Роторный способ бурения

Роторное бурение является одним из самых широко распространенных методов устройства разведывательных и эксплуатационных скважин для любых сред. Такое бурение основано на передаче вращательного движения через поверхностный ротор на буровую колонну.

Роторное бурение скважин характеризуется отсутствием осевого усилия от привода и сопровождается промывкой забоя от породы водой или специальными растворами. Метод имеет богатую историю и активно эксплуатируется уже около 140 лет.

Состав установок

Установки для роторного бурения могут быть стационарными или смонтированными на базе самоходного транспорта. Для различных конструкций имеются одинаковые элементы:

• вышка;
• двигатель;
• привод;
• ротор;
• бурильная колонна;
• вертлюг;
• насосы;
• напорная магистраль;
• система очистки и возврата промывающей жидкости;
• подъемное оборудование.

Принцип действия установок роторного типа

Бурение скважин роторным способом выполняется с применением решетчатой или рамной вышки, на которой крепится подъемное оборудование и другие системы установки. Она обеспечивает возможность поднимать и опускать в ствол скважины протяженные участки бурильной колонны.

В составе установки может применяться электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. В качестве такого двигателя может использоваться ДВС транспортного средства, на котором смонтировано оборудование. Привод передает вращение от двигателя на ротор. На привод может быть возложена функция изменения диапазона оборотов вращения бурового инструмента.

Ротор с помощью зубчатой передачи преобразует вращение приводного вала во вращение детали, которую называют столом ротора. На оси стола есть отверстие для ведущей трубы бурильной колонны. Отверстие и сама колонна имеют квадратную, шестигранную или другую профилированную форму. По способу передачи усилия соединение напоминает шлицевое. Ведущая труба воспринимает крутящий момент от ротора, но сохраняет возможность свободно перемещаться в осевом направлении. Часть стола с профильным отверстием является съемной и может заменяться под различные типы труб. Эту деталь называют рабочим вкладышем.

Бурильная колонна состоит из отдельных труб, что соединены с ведущей трубой и между собой – разъемными муфтами. По трубам вращение передается на долото. Долото вращается и своими рабочими кромками разрушает породу в зоне забоя. Долото может иметь разные типы рабочих органов. Могут применяться алмазные, твердосплавные, композитные материалы. Форма кромок может быть режущей или с шарошками. В разных грунтах и слоях грунта оправдано применение разных типов рабочих граней долота.

Буровая колонна не воспринимает осевое усилие от ротора. Для исключения изгиба труб колонна должна пребывать в растянутом положении. Но и давление от рабочих органов на зону забоя тоже должно присутствовать. Усилие создается непосредственно над долотом, его обеспечивает повышенная масса специальных утяжеляющих труб. Действие силы тяжести распределяется следующим образом: ¾ массы давят на долото, а ¼ растягивает подвешенную буровую колонну.

Верхний приводной вал колонны подвешен к талевой системе через вертлюг, который обеспечивает свободное вращение груза. Через вертлюг и полые трубы буровой колонны к соплам долота подается промывочная жидкость.

Напор жидкости помогает размывать грунт под долотом, подхватывает и выносит его на поверхность по зазору между стволом и бурильными трубами.

Попадая на поверхность, жидкость собирается и поступает на очистку. Удаление продуктов бурения производится с помощью вибрационных, решетчатых и инерционных фильтров.

После очистки насосы вновь закачивают жидкость в колонну. Большей частью применяются ступенчатые поршневые насосы. Бурение скважин в разных материалах и на разные ресурсы требует использование своих промывочных жидкостей. При бурении скважин на воду в скалистых породах может применяться чистая вода, а для рыхлых осыпающихся грунтов – раствор воды с глиной. В некоторых случаях скважину продувают сжатым воздухом.

Технологические особенности бурения

В процессе роторного бурения скважин грунт из забоя вымывается, а колонна опускается все ниже. При углублении буровая колонна постепенно наращивается добавлением бурильных труб. Подъем колонны осуществляется талевой системой в верхней части вышки. Разборка колоны при подъеме выполняется поэтапно труба за трубой.

Процесс роторного бурения может выполняться ступенчато. После прохода первых рыхлых слоев колонна поднимается, а в скважину опускается обсадная труба. Кольцевой зазор заполняется цементным раствором. Когда он застывает, в скважину опускают долото меньшего диаметра и продвигаются дальше. Таких этапов может быть несколько. На последнем этапе в скважину опускают эксплуатационную трубу с перфорацией на конце.

Скорость вращения, интенсивность закачки жидкости, масса и количество утяжеляющих труб, тип долота зависят от глубины погружения и физико-химических характеристик пласта. Бурение скважин в легких породах производится на максимальной скорости и с максимальной подачей промывки. При прохождении скалистых слоев частота вращения снижается и уменьшается объем жидкости, необходимый для выноса выработанной породы. Диапазон изменения скорости вращения может составлять от 90 до 400 об./мин, давление на дно забоя от рабочего органа достигает 1 т/кв.см, подъем жидкости в стволе происходит со скоростью до 0,8 м/с.

Роторное бурение позволяет выполнять скважины глубиной более 10 км. Диаметр ствола может достигать 1,5 м. Передвижные установки рассчитаны на выполнение скважин до 1,5 км с диаметром до 214 мм. Преимуществами метода является высокая скорость продвижения и применимость почти для всех пород и глубин. Исключением являются пласты с включениями отдельных валунов, из-за которых может заклинить рабочий орган, и грунты, активно впитывающие промывочную жидкость.

В зимнее время применимость метода ограничивает замерзание промывочной жидкости. Роторное бурение трудно организовать в районах с дефицитом воды и глины. Использование глинистого раствора при бурении скважин на воду может закупоривать водоносный горизонт и требует последующей продолжительной промывки водой. Для рыхлых пород и больших диаметров иногда применяется обратное направление промывки, когда вода подается по стволу, а всасывается у основания колонны. При таком методе для очистки жидкости применяют отстойники.

Источник: moyaskvazhina.ru

Особенности технологии бурения

1 – долото, 2 – муфта для крепления бурового инструмента, 3 – буровая колонна, 4 – поток шлама, 5 – резервная емкость с водой, 6 – ротор, 7 – грязевой насос, 8 – шламоотвод, 9 – емкость для воды, 10 – шлам из скважины в отстойнике, 11 – перегородка шламоотстойника, 12 – питающий подвод воды в скважину

Способ роторного бурения характерен применением большого количества воды, которая используется для:

1. Охлаждения инструмента в процессе его работы;
2. Размягчения грунта.
3. Выноса продуктов бурения (шлама) из рабочего пространства ствола.

Для улучшения процесса проходки вместо воды применяют глинистые растворы, более интенсивно охлаждающие инструмент и обладающие смазывающими свойствами. При бурении стволов на воду глинистые растворы проникают в трещины и капилляры водоносного слоя, препятствуя поступлению природной жидкости в скважину, этот процесс получил название «глинизации». Для устранения этого явления применяется длительная промывка водоносного слоя с целью восстановления дебета водозаборного устройства.

Роторное бурение с обратной промывкой (рис.1) предусматривает использование чистой воды, подаваемой в ствол скважины, а вынос продуктов рыхления производится по каналу бурильной колонны с применением грязевого насоса или эрлифтной системы (продувка сжатым воздухом).

Инструмент для производства работ

Данный вид бурения как способ проходки, основанное на измельчении проходимых грунтов, требует применения специального инструмента.

Основа процесса – вращения ротора под воздействием буровой колонны с осевой нагрузкой, определяемой характеристиками грунтов. По средним и тяжелым слоям применяются долота с твердосплавными вставками, а по скальным – с алмазными коронками, позволяющими достаточно легко проходить слои твердых известняков и более тяжелые скальные грунты.

Конструкция скважин

Основным показателем, определяющим конструктивные особенности водозаборного устройства, являются характеристики грунтов в месте установки скважины. Поэтому роторное бурение предполагает обязательную тщательную геологоразведку перед началом работ.

Чаще всего такой способ предусматривает получение водозабора стандартной конструкции, то есть:

• шахтное направление, предназначаемое для укрепления устья ствола при размывке его глинистым раствором. Длина направления составляет от 2-х до 6-ти метров и выполняется из труб увеличенного диаметра в зависимости от несущих способностей грунтов верхнего слоя;


• установка кондуктора – его назначение – изолировать ствол от воздействия проходимых водоносных слоев, эксплуатация которых не предусмотрена проектом водозаборного устройства. Длина кондуктора не превышает 50 метров;
• монтаж колонны промежуточного бурения;
• установка эксплуатационной колонны;
• монтаж фильтра водозабора.

Такой способ бурения с использованием глинистых растворов приводит к заполнению пор и трещин водоносного слоя глиной, значительно снижающей дебет водозабора. В таких случаях применяется технология разглинизации, состоящая в промывке чистой водой, что затратно по времени и требует большого количества жидкости. Поэтому роторное бурение скважин на воду чаще предполагает обратный способ промывки чистой водой с отводом шлама через буровую колонну.

Особенности проходки по различным грунтам

Роторное бурение позволяют с большой скоростью проходить практически любые виды грунтов. Однако такой способ встречает значительные препятствия в виде галечно – валунных слоев, поскольку они поглощают значительное количество промывочной жидкости. Поэтому тщательная геологоразведка мест бурения обязательна.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Такой способ строительства водозабора является наиболее производительным и позволяет за несколько дней выполнить его на глубину артезианских водоносных слоев.

Технология вращательного бурения позволяет выполнять скважины не только в вертикальном направлении, но и горизонтально, а также под углом с выходом в заранее намеченном месте.

Установка для роторного бурения компактна, часто ее располагают на шасси грузовых автомобилей, что обеспечивает ее применение в стесненных условиях загородного участка. Выпускаются также ручные буровые установки, перевозимые даже в салоне легкового автомобиля.

Высокая скорость роторного процесса позволяет выполнить артезианский водозабор на участке буквально за несколько дней в нужном месте. Это возможно даже на участках с окремненными известняками, какие весьма распространены во многих местах Подмосковья. Никакой другой способ бурения глубинных стволов не дает подобных результатов.

С глубин от 70 метров можно получить действительно экологически чистую воду, и никакие внешние условия не будут этому препятствием. А роторный метод позволяет выполнять шурфы глубиной 500 и более метров.

При роторном способе происходит качественное вскрытие водоносного слоя, что обеспечивает ее высокий дебет и долговечность. Применение обсадки ствола, а тем более двойной обсадки с трубами из ПВХ определяет жизненный цикл скважины не менее, чем в 80 лет.

К недостаткам можно отнести:

• необходимость получения разрешения на строительство артезианского водозабора, что предусматривает дополнительные расходы времени и денег;
• при бурении на известняк применение глинистого раствора неизбежно, что предусматривает дополнительные затраты на разглинизацию;

Дополнительная информация

Решение о строительстве артезианского водозабора подразумевает получение разрешения на создание такого объекта, а по окончании работ исполнитель должен оформить на нее технический паспорт, в котором указываются основные данные водозаборного устройства:

1. Глубина.
2. Статический уровень.
3. Динамический уровень.
4. Дебет.
5. Характеристика водозаборного слоя.

Паспорт скважины должен предъявляться по первому требованию водоохранных организаций.

Не лишне также напомнить о необходимости проверить добытую воду на химанализ. Отбор образцов жидкости нужно произвести в стеклянную тару, желательно от минеральной воды. Сдавать образцы на анализ нужно в химлабораторию водоканала.

Выводы

Роторный способ – один из новых методов выполнения стволов на воду, пришедший из нефтегазоразведки и занявший достойное место среди испытанных способов выполнения водозаборов.

Источник: oburenie.ru

Преимущества и недостатки технологии

Бурение скважин роторным способом — востребованный и прогрессивный метод. Он является разновидностью вращательной технологии. Включенный электрический двигатель (или газотурбинный агрегат) с помощью горизонтального вала приводит в действие ротор с рабочим механизмом. После этого скважина промывается и очищается сжатым воздухом, поступающим из компрессора.

Основные преимущества бурения скважин этим методом:

• предельно сжатые сроки проведения работ;
• возможность применения на любом участке;
• небольшие габариты и вес конструкции (делает возможным перемещать ее в любое место без специальной техники);
• низкая себестоимость монтажа труб;
• высокая производительность скважины (будет не только снабжать водой жилой дом, но и использоваться для наполнения бассейна, полива клумб, огорода и прочих технических нужд);
• стабильная подача воды без перебоев;
• продолжительный эксплуатационный период сооружения;
• отличное качество питьевой воды.

К недостаткам технологии относятся:

• невозможность осуществления работ в зимнее время при наличии замерзшего грунта;
• слишком большие затраты при бурении глинистых почв (обязательно наличие качественной глины и чистой воды);
• применение обсадных труб, предназначенных для определения водоносной жилы;
• высокая стоимость.

Подготовительный этап

Главное отличие роторного бурения — возможность разрушения любой подземной породы. Естественно, что данный процесс не должен осуществляться без перерывов. Бурильный механизм необходимо периодически очищать от глины и других пород водой, поступающей под давлением. Только так достигается эффективная работа установки.

Для качественного бурения скважины потребуются такие механизмы и приспособления:

• двигатель;
• вышка;
• подъемное оборудование;
• ротор;
• насосы;
• установка с приводом;
• бурильный вертлюг;
• желоб;
• вибрационное сито;
• талевая система с кронблоком;
• напорная магистраль;
• система для очистки и возврата промывочного состава;
• долото;
• муфты.

В затраты на проведение работ следует включить:

• стоимость труб (покупать можно как пластиковые, так и полипропиленовые изделия);
• подготовку рабочей площадки;
• доставку буровой установки к месту осуществления работ;
• сам процесс бурения;
• стоимость фильтров глубокой очистки воды.

Технология бурения поверхности

Существует два способа роторного бурения скважин: технологии с прямой и обратной подачей воды. Отличительная черта первого метода — прохождение бурильного механизма первые 100 м без использования обсадных труб.

Сфера применения технологии бурения с прямой подачей воды — песчаные, скальные и текучие типы почв. Буровая насадка (долото) вращается и разрушает породу. На начальной стадии применяется долото, которое отличается максимальным размером.

После запуска двигателя ротор с насадкой вклинивается в породу. Промывочный раствор под давлением вместе с разрушенной породой попадает между буровыми трубами и внутренней частью забоя и направляется к отстойнику.

После прохождения определенного участка монтируют обсадную трубу и крепят к роторному механизму долото, имеющее меньший размер. Во вновь пробуренный участок производится монтаж обсадной трубы диаметром, соответствующим долоту. Процесс бурения завершается, когда найдена водоносная жила.

Недостаток бурения с прямой подачей воды — вероятность попадания в водоносный слой мелких частиц глины или породы. А это может уменьшить производительность скважины.

По этой причине лучше использовать роторное бурение с обратной подачей воды. Она практически схожа с вышеописанной технологией. Основные отличия:

• использование обычной чистой воды;
• обратная подача производится посредством запуска глубинного насоса.

Преимущества бурения с обратной подачей чистой воды:

• осуществление процесса в максимально сжатые сроки;
• применение меньшего числа обсадных труб;
• можно управлять размером гидротехнического сооружения (сделать его как большим, так и маленьким);
• невозможность попадания породы или глины из промывочной жидкости.

Инновационные механизмы для бурильных работ

Люди с большим достатком могут воспользоваться новейшими моделями для бурения скважины. Одним из таких механизмов является роторная управляемая система. Она представляет собой металлический корпус с долотом, в который помещаются:

• отклоняющиеся педали;
• статор;
• трехсторонний дисковый клапан;
• регулировочный стержень;
• фильтр.

Педали роторной управляемой системы помогают прохождению бурильного механизма. Они покрыты вольфрамом, который не допускает преждевременного износа изделия. Вместе с долотом педали выполняют «пробивную» функцию, продвигая весь корпус сквозь подземные породы.

Предназначение статора — подача промывочной жидкости на педали, которые в ходе бурения немного отклоняются.

Контроль над количеством и потоком раствора — «забота» трехстороннего дискового клапана. С целью недопущения попадания жидкости в открытое пространство клапан периодически закрывает соответствующие отверстия статора.

Регулировочный стержень соединен с электронным блоком. Он предназначен для управления за положением клапана, который отклоняется в нужном направлении.

Функция фильтра — недопущение попадания мелких частиц в гидравлическую систему при отклонении педалей.

Использование управляемой системы для бурения скважин позволяет сделать скважину любого диаметра с любого места (поверхность земли, открытая шахта, цементная площадка).

Источник: kolodetsoved.ru

Области применения и преимущества роторного способа бурения скважин

Глубина скважины при роторном бурении может достигать 9 километров, и это одно из главных преимуществ технологии.

Основные области применения:

• разведочные скважины для глубинных исследований;
• нефтяные скважины;
• артезианские на воду;
• бурение плотных грунтов.

К преимуществам роторного бурения в сравнении с ударными методами относятся:

• высокая скорость;
• подходит для большинства грунтов (можно использовать сменные долота разного типа);
• компактность оборудования, сравнительно малый вес, мобильность.

Ограничения тоже есть:

• сложно работать зимой на мерзлом грунте;
• при наличии в грунте твердых включений необходимо специальное породоразрушающее оборудование;
• глинистый раствор, используемый при промывке, повышает стоимость работы и может создавать проблемы для изучения пластов;
• мощность установки зависит от ротора, а ротор – самый уязвимый узел комплекса.

В нашем распоряжении есть оборудование и специалисты для выполнения обоих видов бурения.

Наше оборудование для роторного бурения

Бурильный комплекс включает в себя следующие узлы:

• сама установка;
• вышка;
• ротор;
• поршневой насос;
• вертлюг;
• промывочная система (состоит из гидроциклонов, желоба и вибросита);
• талевая система включает в себя блок и кроноблок. На одном из ее крюков подвешен вертлюг;
• бурильная колонна;
• сменные долота.

Установка размещается на мобильной платформе. Может работать от электродвигателя либо от двигателя машины, на шасси которой размещена.

Для бурения твердых пород мы используем разные долота:

• струйные шарошечные;
• с шарошками, армированными твердыми сплавами;
• с маслозаполненными опорами шарошек;
• режущие долота с алмазными сегментами;
• с алмазно-твердосплавными сегментами.

Шарошечное долото работает в частотном диапазоне 40-200 оборотов в минуту. Допустимая нагрузка – 1 тонна на сантиметр долота.

Технология роторного бурения скважин

Роторное бурение – это один из видов вращательного бурения. От двигателя через горизонтальный приводной вал вращение передается на ротор, а оттуда на рабочий механизм –  ведущие вкладыши.

Во внешних вкладышах, которым передается вращение от ротора, помещены внутренние, меньшего диаметра. Их сечение совпадает с сечением рабочей трубы, с которой они взаимодействуют. Сечение труб может иметь разную форму: шестигранник, квадрат, крест и т.д.

Основа колонны – бурильные трубы, к которым внизу крепится долото с резцом. В нижней части колонны часто монтируются утяжеленные трубы, за счет большой массы повышающие эффективность работы долота.

Спускоподъемные операции обеспечивают свечи – бурильные трубы 25-50 м длиной. Длина свечи зависит от высоты вышки и глубины бурения. Для соединения друг с другом свечи оснащены конической резьбой.

Сверху рабочая труба соединена с вертлюгом, отвечающим за подачу промывочной жидкости. Жидкость к вертлюгу подводится с помощью гибкого шланга. Насадки долота имеют специальные отверстия, через которые при роторном бурении с прямой промывкой в забой подается раствор. Он охлаждает инструмент и вымывает из скважины шлам.

После промывки жидкость возвращается наверх по промежутку между бурильной колонной и стенками скважины. Наверху ее очищают и используют повторно.

В качестве промывочной жидкости могут использоваться:

• вода;
• нефтяная эмульсия;
• полимерный раствор;
• аэрированный раствор.

Вместо промывки может применяться продувка струей сжатого воздуха или (при низком пластовом давлении) специальной газовой смесью. Оптимальную технологию наш специалист порекомендует после ознакомления с особенностями вашего объекта.

Обсадные трубы

Поскольку глубина скважины, как правило, большая, а грунты различны по плотности, стенки необходимо защитить от обрушения, а полость скважины – от заполнения грунтовыми водами. Для защиты мы используем обсадные колонны.

Первая колонна – кондуктор – перекрывает неустойчивые породы. Обычно она располагается в интервале 30-600 метров, на нефтяных разработках глубина может быть меньше. После спуска мы цементируем обсадку (закачиваем раствор цемента между трубой и стволом скважины). Дальнейшее бурение выполняется внутри обсадной колонны долотом с меньшим диаметром.

Всего колонн может быть несколько. Трубы наименьшего диаметра размещаются на самой большой глубине и наоборот. Эксплуатационная колонна (самая глубокая) выполнена с перфорацией, через которую внутрь поступает искомый продукт – нефть, газ, вода.

Наши услуги роторного бурения в Москве

ПСК «Основания и фундаменты» выполняет бурение скважин различного назначения:

• геологоразведочные;
• нефтяные;
• на воду;
• под буронабивные сваи;
• лидерные для погружения бетонных и металлических свай, шпунтов;
• для установки опор ЛЭП и других инженерных конструкций.

Мы осуществляем все виды бурения:

• роторное;
• шнековое;
• колонковое;
• алмазное;
• с промывкой, продувкой, обсадными трубами, под защитой глинистого раствора.

Кроме этого мы предлагаем любые услуги начального цикла строительства:

• геологоразведочные и гидрогеологические исследования участка работ, полевые методы и камеральные исследования грунтов;
• экспертная оценка возможных воздействий строительного процесса на окружающие постройки и ландшафт;
• демонтаж фундаментов старых сооружений;
• работы по водопонижению;
• организация строительной площадки;
• проектирование и составление сметы;
• монтаж буронабивных, буросекущих, бурокасательных свай;
• погружение свай, устройство свайных полей;
• монтаж свайных фундаментов и ростверков для них;
• монтаж фундаментов другого типа – плитных, столбчатых, ленточных;
• устройство защитных ограждений строительных котлованов и подпорных стен – погружение шпунта, монтаж «стены в грунте».

Стоимость роторного бурения

Другие наши услуги

Спектр наших услуг широкий. Мы выполняем:

• диагностику состояния старых домов и их фундаментов;
• укрепление фундаментов, стен, несущих конструкций;
• алмазное штробление фундаментов, стен, перекрытий;
• предоставление в аренду буровой техники.

Для вас:

• низкие цены на роторное бурение и другие услуги, дополнительные возможности для экономии;
• большой выбор оборудования;
• квалифицированный персонал;
• бесплатные консультации;
• быстрые сроки;
• работаем в нескольких регионах;
• сертификаты на все виды работ – строительных, исследовательских, проектных;
• гарантия на любые работы.

Источник: inzhenery.ru

Другие статьи по теме:

Буровое оборудование для бурения скважин на воду Абиссинский фильтр Какая глубина скважины для питьевой воды Установка для бурения скважин на воду Как пробить скважину своими руками Как прочистить скважину на даче