Бурение скважин вращательным ковшевым способом

Вращательное бурение

Вращательное бурение — способ сооружения скважин путем разрушения горной породы за счет вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (долото, коронка).

Основные разновидности вращательного бурения, используемого для сооружения исследовательских и эксплуатационных скважин:

• роторное бурение (вращение передается инструменту через бурильную колонну ротором, установленным в буровой вышке),
• турбинное бурение (вращение инструмента двигателем-турбобуром непосредственно на забое),
• роторно-турбинное бурение (вращение инструмента турбобуром, установленным в забойном агрегате, вращаемом через колонну ротором),
• реактивно-турбинное бурение (вращение инструмента турбобуром, агрегат вращается от реактивных моментов),
• электробурение (вращение инструмента электромотором непосредственно на забое),
• бурение объемным двигателем (вращение инструмента винтовым гидравлическим двигателем на забое).

Вращательное бурение неглубоких (главным образом взрывных) скважин осуществляется путем передачи вращательного момента через штангу от бурового станка к породоразрушающему инструменту либо шарошечного типа, либо лопастного с удалением пород по витым штангам — шнекам; принцип вращательного бурения используется также при бурении сверлами.
Вращение бурового инструмента в комбинации с ударом применяют, например, при вращательно-ударном бурении, ударно-вращательном бурении.
В зависимости от глубины бурения мощность буровых установок, используемых для вращательного бурения, составляет от нескольких десятков кВт до нескольких тысяч кВт.
При вращательном бурении породы разрушаются по всему забою или по кольцевому пространству с отбором керна (колонковое бурение).
В зависимости от горнотехнических условий при вращательном бурении сооружают вертикальные, горизонтальные, наклонные, разветвленные и кустовые скважины.

Вращательное бурение заменило ударное бурение во 2 й половине 19 в., с начала 20 в. вращательное бурение — основной способ сооружения скважин.

Источник

Ковшебур (Ковшовый бур)

Ковшебур или ковшовый бур – еще один вид породоразрушающего инструмента, который применяется при медленно-вращательном бурении скважин. Помимо рассматриваемых сегодня ковшебуров в данной методике бурения используются ложковые и спиральные буры, каждый из которых обладает своей спецификой и преимуществами.

Медленно-вращательное бурение, принцип которого заложен в самом названии этой технологии, применяется преимущественно для бурения скважин большого диаметра. Кроме того, именно эта технология бурения часто применяется в условиях работы с мягкими породами, рыхлыми и обводненными грунтами.

Технология медленно-вращательного бурения может осуществляться как вручную, так и машинным способом, с использованием буровых установок. Простота, экономичность и надежность данного метода позволяет ему оставаться достаточно популярным решением для бурения неглубоких скважин большого диаметра для различных целей.

Ковшебур, применяемый при медленно-вращательном бурении, представляет собой полую конструкцию цилиндрической формы, в нижней части которой располагаются резцы, осуществляющие разрушение породы. Нижний торец инструмента снабжен специальным откидным днищем со стягивающим штоком. Через это снабженное специальными отверстиями днище в ковшебур поступает выбуренная порода, которая после заполнения цилиндра и его подъема на поверхность удаляется через откидное дно.

Методика осуществления спуско-подъемных операций инструмента различается в зависимости от типа конструкции ковшебура. В одном из вариантов ковшебур опускается к нижней оконечности обсадных труб при помощи каната, после чего крепится к ним. Вращение инструменту также передается через обсадные трубы. Во втором варианте ковшовый бур крепится к колонне бурильных труб, при помощи них опускается к зоне забоя и от них же получает энергию вращения.

Скорость бурения с применением ковшебура сравнительно низкая, на нее напрямую влияют такие факторы как выбор режима бурения, тип породы, в которой ведутся работы, также конструктивные особенности самого породоразрущающего инструмента.

Бурение с использованием ковшового бура не рекомендуется применять в грунтах, где присутствуют гравийно-глинистые отложения, а также встречаются валуны диаметром более 20 см. Тем не менее, данный инструмент достаточно широко применяется, например, при устройстве буронабивных свай.

Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:

Источник

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

Вращательное бурение скважин

При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.

Существует две разновидности вращательного бурения – роторный и с забойными двигателями.

При роторном бурении (рис. 9) мощность от двигателей 9 передается через лебедку 8 к ротору 16 — специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки. Ротор вращает бурильную колонну и привинченное к ней долото 1. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы 15 и привинченных к ней с помощью специального переводника 6 бурильных труб 5.

Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем – невращающейся бурильной колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка

При бурении с забойным двигателем долото 1 привинчено к валу, а бурильная колонна – к корпусу двигателя 2. При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку).

Буровой насос 20, приводящийся в работу от двигателя 21, нагнетает буровой раствор по манифольду (трубопроводу высокого давления ) 19 в стояк — трубу 17, вертикально установленную в правом углу вышки, далее в гибкий буровой шланг (рукав) 14, вертлюг 10 и в бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через имеющиеся в нем отверстия и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в системе емкостей 18 и очистительных механизмах (на рисунке не показаны) буровой раствор очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости 22 буровых насосов и вновь закачивается в скважину.

В настоящее время применяют три вида забойных двигателей – турбобур, винтовой двигатель и электробур (последний применяют крайне редко).

При бурении с электробуром электрическая энергия подается по кабелю, секции которого смонтированы внутри бурильной колонны и преобразуется электродвигателем в механическую энергию на валу , которая непосредственно передается долоту.

По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока (на рисунке не показан), талевого блока 12, крюка 13 и талевого каната11, подается в скважину. Когда ведущая труба 15 войдет в ротор 16 на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью клиньев на столе ротора.

Затем отвинчивают ведущую трубу 15 вместе с вертлюгом 10 и спускают ее в шурф (обсадную трубу, заранее установленную в специально пробуренную наклонную скважину) длиной, равной длине ведущей трубы. Скважина под шурф бурится заранее в правом углу вышки примерно на середине расстояния от центра до ее ноги. После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают), путем привинчивания к ней двухтрубной или трехтрубной свечи (двух или трех свинченных между собой бурильных труб), снимают ее с клиньев, спускают в скважину на длину свечи, подвешивают с помощью клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев, доводят долото до забоя и продолжают бурение.

Для замены изношенного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъемные работы ведут также с помощью полиспастной системы.

При подъеме БК развинчивают на свечи и устанавливают их внутри вышки нижними концами на подсвечники, а верхние заводят за специальные пальцы на балконе верхового рабочего. Спускают БК в скважину в обратной последовательности.

Таким образом процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спуско-подъемными операциями (СПО)для смены изношенного долота.

Как правило, верхние участки разреза скважины представляют собой легкоразмываемые отложения. Поэтому пред бурением скважины сооружают ствол (шурф) до устойчивых пород (3-30 м) и в него спускают трубу 7 или несколько свинченных труб (с вырезанным окном в верхней части) длиной на 1-2 м больше глубины шурфа.

Затрубное пространство цементируют или бетонируют. В результате устье скважины надежно укрепляется.

К окну в трубе приваривают короткий металлический желоб, по которому в процессе бурения буровой раствор направляется в систему емкостей 18 и далее, пройдя через очистительные механизмы (на рисунке не показаны), поступает в приемную емкость 22 буровых насосов.

Трубу (колонну труб) 7, установленную в шурфе, называют направлением. Установка направления и ряд других работ, выполняемых до начала бурения, относятся к подготовительным. После их выполнения составляют акт о вводе в эксплуатацию буровой установки и приступают к бурению скважины.

Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 400-800 м), перекрывают эти горизонты кондуктором 4 и цементируют затрубное пространство 3 до устья. При дальнейшем углублении могут встретиться горизонты, также подлежащие изоляции, такие горизонты перекрываются промежуточными (техническими) обсадными колоннами.

Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну (ЭК).

После этого все обсадные колонны на устье скважины обвязывают друг с другом, применяя специальное оборудование. Затем против продуктивного пласта в ЭК и цементном камне пробивают несколько десятков (сотен) отверстий, по которым в процессе испытания, освоения и последующей эксплуатации нефть (газ) будут поступать в скважину.

Сущность освоения скважины сводится к тому, чтобы давление столба бурового раствора, находящегося в скважине, стало меньше пластового. В результате создавшегося перепада давления нефть (газ) из пласта начнет поступать в скважину. После комплекса исследовательских работ скважину сдают в эксплуатацию.

На каждую скважину заводится паспорт, где точно отмечаются ее конструкция, местоположение устья, забоя и пространственное положение ствола по данным инклинометрических измерений ее отклонений от вертикали (зенитные углы) и азимута (азимутальные углы). Последние данные особенно важны при кустовом бурении наклонно-направленных скважин во избежание попадания ствола бурящейся скважины в ствол ранее пробуренной или уже эксплуатирующейся скважины. Фактическое отклонение забоя от проектного не должно превышать заданных допусков.

Буровые работы должны выполняться с соблюдением законов об охране труда и окружающей природной среды. Строительство площадки под буровую, трасс для передвижения буровой установки, подъездных путей, линий электропередач, связи, трубопроводов для водоснабжения, сбора нефти и газа, земляных амбаров, очистных устройств, отвал шлама должны осуществляться лишь на специально отведенной соответствующими организациями территории. После завершения строительства скважины или куста скважин все амбары и траншеи должны быть засыпаны, вся площадка под буровую – максимально восстановлена (рекультивирована) для хозяйственного использования.

Источник

Роторное бурение скважин на воду: что это такое — методы, способы, особенности и технологии

По телевизору нам нередко предоставляют сюжеты разведывательной проходки и эксплуатации шахты нефтяного назначения за счет приведения в работу породоразрушающего устройства внутри отверстия. Во время процесса происходит оборачивание снаряда по кругу с одновременным валовым давлением на поверхностный массив. При этом задействуют электрический двигатель или газотурбинные стационарные установки. Однако компактность устройства, высокая производительность и простота применения позволяет внедрять технологию роторного бурения скважин на воду на частных земельных участках с породами любого типа.

Немного истории

Ударный способ получения ресурса используется более двух тысяч лет. Но в 1901 году произошел прорыв в данной отрасли, американский инженер Льюис придумал совершенно новый метод вращательной проходки на нефть с одновременной непрерывной промывкой забоя глинистым раствором. Годом позже в Азербайджане, который входил в Российскую империю, началась добыча подобным образом. Самый пик производства пришелся на 20 гг. прошлого столетия. В современный момент выработка претерпела незначительные изменения, в частности, велись разработки совершенствования породоразрушающих механизмов, изобретались и внедрялись в отрасль совершенно новые жидкости для промывки и повышалась надежность отдельных частей и элементов системы. В итоге роторный метод бурения практически вытеснил со сцены классический ударный, используемый веками.

Определение технологии создания забоя сверлением

Ответ находится в вопросе. За счет вращательного движения происходит последовательное разрушение пластов грунта под воздействием твердосплавных рабочих элементов. Для повышения эффективности процесса в случае прохождения земли с высоким сопротивлением применяется ударное углубление. В конечном итоге, сам прием очень похож на то, как мы в быту сверлим стену перфоратором. В мягких почвах (суглинки, песчаники) мероприятие больше напоминает сверление обычной дрели. Особенностью можно считать огромное удлинение относительно диаметра, что заставляет применять специальные методики по выведению отработки. Для обеспечения этого используется разного вида жидкости с присадками, которые под давлением подаются в зону разрушения и выводят фрагменты на поверхность. Конечно, это не одна проблема при решении столь сложной задачи.

Грунт часто не достаточно устойчив и склонен к деформации, обрушению. Тогда совершенно необходимо использование обсадного оборудования. Это могут быть металлические или бетонные трубы, в редких случаях опалубка создается внутри шахты. В нашей статье мы не будем углубляться в эту отдельную тему.

Особенности бурения авангардным роторным способом

Все, что находится под нами, изучено недостаточно, поэтому на каждом этапе встречаются свои проблемы. Осадочные породы достаточно просты. С точки зрения разрушения, бур легко проходит через такие слои. Но вероятны вкрапления элементов с высокой твердостью. В целом основной «болячкой» таких скважин является неустойчивость стенок и необходимость их укрепления.

Ниже находятся более древние пласты, успевшие слежаться в «камень» (известняк, песчаник, сланец и т. д.). Простому бытовому устройству это уже сделать не по силам. Здесь необходимо применять серьезное оборудование. Но при этом стенки ствола не так склонны к обрушению, и во многих случаях не требуют дополнительного укрепления.

Достаточно часто бурильщики встречаются с базальтами и гранитами. Если первый материал не вызывает проблем, то второй предъявляет очень высокие требования к исполнительному органу. Обычно рабочая головка имеет несколько степеней вращения, то есть грань, непосредственно взаимодействующая с породой, также перемещается в своей оси. Это позволяет выйти на новый уровень работ и повысить эффективность агрегата в целом.

Комплектация роторной буровой установки

В зависимости от расстояния до поверхности и сложности поставленной задачи конструкция и технологические особенности системы могут быть совершенно различными.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

При этом они имеют общие черты:

• Для создания бытовых колодцев используются передвижные буровые с минимальной комплектацией. Они позволяют делать отверстие глубиной 5-40 метров, где диаметр может варьироваться от 30 до 100 и более сантиметров. Это оборудование обеспечивает большую часть потребностей сельского населения в снабжении питьевого ресурса. Они состоят из передвижного шасси с силовым приводом и лебедкой для монтажа буровых штанг. В комплект входят насадки. В этих системах не предусмотрено гидравлическое извлечение продуктов. Порода достается путем подъема коронки тросами.
• Более глубокие стволы требуют других технологий. Если невозможно гидравлическое бурение (с применением сильного напора воды), то используется подобное первому пункту оборудование, предусматривающее закачку в рабочую зону специальной жидкости. За счет этого отпадает необходимость периодического извлечения керна, так как по трубам в измельченной фазе он постоянно поступает на поверхность.
• Если нужно достигнуть горизонтов, находящихся на расстоянии от земли 200 и более метров, то используют классическое оборудование, состоящее из: вышки, поршневого насоса, вертлюга (обеспечивает подачу состава при вращении колонны), талевой системы с лебедками для подъема/опускания труб, элеватором для фиксации системы в момент наращивания.

Разнообразие конструкций и инженерных решений сильно зависит от свойств и особенностей грунтов. Существуют модели, работающие по иным принципам, например, силовая аппаратура устанавливается в непосредственной близости к точке бурения и передвигается в процессе углубления. В таком случае отпадает необходимость во многих классических приспособлениях. В России данная методика используется крайне редко.

Большинству людей интересен момент создания автономного, не зависящего от централизованного обеспечения, источника питьевой жидкости. Достаточно много организаций осуществляют такую деятельность. Квалифицированную консультацию можно получить в каждой из них, например, в компании «Вода Отечества». Стоит учесть, что добыча влаги из нижних горизонтов попадает под понятие «извлечение полезных ископаемых» и требует разрешения. Поэтому прежде чем приступить к реализации плана стоит тщательным образом изучить юридическую сторону и проконсультироваться у специалистов.

Преимущества и недостатки бурения скважин вращательным роторным способом

Каждая технология имеет свои плюсы и минусы. Рассуждать о достоинствах не приходится тогда, когда решение вопроса достигается исключительно одним известным подходом.

Оценим конкурентоспособность этого метода добычи воды:

• Высокая скорость проходки.
• Широкий перечень грунтов, пригодных к разработке.
• Относительная компактность и простота конструкции.
• Разнообразие комплектов снаряжения позволяет выполнять широкий спектр разных задач.

Сложности в деле могут быть следующие:

• Проблемы, возникающие при температурах ниже нуля.
• Необходимость в обеспечении большим количеством промывочного состава.
• Существуют огромные трудности забоя в грунте с валунно-галечными включениями, поглощающие промывку.
• Проведение сложных и длительных работ при использовании глины, которая тампонирует стенки, препятствуя естественному поступлению влаги.
• Высокие требования предъявляются ко всем главным механизмам от коронок до штанг.

Формула реализации роторного бурения скважин

Суть заключается в разрушении слоев по фронту проходки вращающимся рабочим механизмом. При малых расстояниях от поверхности возможно, как и при ударном методе, извлечение продуктов подъемом керна. Но на длинных стволах более 10-15 метров процесс становится слишком затратным по времени. Поэтому была разработана технология «вымывания» осколков, песка, мелкого гравия постоянным напором воды. Так как чистая жидкость недостаточно эффективна для достижения цели, были созданы специальные взвеси. Оптимальным составом является пульпа, содержащая большое количество глины. За счет вязкости и высокой плотности удается транспортировать в вертикальном направлении даже тяжелые фрагменты.

Что такое обсадные трубы

Верхние слои земли, а также все осадочные породы склонны к обрушению. В таких случаях необходимо искусственно создавать барьеры между отверстиями и грунтом. Для этого по мере прохождения внутрь опускаются полые цилиндры. Они могут быть металлическими, асбестовыми или композитными.

SF-mix ручной до 0,8 м3/ч

АМЕТИСТ — 02 М до 2 куб.м./сут.

Аэрационная установка AS-1054 VO-90

Процесс содержит в себе следующие этапы:

• Из ствола извлекается буровое оборудование.
• На первую трубу устанавливается предохранительная коронка и она заглубляется до соединительной муфты.
• Второй фрагмент также закрепляется вместе соединения и опускается до монтажной точки, проталкивая предыдущий.
• После достижения дна происходит заливка пространства с внешней стороны обсадки бетоном, что служит дополнительной гарантией длительной работы и обеспечивает защиту от коррозии металла.

Для чего нужна промывочная жидкость

За счет движения водяного потока производится захват и подъем частиц, разрушенных коронкой. Для повышения эффективности применяется густой глиняный раствор. В нем не оседают твердые вещества под воздействием гравитации. Для этого лучше всего подходит специальные сорта глины, не склонные к быстрому выпадению в осадок. В зависимости от производителя пропорция может быть разной. Главным показателем рабочей смеси является вязкость, за счет которой и извлекаются фрагменты пласта. Для повышения стабильности состава применяют щелочные добавки.

Что это такое — установка роторного бурения скважин

Чтобы просверлить отверстие, нам необходимо иметь вращающуюся ось с режущей частью на конце. В мягких породах прекрасно справляется с задачей шнековый наконечник, в более твердых – фреза из устойчивого материала. Для правильного ориентирования штанги в пространстве используют вышку, позволяющую вертикально поднять единичный фрагмент. Наверху устройства устанавливают лебедку, с помощью которой производится перемещение (опускание и подъем). В нижней точке создается конструкция, обеспечивающая фиксацию штанги в момент наращивания. В этой же зоне размещается силовая установка, приводящая систему в движение. Также необходимо оборудование насосной станции, создающая подачу промывочной жидкости.

Набор бурового инструмента

Под это понятие попадает три основных вида изделий:

• Коронка, которая выполняет функцию разрушения того или иного слоя.
• Направляющая первая штанга. За счет нее происходит передача вращательного движения и основная ориентация в пространстве.
• Рядовые удлинители. Они присоединяются каждый раз при прохождении определенной дистанции.

Ко всем этим элементам предъявляются очень высокие требования. Насадка испытывает на себе большие абразивные нагрузки. Штанги подвергаются сильным скручивающим усилиям. С каждым метром прохода эти параметры только возрастают. Также не стоит забывать и о давлении, создаваемым столбом промывочной жидкости. Поэтому все части создаются из очень качественной стали особых сортов.

Использование воды

У этого ресурса две основных роли:

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)

Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)

1. Она является главным элементом смеси, обеспечивающей подъем продуктов разрушения пород.
2. Охлаждение рабочего органа. В противном случае резко снижаются эксплуатационные характеристики.

Виды роторного бурения

Можно разделить на две группы в зависимости от направления движения промывочной жидкости. Если через технологическое отверстие в штанге насосом под избыточным давлением подавать состав непосредственно к коронке, а удаление производить через пространство вдоль стенок забоя, то этот вариант принято называть «прямым». Если происходит откачка продуктов через центральный ствол, а поступление – самотеком по внешней поверхности, то метод называется «обратным». Рассмотрим каждый из вариантов.

Прямая подача промывки

Глиняная взвесь накачивается через трубчатый рабочий инструмент. Поток захватывает осколки, перемещая их от центра к периферии, и дальше вверх по стволу. Недостатком является тампонирование взвесью естественных протоков в стенках. Но при этом не требуется частой установки обсадки. Насос работает с однородным составом, что существенно упрощает конструкцию. Абразивное воздействие максимально на внешней части инструментов. Из-за этого значительно продлевается срок службы. Крупные вкрапления (галька, большие осколки) не создают помех для отведения основной массы. Этот вариант получил наиболее широкое распространение из-за своей универсальности. Для него не помеха песчаные линзы, пласты известняков. Очень стабильно происходит процесс и в глиняных субстанциях.

Бурение с применением обратного тока

Промывочный состав подается «самотеком» в зазор между стенками шахты. А удаление осуществляется созданием отрицательного давления в отверстии штанг. Неприятным моментом такой технологии является размытие стенок. Поток, движущийся вниз, захватывает частицы с окружающих поверхностей, что не позволяет делать длинные проходы без обсадки. Но при этом существуют более низкие требования к качеству промывочной смеси, так как внутренний ток имеет гораздо более высокую скорость. Часто заливается просто чистая вода. Этот вариант совсем непригоден при прохождении через пески. В благоприятных условиях существенно повышается скорость произведения работ. Поэтому данный прием применяется в тех случаях, когда это возможно по геологическим показаниям.

Выводы

Бурение — это сложное мероприятие, зависящее от многих факторов. Наиболее универсальным из современных методов является вращательный, так как при нем возможно оперативно подобрать нужную коронку и режим при изменении свойств встречающихся грунтов. Этот способ подходит к вязким субстанциям, сыпучим слоям, к трассам, имеющим вкрапления из валунов и гальки. Соответствующие насадки позволяют преодолевать известняковые щиты и другие твердые породы.

Пожалуй, самым большим недостатком можно считать высокую стоимость оборудования и, соответственно, работ. Но при отсутствии предварительной геологической разведки такие установки позволяют решать задачу даже при появлении очень сложных препятствий. Без должного опыта и знаний разобраться в тонкостях такого процесса достаточно сложно. В этом вам помогут специализированные организации, имеющие богатый опыт, например, компания «Вода Отечества». Вам предложат наиболее оптимальный способ для решения вопроса.

В нашей статье мы предлагаем вам посмотреть два видео на тему технологии вращательного роторного бурения скважин:

Источник