведке уделяется особое внимание.
Эксплуатационное бурение создает выработки следующих типов:
- основные (добывающие и нагнетательные);
- резервные;
- контрольные;
- оценочные;
- дублирующие;
- скважины специального назначения (поглощающие, водозаборные и так далее).
Сама добыча сырья производится через добывающие выработки, которые бывают насосными, газлифтными и фонтанными.
Назначение нагнетательных скважин – воздействие на разрабатываемый пласт с помощью нагнетания в него пара, газа или воды, а также прочих рабочих сред. Они бывают внутриконтурными, приконтурными и законтурными.
Резервные необходимы для разработки отдельных и застойных зон, а также зон выклинивания, которые не входят в контур основных скважин.
Контрольные нужны для наблюдения за текущим положением зон контакта добываемого ресурса и воды и прочими изменениями пласта, находящегося в разработке. Кроме того, с их помощью контролируют давление в продуктивных пластах.
Оценочные нужны для предварительной оценки подготавливаемых к разработке месторождений. Они помогают определить границы и размеры запасов, а также прочие необходимые предварительные параметры.
Дублирующие используются во время замены ликвидируемых вследствие физического износа или аварий скважин основного фонда.
Через специальные добывают техническую воду, сбрасывают промысловые воды, с их помощью ликвидируют открытые фонтаны и так далее
Способы бурения нефтяных и газовых скважин
Процесс бурения нефтяной скважины по характеру своего воздействия на горные породы бывает:
- механическим;
- термическим;
- физико-химическим;
- электрическим и так далее.
Промышленное освоение месторождений подразумевает использование только механических способов, в которых используются разные режимы бурения. Все другие способы разбуривания находятся в экспериментальной разработке.
Механические методы бурения делятся на вращательные и ударные.
Ударный способ – это механическое разрушение горной породы, которые выполняется подвешенным на канате специальным инструментом – долотом. В состав такого бурового комплекса также входят канатный замок и ударная штанга. Это устройство подвешивается на канате, который перекинут блок, установленный на буровой мачте. Возвратно-поступательное движение долота обеспечивается специальным буровым станком. Цилиндрическую форму ствол приобретает вследствие поворота долота во время работы.
Очистку забоя от разрушенной породы выполняют при помощи желонки, которая напоминает длинное ведро с клапаном на днище. Инструмент вынимают из ствола, опускают желонку, открывают в забое её клапан. Ведро наполняется жидкостью с кусочками породы, клапан закрывается, и полная желонка поднимает на поверхность. Все, можно продолжать бурение.
В России на данный момент ударное бурение практически не применяется.
Вращательный метод основан на погружении долота в толщу пород с помощью одновременного воздействия на инструмент и вертикальной нагрузки, и крутящего момента. Вертикальная нагрузка позволяет погрузить долото в породу, а затем, с помощью крутящего момента, долото скалывает, истирает и дробит горную породу.
По способу расположения силового агрегата вращательное бурение делится на роторное и забойное. В первом случае двигатель стоит на поверхности, а крутящий момент долу передает колонны буровых труб. Во втором случае двигатель ставиться сразу за долотом, и вращения буровой колонны не происходит (вращается только долото).
Интересный факт
Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая (СГ-3). Её глубина – 12 262 метра. Её пробурили в Мурманской области для изучения глубинного строения Земли.
neftok.ru
Бурение — это процесс строительства скважины, а также разрушения слоев земли с последующим извлечением продуктов разрушения на поверхность
Бурение: на воду, цена, виды бурения, типы бурения, нефть, газ
|
Бурение — это
Бурение — это процесс строительства скважины, а также разрушения слоев земли с последующим извлечением продуктов разрушения на поверхность.
Бурение — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.
Различают три вида бурения:
Вертикальное бурение
Наклонно-направленное бурение
Горизонтальное бурение
Бурение скважин — это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр «D» которой мал по сравнению с её длиной по стволу «H», без доступа человека на забой. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем, а стенки скважины образуют ее ствол.
Типы скважин на воду
1. Фильтровая скважина на воду в песчаных горизонтах.
Для выявления наличия водоносного горизонта в песчаных грунтах сперва производится разведочное бурение.
При бурении разведоной скважины может быть 3 ситуации:
1) Наличие воды для сооружения скважины на воду, при наличии прослойки водонасыщенного песка мощностью > 0,8 м.
2) Наличие воды для сооружения колодца – при переслаивании водонасыщенного песка и других видов глинистых грунтов.
3) Отсутствие водоносных горизонтов.
Бурение разведочной скважины на воду производится обычно до глубины 13-15 метров. Стоимость разведочного бурения составляет 1000 рублей/метр. При нахождении в ходе разведочного бурения водоносных слоев для сооружения скважины на воду, стоимость метра разведочного бурения входит в стоимость метра бурения скважины на воду.
В случае обнаружения водоносного горизонта для сооружения скважины на него бурится эксплуатационная скважина с фильтром и обсадной трубой. Глубина такой скважины составляет обычно 13-25 м. Бурение скважины на песок производится комбинированным шнековым и ударно-канатным способом. При бурении в качестве внешней обсадной колонны (для удержания стенок скважины во время бурения) используются металлические трубы с резьбовым типом соединения, диаметром 168 мм. После установки эксплуатационной обсадной колонны с фильтром внутрь внешних обсадных труб, внешние трубы извлекаются.
Эксплуатационная обсадная колонна песчаной скважины состоит из трех частей:
1. Рабочая колонна – расположена от уровня земли до уровня водоносного горизонта. Трубы рабочей колонны с одной стороны, «обсаживают» скважину, удерживая ее стенки от обрушения, с другой – служат для размещения в них водоподъемных труб и насоса.
2.Фильтровая колонна – продолжение рабочей колонны, перфорированная труба, оснащенная нержавеющей сеткой галунного плетения (0.2 – 0.315 мм).
Через фильтровую колонну из толщи водонасыщенного песка вода поступает в скважину, а сетчатый фильтр предотвращает попадание частиц песка.
3. Накопитель – глухая труба, снизу закрытая заглушкой, которая служит для бесперебойного водоснабжения (запаса воды).
2. Скважина на водоносный горизонт в ордовикских известняках.
Скважина на известняк бурится на водоносный горизонт, залегающий в трещинах известняка. Известняк – горная порода, преимущественно состоящая из кальцита (карбоната кальция). Бурение скважин на водоносные горизонты в известняках производится шнеками, которые по виду представляют собой рабочую часть штопора.
В отличие от песчаной скважины на воду, процесс бурения менее трудоемкий. Во время бурения скважины на воду не требуется обсаживание внешними металлическими трубами, для удержания стенок скважины – в силу твердости известняка. Глубина такой скважины составляет обычно 15-40 м.
Скважина на ” известняк” состоит из трех частей:
1. Рабочая колонна.
2.Фильтровая колонна, представляет просто перфорированную трубу (дырчатый фильтр).
3. Накопитель – глухая труба.
3. Артезианские скважины на воду на кембро-ордовикский, ломоносовский водоносные горизонты и вендский водоносный комплекс (гдовский горизонт).
Артезианские водоносные горизонты, приурочены в нашем регионе, к глубоко залегающим песчаникам, которые сверху закрыты пластами водонепроницаемой породы (толща глин), образующими барьер на пути вод четвертичных отложений. Вода, содержащаяся в кавернах этих песчаников, находится на глубине под большим давлением. При вскрытии скважиной такого водоносного горизонта уровень воды под давлением устремляется к поверхности земли и устанавливается, обычно, на глубине 5-15 метров.
Первые артезианские скважины, из которых вода под собственным давлением вырывалась наружу, были пробурены во Франции, в провинции «Артуа», отсюда и название «Артезианская скважина».
Такие скважины обладают дебитом примерно 2-15 м3/час и имеют глубину от 80 м. Их бурят для водоснабжения предприятий, коттеджных поселков или отдельно стоящих жилых домов.
Бурение артезианских скважин производится при наличии у заказчика лицензии на право пользования участком недр с целью геологического изучения.
Ударно-канатный метод бурения
Ударный снаряд подвешен на канате, который подаётся с инструментального барабана. Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается с помощью балансира — оттяжного механизма станка, либо с лебедки. При сбросе снаряд под действием собственного веса падает вниз, разрушая породу на забое. По мере углубления скважины бурильный канат стравливают с инструментального барабана, осуществляя подачу долота. Пробурив некоторый интервал скважины, прекращают долбление и приступают к очистке забоя. Эту операцию выполняют желонкой. После очистки скважины продолжают долбление или приступают к креплению скважины — неустойчивые интервалы закрепляют обсадными трубами.
investments.academic.ru
Особенности бурения скважин на воду
Для водозабора в Московской области используется несколько типов скважин, в зависимости от района и геолого-гидрогеологических особенностей участка, на котором производится бурение. Это фильтровые («на песок» — глубиной до 30 метров), неглубокие и глубокие артезианские («на известняк» — до 50 м и глубже, соответственно) скважины.
Бурение скважины «на песок» ведется на ближайший водоносный горизонт, залегающий в песчаных грунтах. Глубина такой скважины составляет 15-30 м, она состоит из обсадной колонны из труб, а ее дебит составляет до 1 кубометра в час. Эти скважины имеют тенденцию к заиливанию и срок их эксплуатации напрямую зависит и от мощности водоносного горизонта, и от интенсивности ее эксплуатации: чем чаще скважиной пользуются, тем дольше она служит (обычно — 5-8 лет, бывает, и до 15 лет).
Бурение скважины в известняках производится до водоносного слоя, залегающего на глубинах 15-250 метров. Такие скважины отличаются не только своей глубиной и производительностью (до 10 кубометров в час), но и сложностью бурения. Срок службы этих скважин значительно дольше — 40 и более лет, так как фильтром в таких скважинах является сама водоносная порода (известняк) и заиливания не происходит.
Условия бурения скважин могут значительно различаться в зависимости от целого ряда геолого-технических и климатических факторов. В частности, к сложным условиям бурения относят работы по устройству высокотемпературных скважин с аномально высокими пластовыми давлениями, скважин на глубокой воде, с большими отходами по вертикали, бурение на депрессии или на равновесии. В значительной степени сложные геолого-технические вопросы бурения связаны с типами проходимых грунтов.
При выборе технологии бурения скважин на воду на территории Московской области необходимо учитывать необходимость работы с рыхлыми песчаными породами (как влажными, так и сухими), песками-плывунами, гравийными отложениями (галечниками), валунными отложениями и различными видами глинистых грунтов.
Для Московской области наиболее востербованным является бурение неглубоких и глубоких водоносных скважин «на известняк» (артезианских скважин) — чем глубже находятся запасы воды, тем она чище и качественней.
В качестве обсадных скваженных колонн при бурении, в зависимости от целей и бюджета проекта, применяются металлические или пластиковые трубы, а также спаренные конструкции из двух труб — металлической + пластиковой.
kazap.ru
Механические способы бурения.
Технология механического бурения включает операции по разрушению породы, подачу ее на поверхность, обеспечение стенкам буровых выработок устойчивости и вспомогательные операции. Для разрушения грунта в забое применяют такие приемы, как резание, истирание, удар, скол и комбинированное воздействие (например, истирание и удар).
Транспортировку измельченного грунта на поверхность выполняют двумя методами: сухим, где измельченный грунт устраняют винтовыми конвейерами или сжатым воздухом; и гидравлическим, где грунт удаляют вымыванием его водой под давлением. Далее грунт уже вывозится самосвалами, при отсутствии достаточно количества средств можно купить самосвал бу.
Существуют три основных способа механического бурения: вращательный (буровой инструмент разрушает грунт вращением), ударный (буровой снаряд разрушает грунт ударами) и вибрационный (грунт разрушают колебаниями высокой частоты). Чтобы получить наибольшую эффективность, иногда при бурении используют комбинированные способы: ударно-вращательный или вибровращательный. Механическое бурение совершают машинами и буровыми станками. Если объемы работы небольшие или нужно пробурить мягкий грунт глубиной не больше 5 м, то в этих случаях применяют ручное бурение.
Для вращательного способа бурения характерна высокая производительность (в 3-4 раза превышающей производительности бурения ударами), более низкая стоимость буровых затрат, возможность бурения наклонных, горизонтальных и вертикальных скважин. При вращательном способе бурения буровой инструмент, жестко прикрепленный к нижнему концу вращающейся штанги, истирает, режет или скалывает породу забоя.
Вращательный способ бурения подразделяется на следующие основные виды: колонковое, шнековое, роторное, выполняемые самоходными установками или станками. Колонковым бурением проходят скважины диаметром 4,5…13 см и глубиной до 199 м. Колонковые станки или установки обладают лебедкой подъема трубчатых штанг и механизмом, вращающей эти штанги. На конце штанги расположен колонковый снаряд, имеющий кольцевую коронку (рабочая часть), армированной алмазами или резцами на твердых сплавах. Бурильный снаряд, вращаясь, внедряет колонку в породу, при этом образуется кольцевая выработка породы вокруг керна, который входит в колонковую трубу. Сделав проходку на необходимую глубину, буровые штанги, колонковый снаряд, керн поднимают на поверхность лебедкой. В процессе бурения насосом по бурильным трубам в забой скважины подают раствор из глины (или воду), который, смешиваясь с частицами разрушенной породы, выносит их через кольцевое пространство между стенками скважины и штангами на поверхность. Глинистый раствор обеспечивает охлаждение бурильного инструмента и одновременно защищает стенки скважины от обрушения.
Шнековое бурение используют для скважин диаметром 11…12,5 см и глубиной до 30 м в мерзлых и мягких грунтах. Шнековый буровой станок имеет металлическую раму. Она состоит из 2-ух направляющих стоек, которые установлены на полозьях или передвижной платформе. Направляющие стойки рамы служат для перемещения электродвигателя с редуктором. В шпиндель электродвигателя вставлены буровые рабочие штанги, представляющие собой трубы, где на их поверхности по линии винта наварены реборды (стальные полосы). Штанги извлекают ручной лебедкой. При углублении скважины штанги необходимо наращивать, для этого их между собой соединяют патронами. Звенья штанг заканчиваются долотом (или лопастным резцом), являющимся рабочей частью, при вращении штанг они врезаются в породу. Выбуренную породу винтовым конвейером выдают на поверхность.
Роторным бурением устраивают скважины диаметром 30…40 см и глубиной 150…1200 м. В роторную бурильную установку входят вращатель (ротор, сборная вышка) и оборудование, промывающее скважины раствором из глины. Круглый стол ротора имеет вкладыши, через которые проходит рабочая труба. Роторные вкладыши передают вращение от двигателя к бурильным трубам, прикрепленным к рабочей трубе. Благодаря соответствию размеров вкладышей ротора и наружного диаметра рабочей трубы, последняя может, одновременно вращаясь, перемещаться вниз и вверх. Лопастные и шарошечные долота, установленные на нижнем конце бурильной трубы, разрабатывают грунт забоя скважины по всей площади. Рабочая труба верхним концом соединена с вертлюгом, к которому присоединен насосный рукав, предназначенный для подачи глинистого раствора в бурильные трубы. Вся система бурильных и рабочих труб с вертлюгом подвешивается к крюку. Трубы (рабочие и бурильные) поднимают и опускают с помощью каната, навитого на лебедочный барабан.
Для бурения шпур в породах, имеющих мягкую и среднюю твердость, и в мерзлых грунтах применяют сверлильные машины, работающие на электрическом токе. Сверлильные машины могут быть легкими (с ручной подачей) и тяжелыми (колонковые). Осевое давление в ручной электрической сверлильной машине создается мускульной энергией бурильщика. Колонковая электросверлильная машина имеет автоматическую подачу. Буровая штанга сверл закрепляется в патроне шпинделя. Нижний конец ручной электросверлильной машины оснащают резцом, сделанной из твердого сплава. Подбор буровых штанг выполняют комплектно, соответствуя глубине шпура. Когда бурят ручной электросверлильной машиной, в шпуре образуется буровая мелочь или шлам, который нужно удалить. Для этого сверло быстро вытаскивают из шпура, при этом его вращение не должно прекращаться. Работая колонковыми электросверлильными машинами, шлам устраняют промывкой.
Ударным бурением разрабатывают скважины на полное сечение с начальным диаметром 30 см и конечным 15 см, глубиной до 250 м. Разработка скважин ведется сплошным забоем. Ударным способом бурят скважины для водоснабжения, проводят детальную разведку каменных материалов и инженерно-геологические исследования, замораживают грунт, устраивают набивные сваи и т. д. Ударное бурение подразделяют на ударно-вращательный, ударно-канатный, ударно-штанговый.
Применяют ударно-вращательное бурение для устройства шпур и скважин, обладающих различной крепостью. Станками ударно-вращательного бурения производят проходку скважин до 30 м. При данном способе бурения ударное действие и вращение инструмента совершают двумя независимыми механизмами – пневмоударником и вращателем. Пневмоударник является пневматическим молотком, в котором баек движущегося возвратно-поступательного поршня со штоком наносит удары по коронковому хвостовику. Коронка во время бурения может перемещаться вдоль оси пневмоударника на 2 см. Сжатый воздух к пневмоударнику поступает через буровые штанги. Вращатель состоит из электродвигателя и редуктора, при работе станка он приводит во вращение пневмоударник и буровую штангу, который внедряются в грунт. Штанга должна вращаться с частотой 25 об./мин. Буровую пыль, выходящую из скважины, улавливает обеспыливатель.
Ударно-штанговое бурение обеспечивает минимальное отклонение по вертикальной оси скважины. Опускают буровой снаряд в скважину на трубчатых бурильных штангах. Между собой штанги соединены замками на конической резьбе. Для подвешивания колонн буровых штанг используют вертлюги усиленной конструкции.
При ударно-канатном способе бурения буровой снаряд весом до 3 т падает в забой скважины с высоты больше 1 м, развивая значительную ударную силу. Станок, предназначенный для ударно-канатного бурения, работает так. Опорная мачта бурильного станка состоит из блока. Канат, перекинутый через этот блок, проходит под балансирным роликом и огибает далее ролик, являющийся направляющим. Канат закреплен на лебедочном барабане. Кривошипно-шатунная передача подает качательное движение балансирному ролику, благодаря этому буровой снаряд периодически подымается и падает. В буровой снаряд входят ударная штанга, канатный замок и долото. Различают долото плоское, двутавровое, крестовое и округляющее. Их изготовляют из легированной стали. В процессе бурения скважину заливают водой, с тонкоизмельченной породой она образует шлам. Его время от времени вычерпывают с помощью полого цилиндра (желонки), у которого на нижнем конце находится клапан. Станки ударно-канатного бурения имеют производительность до 30 м в смену.
Инструменты бурения
Перфораторы, используемые для бурения шпуров, могут быть ручные (имеют массу до 24 кг, им бурят шпуры глубиной до 3 м) и колонковые (либо станковые, масса – до 40 кг, глубина бурения – до 5 м). Воздух к перфоратору подводится компрессором. Рабочим органом перфоратора является буровая головка. Нетрещиноватые породы, обладающие мягкой и средней крепостью, бурят головкой с одним долотом, который армирован твердыми сплавами. При бурении вязких и трещиноватых пород применяют двухдолотчатые головки. Крестообразными головками бурят породы средней крепости, имеющих незначительную трещиноватость, а также вязкие породы. Для бурения крепких и трещиноватых пород используют кресто- и звездообразные головки.
Перфораторные молотки, очищающие каналы от каменной мелочи и пыли, подразделяют на мокрые и сухие. У мокрых перфораторов есть специальные устройства, промывающие канал водой, а в сухих перфораторах канал продувается воздухом. Мокрое бурение лучше сухого, т. к. вода, применяемая для промывки канала, способствует снижению сопротивляемости породы и увеличению стойкости головки бура за счет охлаждения ее водой и уменьшения трения о канальные стенки.
Вибрационный способ применяют для бурения шпур и скважин в мягких грунтах диаметром до 12,5 см и глубиной до 25 м. При вибрационном бурении под воздействием вибрационного снаряда происходит выделение связной жидкости из грунта. При этом частицы грунта, находящиеся в контактной зоне с вибрирующими наконечниками, переходят в состояние подвижности, одновременно резко снижается и сопротивляемость грунта сдвигу. Таким образом, буровой инструмент начинает внедряться в породу. Методы устройства каналов вибрационным способом бурения сходны вибропогружению шпунта и свай. Скорость бурения при вибрационном способе довольно высокая (например, в суглинистой почве шпур глубиной до 1,1 м пробуривается за несколько секунд). По мере увеличения глубины выработки у бурового инструмента вибрация затухает, уменьшается скорость проходки, а на глубине 20…26 м проходка прекращается.
При любом механическом способе бурения скважинные стенки закрепляют обсадными трубами, у которых внутренний диаметр составляет 5…20 см. Колонны обсадных труб выполняют из звеньев длиной 1,6…4,4 м, при бурении их опускают, при этом начинают с большего диаметра. С увеличением глубины скважин переходят на малые диаметры. Соединяют звенья труб ниппелями, муфтами либо свинчивают между собой способом «труба в трубу». Диаметр бурового инструмента должен быть на 5…10 мм меньше внутреннего диаметра труб. Внизу на обсадных трубах устанавливают коронку (так колонны обсадных труб легче опускаются), вверху – патрубок, защищающий трубные нарезки от ударов буровой установкой.
прорабофф.рф
Виды буровых установок
Комплекс устройства и смежных агрегатов для оборудования скважин используется в таких промышленных сферах, как:
- нефтедобывающая и газодобывающая отрасль;
- строительство;
- горнодобывающая отрасль;
- при геологоразведке.
В научных исследованиях применяются установки, модифицированные под добычу геологических образцов.
Буровые установки комплектуются в зависимости от следующих параметров:
- назначения скважины;
- с учетом климатических зон;
- параметров грунта.
В строительстве и при некоторых методах геологоразведки используют передвижные или самоходные буровые установки.
Переносные комплексы или отдельные конструкции применяются при геологоразведке в горных массивах.
В зависимости от технических параметров работ, свайные установки классифицируются по типу привода, или способом питания на следующие подгруппы:
- Дизельные – конструкции небольшой мощности, осуществляют бурение до 100 м, отличаются высокой мобильностью.
- Электрические – небольшая мощность техники позволяет в короткие сроки устанавливать артезианские скважины.
- Электрогидравлические – использование распространенного типа питания, позволяет применять технику во всех сферах.
- Дизельно-электрические – применяется в оборудовании высокой мощности для использования в твердых, горных породах на значительную глубину (до 6 тыс. м).
В зависимости от климатической зоны, агрегаты имеют категорию: плавучие буровые (предназначены для работ на воде), наземные.
Классифицирование установок по методу бурения
Для механического разрушения породы используется несколько способов бурения.
Шнековое. Технический параметр работ подразумевает резцовое разрушение породы буровым механизмом с одновременным выбросом ее на поверхность.
Шарошечное. Разрушение породы происходит ударным способом, при котором порода истирается и выносится на поверхность воздушным потоком.
Ударно-вращательный способ бурения осуществляется машинами с установленным пневматическим ударником. Выброс породы происходит за счет работы дополнительного оборудования – компрессора.
Виды буровых установок, используемых для определенных пород
Для проделывания скважин, технически подходящих к конкретному типу породы, используют несколько видов механизмов.
Установки вращательного типа бурения. К забою машины установлен вращающийся механизм, который вырезает породу. В качестве ударника используется утяжеленная коронка или долото.
Вращательно-ударные установки. Вырезка породы осуществляется одновременным вращением забоя и ударными тактами. Долото или ударная болванка имеет армирующий усилитель. В некоторых случаях устанавливается алмазная коронка.
Ударный (снарядный) способ. Для проделывания отверстий в рыхлых, осадочных породах, применяют метод на основе ударов по установленному забою. Метод ударного бурения используется для получения отверстий не более 100 м.
Конструкции вибрационного типа. Через магистрали двойных труб подается вибрация от генератора, который является вторичной машиной бурового модуля. Виброзонд осуществляет вырезку породы и по смежным механизмам выбрасывает ее наверх.
Комплекс огнеструйного бурения. Для установки скважины в твердых, кристаллических горных породах, используют газовые струи для разрушения основы грунта. Установка приводится в рабочее состояние с помощью газа, который производит горение в недрах.
Разрядно-импульсное бурение производит разрушение и выброс породы с помощью электроимпульсов. Применяется при глубинной работе.
Взрывное бурение применяют при геологоразведке в горных массивах и труднодоступных местах.
Классификация по типу бурового вращателя
В зависимости от специфики вращательного механизма, конструкции подразделяются на несколько видов.
Шпиндельный механизм вращателя. Машины с такой модификацией вращателя считаются технически устаревшими, используются для комплектации скважин до 200 м в небольших промышленных предприятиях.
Установка роторного вращателя позволяет эксплуатировать комплекс в осадочных и горных породах на глубину выше средней.
Подвижный вращатель – современная технология, применяемая во всех отраслях, позволяет получать отверстия как при сверхглубоком, так и при поверхностном бурении.
Виды выполняемых работ
В зависимости от параметров выполняемых задач, эксплуатируемое оборудование имеет подкатегории:
- эксплуатационная техника;
- разведывательные устройства;
- машины для технических и вспомогательных процессов.
Эксплуатационные комплексы используются на предварительных заборах породы для дальнейших работ и исследований грунта. При инженерных работах параметр скважин имеет незначительную глубину.
Разведывательные машины используются для геологических поисков полезных ископаемых. В геологоразведке применяют для нахождения нефти и газа.
В этих же процессах для исследования водяных пластов и бурения артезианских скважин.
Вспомогательное оборудование используется для проделывания скважин под сваи в строительстве при укладке фундамента различной глубины и назначения.
Классификация установок по глубине выполняемых работ
Комплексы буровых установок по глубине проделанной скважины подразделяются на:
- Машины поверхностной (неглубокой) глубины до 600 м.
- Машины средней глубины скважин до 6 тыс. м.
- Глубинные комплексы более 6 тыс. м.
Каждая машина может оснащаться электрическим, гидравлическим или дизельным приводам. Метод получения скважин зависит от комплектации машины под вид конкретной работы.
Наземные буровые модули устанавливаются непосредственно на грунт, независимо от того предусмотрена ли транспортная опора или агрегат переносной.
Морские комплексы устанавливаются на плавучие опоры с разными схемами монтажа к подводному дну. Амортизационные комплектующие позволяют эксплуатировать при значительном колебании поверхности.
Классифицирование по способу передвижения
Буровые комплексы имеют типологию по способу передвижения.
Переносные
Техника небольших размеров используется для бурения до 200 м. Эти машины имеют небольшой вес (до 1000 кг), быстро комплектуются на участке, не требуют наличия сертификатов соответствия при буровых работах. Поскольку все элементы агрегата разбираются, переносятся и собираются на месте непосредственно – второе название малогабаритных установок – переносные буровые.
Чаще всего используется электрический привод, поскольку необходимое питание составляет 220 V. Такие агрегаты наиболее распространены при бурении водяных колодцев и артезианских скважин.
Переносные ручные
Разновидность малогабаритного оборудования используется для ремонта скважин, при мелком строительстве для отверстий под сваи и столбы, при монтаже отопительных систем.
Самоходные
Агрегат располагается на транспортном средстве большой грузоподъемностью. Оснащена установка рамой и кабиной. Для передвижения данного вида оборудования не требуется дополнительного транспорта.
Агрегат устанавливается на основу гусеничных тракторов, вездеходов, как наиболее распространенный вариант, используется рама КАМаЗ. При использовании установки при водном бурении используются катера или другой водный транспорт.
Самоходные буровые установки применяются в промышленной сфере для установки свай при промышленном строительстве, при добыче нефти и газа, реже в мелком хозяйстве. Используется гидравлическая или механическая система, при питании от двигателя буровой, электродвигатель или гидромотор.
К преимуществам самоходных буровых установок можно отнести следующие критерии:
- Возможность использования в труднопроходимой и горной местности, за счет монтажа установки на соответствующую основу.
- Использование канатного способа для скважин.
- Установку не нужно демонтировать после использования.
- Возможность эксплуатации в качестве стационарного агрегата.
- Более дешевый ремонт, в сравнении со стационарными машинами.
К самоходным агрегатам относят класс гидравлических машин. Преимущество гидравлической системы состоит в том, что агрегат не нуждается в электропитании. Бурение осуществляется за счет веса утяжеленного бура.
Стационарные
Буровые агрегаты, оборудованные дополнительными опорами и монтажными элементами. Изготавливаются по типу блочного модуля, применяются при нефтедобыче и газодобыче. Модули оснащаются вышками с электронным управлением буровых работ.
В качестве дополнительных блоков в модули устанавливаются системы очистки, обогревательные установки и прочее оборудование. Для производства нефтяных скважин в условиях пониженных температур, разрабатываются стационарные буровые с дополнительными блоками питания для поддержания рабочей температуры.
promzn.ru
Какие бывают типы скважин
Существует несколько типов скважин на воду. К ним относятся следующие:
- фильтровая в песчаных грунтах;
- эксплуатационная, которая бурится, если обнаружен водоносный горизонт;
- на известняк;
- артезианская.
Что касается фильтровой разработки в песчаных горизонтах, то для определения водоносного слоя проводится разведочное бурение. Во время такого процесса может сложиться несколько положений, в двух из которых обнаружится водоносный слой с водоносным песком, разбавленным другими видами грунта, и только в одном из них будет вода, а в последнем ее не будет совсем. Глубина этой скважины должна составлять не менее 13-15 м.
Когда водоносный слой обнаружен, возникает необходимость в бурении эксплуатационной разработки, глубина которой составляет уже от 15 до 25 м.
При ее бурении используются следующие способы:
- ударно-канатный;
- комбинированный;
- шнековый.
Такое бурение не обойдется без применения защитной трубы, необходимой для сохранения ствола разработки от разрушения, в качестве которой нужно использовать металлические трубы, соединенные резьбой диаметром в 168 мм.
Их извлекают после установки фильтровой и рабочей трубы.
Для устройства эксплуатационных труб необходимо иметь в виду, что они имеют три составные части:
- Труба, располагающаяся от поверхности до уровня воды, служит для защиты ствола отработки от разрушения и является местом для размещения водоподъемных агрегатов.
- Фильтрующая колонна является продолжением рабочей колонны и представляет собой трубу сечением 200-315 мм. Она служит для подъема воды из глубин водонасыщенного песка на поверхность, а фильтр очищает воду от частиц песка.
- Труба с заглушкой служит запасом воды.
Несмотря на то что известняковые породы являются более твердыми, чем песчаный грунт, разработка в них считается менее трудоемким процессом, так как отпадает необходимость в применении защиты от разрушения ствола как раз из-за твердости известняковых грунтов. Отпадает опасение за разрушение границ колодца.
Бурить в известняковых породах нужно шнеками, которые по виду напоминают штопор. Глубина колодца в известняках доходит от 15 до 40 м.
Третьим типом является артезианская скважина. Она находится на большой глубине и закрыта глиной, которая, в свою очередь, является водонепроницаемой породой и представляет собой барьер для проникновения на поверхность вод четвертичных отложений. Такие воды при вскрытии их скважиной вырываются к поверхности земли под большим давлением и достигают уровня от 5 до 15 м.
Какие существуют типы бурения скважин
Виды бурения находятся в прямой зависимости от типов выработки и делятся на шнековые и роторные.
Шнек напоминает винт мясорубки или прибор рыбака, который используется для подледного лова.
Во время вращения шнек за счет винтообразных лопастей поднимает и выбрасывает грунт на поверхность. Шнековым методом можно достаточно быстро достичь в день десятков метров разработки, за исключением столкновения с твердыми породами ледникового периода или подвижными плитами, которые затягивают скважину до того момента, когда она защищается обсадной колонной.
Известняковые выработки бурятся роторным способом. Глубина залегания таких вод достигает свыше 200 м. Бурение скважин при этом недоступно шнеку. Они бурятся оборудованием с использованием долота из твердых сплавов. На буровой устанавливается силовой агрегат, называемый ротором, он приводит в движение долото. Двигатель вращает ротор, а долото работает за счет бурильных труб.
Такая проходка занимает до недели из-за твердости пород и глубины их залегания. Стоимость ее значительно выше шнековой, но преимуществом является большое количество воды, добытое из скважины.
Бурение скважин на воду производится несколькими методами, к ним следует отнести:
- ударно-канатный;
- вращательный;
- шнеками;
- колонковый;
- с промывкой;
- с продувкой;
- комбинированный.
Помимо вышеизложенных способов бурения скважин на воду существуют и другие варианты добычи воды из выработок разного типа. Среди них колодец, выработка на песок.
Типы и виды водозабора определяются более конкретно после исследования места устройства выработки, которое дает представление о типе скважины и видах разработки, применимых в данной ситуации.
Бурение скважин на воду, его типы и методы находятся в прямой зависимости от вида и предназначения скважины. Поэтому хозяин загородного участка должен прежде всего определить, для чего именно он будет использовать выработку, какой глубины она будет, в каких грунтах будут проводиться строительные работы, какова глубина залегания водоносного слоя. Затем исходя из этих данных выбирают вид и метод бурения.
moyaskvazhina.ru
Виды буровых способов
Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.
Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.
Различают три основных способа механического бурения:
- Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
- Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
- Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).
Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.
В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:
- колонковое;
- шнековое;
- роторное.
Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.
Специфика колонкового бурения
Колонковое бурение — механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.
Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу — коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.
При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.
Шлам с забоя иногда удаляют промывкой — нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.
Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.
Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:
- геологоразведка полезных ископаемых;
- бурение разведочных скважин;
- устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.
Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.
В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.
По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.
Используемое оборудование и инструменты
Для колонкового бурения используются следующие инструменты:
- буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
- колонковая труба;
- труба для отвода шлама;
- штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
- муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.
При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки — дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты. Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.
Технология колонкового бурения
Главная особенность колонкового бурения — прохождение породы с полным её сохранением в колонковой колонне. Т.е., при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности. При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.
Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:
- бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
- колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
- верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
- бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно «ввинчивает» ее в грунт;
- колонковая труба постепенно наполняется керном — заклинившим в ее полости грунтом;
- после проходки 50 — 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
- трубу освобождают от выбуренной породы;
- опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.
Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.
Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.
Веские достоинства и недостатки
В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток — невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.
К достоинствам колонкового бурения относят:
- высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
- сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
- возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.
Колонковое бурение — один из самых скоростных методов устройства водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день.
Особенности шнекового бурения
Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.
Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.
Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду. Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.
Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.
Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.
Задействованное оборудование и инструменты
Шнековое бурение производится буровой установкой, главным элементом которой является бурильный инструмент винтового типа, выполненный из высокопрочного металла. Буровую колонну по мере заглубления наращивают шнеками равного размера. В комплекте иногда применяются лопастные долота, необходимые для прохождения рыхлых пород, а также долота с круглыми или конусообразными головками, используемые для разработки твёрдых пород.
Большинство современных бурильных установок оборудованы полыми снарядами, оснащёнными реверсивными замками, которые не допускают движение инструмента в обратную сторону. Режущие части шнека в процессе бурения охлаждаются за счёт разрабатываемого грунта, а разработанная порода поднимается вверх по спиралям. Это позволяет проводить бурения без остановок, значительно уменьшая временные и энергетические затраты на создание водоносной скважины.
Технология шнекового бурения
После выполнения проходки, глубина которой составляет 1,5 — 2,0 м, шнек извлекается, и в скважину устанавливаются обсадные трубы. Диаметр водозаборной скважины, пробуренной при помощи шнека, составляет 50 — 200 мм и зависит от размера используемого инструмента.
Обрушение стенок скважины предотвращают обсадные трубы. Особенно это важно для рыхлых несвязных грунтов, поэтому у бурильщиков существует правило: использовать при проходке супесей и суглинков шнеки с расположением лопастей под углом 30 — 60º, а при бурении песков плотного сложения инструмент с лопастями под углом 90º. При меньшем наклоне витков шнековой спирали больше несвязного отвала выносит на поверхность шнек.
Плюсы и минусы применения шнека
Шнековый метод бурения позволяет произвести устройство скважины максимально быстро, при условии, что размер шнека и угол наклона долота были подобраны правильно. К достоинствам шнекового бурения относят:
- грунт поднимается на поверхность сразу в процессе бурения;
- высокая скорость углубления в грунт без технологических остановок;
- нет необходимости делать промывку ствола скважины;
- компактной шнековой установкой или ручным шнеком можно бурить внутри дома (в подвале);
- нет необходимости поднимать на поверхность первое звено и разбирать/собирать буровую колонну как при колонковом методе.
Главным недостатком шнекового бурения можно считать невозможность работы на сыпучих и очень твёрдых грунтах, но в то же время шнек — идеальный инструмент для бурения в суглинистых, смешанных (глина и супесь) и мягких глинистых грунтах. Ещё один недостаток, ограничивающий применение шнека для устройства водоносных скважин — необходимость применять ударно-канатный способ для очистки ствола от отваленной породы.
Характеристика роторного бурения
Роторное бурение — метод вращательного бурения, при котором разрушение грунта осуществляется при помощи долота, приводимого в движение в забое скважины от ротора буровой установки. Ротор вращается от двигателя автомобиля или отдельно установленного электродвигателя посредством приводного вала. Разработанный грунт вымывается из шахты скважины методом прямой или обратной промывки. Промывочный раствор может подаваться как самотёком, так и насосной станцией.
Роторное бурение применяется для разработки скальных и полускальных грунтов при устройстве глубоких скважин до 150 м. Роторная буровая установка с правильно подобранным долотом и утяжеленными бурильными трубами отлично справляется со скальными породами.
Специалисты-буровики рекомендуют использовать этот метод бурения при соблюдении следующих условий:
- Гидрогеологический разрез участка изучен достаточно хорошо. Известно, что бурить предстоит скальные породы. Известен уровень залегания водоносной зоны в коренных породах.
- Подземная вода обладает характерным для артезианских скважин напором
- Имеется возможность бесперебойной доставки технической воды для промывки скважины.
В южных районах роторное бурение можно производить круглый год, а в северном климате применение этого способа ограничено из-за возможности замерзания промывочной жидкости.
Применяемое оборудование и инструменты
Роторное бурение водоносных скважин осуществляется с применением рамной или решётчатой вышки, на которой расположено подъёмное оборудование и остальные элементы буровой установки. Вышка даёт возможность поднимать и опускать в скважину бурильные колонны.
В состав буровой установки роторного типа входит:
- рамная или решётчатая вышка;
- двигатель с приводом;
- ротор и бурильная колонна;
- насосное оборудование и система очистки промывочной жидкости;
- подъёмное оборудование, напорная магистраль, вертлюг, сальники и т.д.
В самоходных установках в качестве двигателя используется ДВС автомобиля, на базе которого размещен буровой комплекс. В данном случае мощностью двигателя регулируются обороты бурового инструмента.
Ротор при помощи зубчатого устройства передаёт вращение на ведущую трубу, которая в свою очередь сообщает его на основной бурильный инструмент — долото. Долото может иметь различную форму и изготавливается из высокопрочных материалов: композиты, сталь с алмазным напылением и др. Для каждого типа грунта подбирается особый размер и форма долота, обеспечивая тем самым высокую эффективность и скорость проходки.
Своеобразие роторной технологии
Роторное бурение скважин на воду осуществляется в три этапа:
- Разрушение породы при помощи долота.
- Вынос разрушенной породы на поверхность потоком нагнетаемой воды.
- Укрепление стенок скважины обсадными трубами.
Вынос разрушенного грунта производится путём обратной или прямой промывки. Выбор способа промывки зависит от конкретных условий: глубины скважины, типа грунтов, наличия необходимого объёма промывочной воды. Как правило, в частных хозяйствах используется технология бурения с прямой промывкой, которая включает в себя следующие этапы:
- заглубление в грунт долота большого диаметра;
- вращение долота под воздействием ротора;
- установка бурильных труб и монтаж утяжелённых труб между ними и долотом;
- удаление отработанного грунта напором жидкости при помощи насоса;
- монтаж обсадной трубы, чтобы предотвратить обсыпание грунта внутри скважины;
- бурение долотом меньшего диаметра и повторение всего цикла.
При обратной промывке грунт выносится из скважины по трубам бурильной колонны, а промывочная жидкость заливается между стенками скважины и трубами.
Вода самотёком поступает в предварительно подготовленный резервуар, где происходит её очистка от грунта и шлама, и возвращается в бурильную колонну за новой порцией отработанной породы.
Достоинства и недостатки роторного бурения
Главным достоинством роторного способа является возможность бурить глубокие скважины с забором воды в трещиноватом известняке. Кроме этого данный метод бурения имеет следующие преимущества:
- высокое качество вскрытия водоноса в коренных скальных породах;
- возможность устройства скважины большого диаметра до 200 см;
- высокая скорость бурения, небольшие затраты энергоресурсов.
Существенным недостатком роторного бурения можно назвать необходимость организации промывки скважины.
Какой способ бурения выбрать?
Все рассмотренные способы механического бурения широко применяются для устройства водоносных скважин. Подводя итоги, можно сказать, что:
- Колонковое бурение целесообразно использовать для проходки в пластичных глинистых грунтах. Колонковый способ подходит для устройства большинства водозаборных выработок, при необходимости используется в паре с ударно-канатным.
- Шнековое бурение по сфере применения схоже с колонковым методом. От него отличается некачественной очисткой ствола, требует обязательного использования желонки или долгосрочной промывки скважины перед эксплуатацией.
- Роторное бурение — оптимальный вариант для пробивки стволов скважин в скальных грунтах.
Стоимость обустройства скважины с использованием того или иного метода бурения во многом зависит от того, какое оборудование применяется, а также от категорий пройденных пород по буримости.
Полезное видео по теме
Ролик с демонстрацией принципа классического колонкового бурения с извлечением керна напором воды:
Особенности бурения скважины шнеком:
Колонковое бурение скважины с промывкой забоя и установкой двойной обсадки, наружная часть которой выполнена стальными трубами, внутренняя полимерными:
Бурение водоносной скважины — трудоёмкий процесс. От правильности выбранного метода бурения зависит не только скорость устройства автономного источника воды, но и финансовые затраты. Первое, на что стоит обратить внимание при выборе метода бурения, это тип грунта и глубина залегания водоносного слоя.
Исходя из этих параметров, вы сможете выбрать оптимальный вариант, который позволит вам пробурить скважину быстро и недорого.
sovet-ingenera.com