Механический способ бурения роторный

Как выполняется роторное бурение скважин на воду

Здесь вы узнаете:

Роторное бурение скважин — распространённый способ, при котором усилие на рабочую колонну подаётся с роторного вращателя. Роторные буровые установки могут быть как стационарными, так и мобильными.

Что такое роторное бурение скважин

Для начала разберем, что вообще из себя представляет роторное бурение скважин и каковы его альтернативы? Одним из самых привычных способов устройства водозаборной выработки пока признают шнековое бурение.

Однако шнековая технология не позволяет пройти скальные коренные породы. Применяемый в шнековом бурении винтовой бур не способен разрушить известняк. А ведь нередко бывает, что нужно забуриться именно в него, т.к. вышележащие слои не отличаются стабильным и достаточным для эксплуатации дебитом.

Колонковая и шнековая буровая технология не предоставляет возможность пройти скальные горные породы. В случае устройства скважины на известняк эффективней и экономичней использовать роторный метод бурения

Потому роторная технология, используемая ранее только в горнодобывающей отрасли, и стала внедряться в сферу устройства частных водозаборных сооружений. Ее рабочим элементом является находящееся в забойной части скважины долото. С помощью долота разрушаются связные и несвязные грунты, дробятся скальные коренные породы.

Выемка же разрушенной горной породы осуществляется с помощью жидкости, которая подается к забою через рабочую колонну или же затрубное пространство. Это 2 разных способа бурения, каждый из которых будет подробно рассмотрен далее.

Диаметр долота превышает диаметр рабочей колонны, что позволяет:

• сократить энергозатраты на весь процесс бурения (мощность здесь расходуются непосредственно только на проворачивание с усилием долота в забое, а потери на трение рабочей колонны о стенки скважины сводятся к минимуму);
• предохранить большую часть элементов рабочей колонны от повреждений, а также стенок пробуренной скважины от разрушения;
• создавать внушительные по диаметру скважины (к примеру, до 70 см) при крайне внушительных глубинах.

Таким способом можно формировать водоносные скважины, глубиной в 300 и более метров, т.е. бурить водозаборные выработки для снабжения водой дачных массивов и поселков.

Итак, определение: бурение по роторному принципу – это такой способ разработки скважины, при котором усилие на долото в забое передается от роторного вращателя через рабочую колонну. Ее собирают из штанг – узких стальных труб, которые присоединяются последовательно друг к другу по мене углубления в землю.

А вот в расчистке ствола выработки и забоя от шлама применяется поданная под напором вода. Благодаря такому решению постоянно разбирать и собирать буровую колонну для извлечения керна как в колонковом бурении не нужно.

Нагнетаемая в выработку жидкость сразу решает две важные задачи: освобождает путь буровому снаряду для производства дальнейших работ и производит промывку скважины, необходимую для подготовки водозабора к эксплуатации.

Когда применяется метод

Бурение роторным способом используется когда разрабатываются полускальные и скальные грунты для устройства скважин глубиной до ста пятидесяти метров. Для успешного бурения скал необходимо правильно подобрать бурильный инструмент – долото и утяжеленные трубы. По словам специалистов, для эффективной работы роторное бурение следует применять, если соблюдаются такие условия:

• Изучение гидрогеологического разреза участка проведено достаточно подробно.
• Известно, что почва состоит из скальных пород.
• Есть данные об уровне залегания водоносной жилы.
• Имеется хороший напор подземной воды.
• Есть возможность постоянной доставки промывочной жидкости.

Кроме того, следует учитывать, что условия южных районов позволяют проводить буровые работы круглогодично, а в северных областях работы ограничены температурными показателями внешней среды, при которых замерзает жидкость для промывки.

Плюсы и минусы метода

Среди бурильных методов водозаборных скважин роторный способ считается одним из популярных. Такая методика распространена по всему миру.

К достоинствам относится следующее:

1. Габариты. Вся конструкция для роторного бурения занимает мало места.
2. Возможность перевозки оборудования. Благодаря небольшим размерам установку можно размещать на специальных платформах для дальнейшего перемещения.
3. Универсальность. Роторный тип бурения можно применять при более широком спектре условий, чем ударную технологию, поскольку возможно использование многих насадок. За счет этого получится обрабатывать любые типы грунтовых слоев.
4. Быстрота. Благодаря особенностям бурения вращательным способом производительность труда намного выше, чем ударным методом.

Но имеются и некоторые недостатки. Проблемы могут возникать следующие:

1. Когда почва промерзает, это препятствует бурению роторным методом. В таком случае лучше всего воспользоваться ударной методикой, которая подходит и для работ в зимних условиях.
2. Глинистость раствора. Она провоцирует появление трудностей во время изучения слоев.
3. Изменение мощности. Значение зависит от показателей ротора, достаточно уязвимой детали во всей конструкции.

Оборудование для роторного бурения скважин

Ротор является основным механизмом станка для одноименного метода бурения. Вращатели различают по мощности, статической нагрузке, диаметру отверстия под колонну из труб. По конструкции роторы бывают неподвижными или перемещающимися в вертикальной плоскости. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 100-1500 м, выдерживают нагрузку 10-500 т.

Кроме основного предназначения (вращения инструмента), ротор служит удерживающим устройством бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций. Еще ряд механизмов и устройств обеспечивают продвижение породоразрушающего снаряда в горный массив.

В состав роторной буровой установки входят:

1. Вышка — на ней размещаются и подвешиваются бурильные трубы. Сооружение устраивается в виде мачты на 1-2 опорах или каркаса башенного типа на 4 опорных точках.
2. Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
3. Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
4. Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
5. Элеватор — с его помощью производятся захват и удержание труб.

В состав оборудования входят долота шарошечные и алмазные, стропы для присоединения элеватора к талевому блоку, переходники различных типов, грязевые насосы для откачки пульпы. Промывка при роторном бурении — прямая или обратная с применением глинистого раствора, воды.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту технологии, принцип работы роторного оборудования довольно сложен. Сам ротор приводится в действие за счет приводного вала, который передает вращение от электродвигателя. Иногда используется двигатель внутреннего сгорания.

Само вращение принимают ведущие вкладыши ведущих вкладышей. Их сечение полностью аналогично сечению верхней рабочей трубы, которое по своей форме может быть абсолютно разным.

Основой для бурильной колонны являются специальные трубы. Именно между ними и породоразрушающим инструментом монтируются УБТ – утяжелённые бурильные трубы. За счет их огромного веса на долото оказывается достаточная для эффективной работы нагрузка.

Верхняя часть рабочей трубы подсоединяется к вертлюгу. По этой системе подается промывочная жидкость, которая попадает на забой через насадки долота – она нужна для поддержания работоспособности всей роторной бурильной установки.

Подъем или спуск обеспечивают свечи – несколько бурильных труб с длиной от 25 до 50 метров. Под действием нагрузки, которую обеспечивают утяжеленные бурильные трубы, долото и разрушает породу. За счет регулярно поступающей жидкости инструмент охлаждается, а параллельно с этим забой прочищается от шлама. Жидкость используют повторно после её очистки.

Роторная буровая установка в работе (видео)

Особенности технологии роторного бурения скважин

Процесс бурения организован так, что из-за вымывания слоя почвы из шахты буровая колонна с каждым движением углубляется все ниже. Периодически ее необходимо наращивать добавлением других труб.

Процесс бурения выполняется ступенчато:

• Пройдя первые рыхлые слои грунта, колонну поднимают, а в шахту опускают обсадную трубу.
• Зазор по кругу заполняют раствором цемента.
• После застывания цемента в шахту подают долото с меньшим диаметром, и работа продолжается дальше.

Таких аналогичных шагов может выполняться несколько, а затем в шахту опускается перфорированная на конце эксплуатационная труба. В зависимости от качества почвенного пласта и глубины выбирают количество и массу труб, вид долота, скорость его вращения и материал кромок, давление промывочной жидкости. Специфика такова:

• Легкие породные пласты проходят с максимальной скоростью и наибольшей промывкой.
• Скалистые почвы требуют пониженной частоты и уменьшенного давления жидкости.

Помешать работам могут грунтовые твердые включения – валуны – на пути ротора, который может заклинило, или почвы, активно поглощающие промывку. Также замедляет процесс нехватка воды в месте проведения работ и наличие большого глинистого слоя. Глина, смешиваясь с водой, закупоривает водяное русло и требует дополнительной тщательной промывки.

Смена породоразрушающего инструмента

Несмотря на тщательно просчитанную геометрию лопастей и армирование твёрдыми сплавами, долото буровое всегда будет самым изнашиваемым инструментом роторной буровой установки. Его регулярная замена — неотъемлемая составляющая рабочего процесса. Для этих целей используются так называемые «свечи» — блоки из нескольких труб. В зависимости от высоты буровой вышки и глубины скважины, длина свечи может варьироваться от 20 до 50 м. С целью упростить свинчивание, трубы оснащают замками с конической резьбой.

Обсадные трубы

Пересекаемые скважиной породы частично укрепляются за счет применения глинистого раствора, но полноценное предотвращение осыпания стенок выработки достигается их обсадкой стальными трубами. Закончив бурение в заданном интервале, проходку скважины приостанавливают для монтажа обсадной колонны. Ближайшая к поверхности часть конструкции называется кондуктором.

При укреплении стенок выработки придерживаются следующих правил:

• диаметр обсадной трубы должен быть меньше сечения выработки: колонна опускается в скважину свободно;
• глубина, начиная с которой делают перерыв в бурении для установки обсадной крепи, находится в пределах 30-600 м;
• стенки водозаборных выработок обсаживают цельнотянутыми трубами длиной 6-13 м, для изготовления кондуктора используют сварные стояки Ø426-478 мм;
• затрубное пространство заполняется цементной тампонажной смесью.

В сложных геологических условиях устанавливают несколько обсадных колонн разного диаметра. Трубы меньшего размера располагаются в глубоких горизонтах.

Особенность нижнего звена конструкции заключается в том, что эта труба является эксплуатационной и перфорируется для проникновения воды внутрь колонны.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Жидкие среды, используемые для бурения, укрепляют стенки выработки в рыхлых породах, удерживают буровой шлам во взвеси, не давая ему осаждаться, и выносят его на поверхность, не загрязняют подземную воду. Трение колонны о стенки скважины и охлаждение долота, способствование разрушению породы на забое — это тоже функции промывки.

В качестве буровых растворов применяются следующие жидкости:

Вода техническая. Применяется при строительстве водозабора в устойчивых породах и песках, где статический уровень жидкости ≥3 м. Диаметр скважин

Источник

Особенности роторного бурения скважин

Роторное бурение скважин предшествует установке индивидуальной системы. Подойдет для тех домов, где проблематично подключиться к центральному водоводу. Бурение скважины с помощью роторного вращателя является не таким распространенным, но уже перспективным способом, который отлично себя зарекомендовал.

Содержание

Отличие роторного бурения скважин

Роторное бурение скважин в сравнении с другими технологиями имеет явные преимущества. Сравним особенности каждой из них. Самым распространённым способом расположения выработки для водозабора является шнековое бурение.

• Шнековое бурение не в состоянии осилить коренные породы со скалистой структурой. Бур в форме винта не может воздействовать на твердые известковые породы. Но бывают случаи, когда именно в таких местах будет располагаться скважина. Почему привлекает именно известняк? Все просто. По сравнению со слоями, которые находятся у поверхности, известняки более надежны в эксплуатации.
• Колонковое бурение тоже не способно прорыть скважину в скалистых слоях.

Это основные причины, по которым применяется именно роторное бурение скважин. Это удобно и экономно. Ранее такой способ применяли в горнодобывающей промышленности. Специалисты, занимающиеся обустройством частных водяных скважин, поняли эффективность этого способа и благополучно его используют в своей работе. Основным составляющим оборудования является долото. Это забойная часть, которая напрямую задействована в разрушении слоев грунта. А также дробит скальные коренные породы. Горная порода вынимается с помощью жидкости, когда через патрубок вода подаётся к забою.

Особенности роторного бурения скважин

Долото при роторном бурении имеет некоторые особенности (толщина долота больше толщины колонны). В этом есть большие плюсы:

• Позволяет существенно уменьшить энергетические затраты на протяжении всей работы. Хитрость состоит в том, что основные мощности затрачиваются на совершение поворотов в забое, а вот об стенки скважины трений практически нет.
• Из-за отсутствия трений об стенки пробуренного колодца, позволяет сохранить большую часть деталей и комплектующих. А также предотвращает разрушение самой скважины.
• Есть все возможности для бурения скважин большого диаметра при большой глубине, до 70 см.

Учитывая такие важные особенности, роторное бурение скважин позволяет устанавливать глубокие скважины (до 300 м), и даже больше. Такие водозаборы могут обслуживать загородные посёлки, дачные общества и т.д. Такое оборудование бывает стационарным и переносным.

Технология роторного бурения

Принцип такого бурения заключается в следующих моментах:

• Во время разработки скважины долото управляется роторным вращателем через рабочую трубу.
• Сама труба состоит из стальных штанг. Они соединены друг с другом. Эта цепочка создается по мере продвижения работ вглубь.
• Вода, подающаяся потом под давлением, необходима для расчистки выработки от породы. Это еще одно достоинство по сравнению с колонковым бурением, где нужно монтировать и демонтировать буровую колонну.
• Нагнетаемая в выработку жидкость сразу решает две важные задачи: освобождает путь буровому снаряду для производства дальнейших работ и производит промывку скважины, необходимую для подготовки водозабора к эксплуатации.

Роторное бурение можно осуществлять с прямой подачей промывки и с обратной. Прямая подача заключается в том, что вода через отверстия стекает на долото, собирает остатки породы и смывает в скважину, после этого через раструб стекает в комплекс по очистке.

Обратная подача отличается тем. что в забой вода поступает таким же способом -самотёком, а обратно по главной трубе выходит под давлением на поверхность вместе со шлаком.

Когда применяется метод

Что же такое роторное бурение скважин на воду и когда именно это применяется? Используется в тех случаях, когда бурение скважины происходит сквозь полускальные и скальные грунты. Подходит для углубления водозабора до ста пятидесяти метров. Главное — правильно подобать долото и трубы. Специалисты настаивают, что эффективная работа напрямую зависит от соблюдения условий:

• Детальная диагностика геологических особенностей территории.
• Точное определение наличия скалистости пород.
• Наличие информации о нахождении водоносного слоя.
• Необходимое давление подземной воды.
• Беспрерывная доставка жидкости для промывки.

Имеют значение также географическое расположение и погодные условия. Буровые работы в южных районах можно проводить круглый год. Северные территории такой возможности не имеют есть температурные ограничения.

Достоинства метода

Роторный способ бурения считается самым распространённым в мировом масштабе по следующим параметрам:

• Конструкция отличается небольшими габаритами.
• Легко перемещается, благодаря специальным платформам. Перевозить можно в любу точку.
• Обладает универсальностью. Укомплектовано различными насадками, что позволяет использовать в любых грунтовых слоях.
• Способ вращения позволяет выполнять работу за меньшее количество времени, чем с помощью ударного способа.

Недостатки

Некоторые минусы в этом способе конечно тоже есть:

• При замёрзшей почве зимнее время роторное бурение бессильно. Здесь лучше воспользоваться ударным методом.
• Глинистые слои тоже сильно затрудняют работу.
• За мощность оборудования отвечает ротор. Он же является самым уязвимым при неблагоприятных условиях.

Оснащение роторного бурения скважин

Действительно, ротор является сердцем механизма. Сами вращатели обычно характеризуются: уровнем мощности, распределением нагрузки, размером диаметра для колодца. Роторная часть бывает статичной или двигающейся по вертикальной стене. Такое оборудование рассчитано на глубину до 1500 м. Им не страшна нагрузка до 500 т. Ротор также отлично поддерживает трубы, когда их используют для подъема и спуска. Роторная буровая установка состоит из следующих механизмов:

• Бурильные трубы располагаются на вышке. Устройство устанавливается на одной или двух опорах (внешне похоже на мачту) или в виде каркаса с 4 башнями на точках опоры.
• Поршневая помпа для бурения необходима для закачивания воды в скважину и ее промывки. Участвует в приготовлении раствора и его очистки.
• Раствор для промывания от насоса до буровой скважины попадает через вертлюг. Он крепится на крючке на вышке.
• Опускает и поднимает колонну лебедка, оснащенная блоками.
• Благодаря элеватору, надежно крепятся и удерживаются трубы.

Помимо выше перечисленных механизмов, в комплектацию входят шарошечное и алмазное долото, шпагаты, соединяющие элеватор и талевый блок, переходники, грязевые помпы для откачки загрязнений. Роторное бурение предполагает прямую или обратную промывку.

Этапы роторного бурения скважин

Специфика роторного бурения заключается в том, что путем вымывания почвы из отверстия, оно каждый раз углубляется. При необходимости подсоединяются дополнительные трубы. Сам процесс состоит из определенных этапов:

• После преодоления нетвердых слоев, колонна поднимается, а в отверстие опускается выводная труба.
• Пустота по кругу заливается цементом.
• Цемент застывает, и тогда в шахту помещается долото диаметром поменьше и т.д. Может выполняться несколько циклов.
• После этого опускается перфорированная труба, которая в последствие будет эксплуатироваться.

От структуры пласта зависит количество и вес труб, а также скорость вращения долота, материал, из которого делаются кромки, давление во время промывки. Через легкие породы, промывка осуществляется быстро. На скалистые слои — меньшая частота давления на воду.

Усложнить работу могут твердые фрагменты почвы: большие камни или мягкая почва. В первом варианте ротор может заклинить, во втором случае происходит поглощение почвой жидкости и влечет за собой дефицит воды. Наличие большого количества глины засоряет русло, вынуждая приводить тщательную промывку.

Как меняется ротор

Даже при самой хорошей и бережной эксплуатации буровое долото имеет определённую степень изношенности. Рабочую часть рано или поздно необходимо менять. Замена производится с помощью свечи. Это несколько труб, собранных вместе. По длине свеча зависит от высоты бура и глубины самого колодца. Приблизительно от 20 до 50 метров. Для того, чтобы облегчить процесс замены, на трубы наносят резьбу конической формы.

Обсадные трубы и промывочная жидкость

Это трубы, изготовленные из стали. Необходимы для предотвращения осыпания стен скважины. Этот процесс так называется обсадка стальными трубами. После окончания бурения в определенном участке бур останавливают, и проводят монтаж обсадной конструкции. Часть, которая находится ближе всего к поверхности, называется кондуктором. Есть основные требования, которые соблюдаются при этом виде работ:

• Толщина обсадной конструкции не может быть больше чем сама выработка. Обсадная колонна должна опускаться в скважину без усилий.
• Расстояние, через которое останавливается бурение, чтобы укрепить стены, составляет от 30 до 600м.
• Длина труб, которые необходимы для обтяжки, составляет от 6 до 13 м.
• Кондуктор изготавливают путем сварки стояков.
• Место возле патрубка цементируется тампонажным средством.

Если бурение происходит в сложных геологических условиях, тогда применяются индивидуальные технологии. Например, монтируется несколько колонн с обсадными трубами разной толщины. Трубы меньшего диаметра располагаются глубоко. Это связано с тем, что внизу труба несет эксплуатационную функцию, она перфорируется, чтобы вода беспрепятственно поступала в колодец.

Основная функция жидких сред при бурении заключается в укреплении стен колодца. Они не дают буровому шламу выпадать в осадок, а выносят его на поверхность. Таким образом, предотвращают загрязнение поземных вод. Жидкие среды уменьшают силу трения колонны о скважину, а также охлаждают долото. Жидкости, которые можно использовать для бурения:

• техническая вода (для устойчивых пород).
• раствор на основе глины (имеет гелелобразную структуру для заполнения путот).
• техническая вода с содержанием воздуха. Используется для промывки водонапорных пластов. Сводит к минимуму содержание загрязненных промывочных жидкостей в водоносном горизонте.
• технический крахмал состоит из воды и сухого порошка, смешивается в глиномешалке. Через несколько дней раствор распадается на части. Рекомендуется использовать при прохождении бурения через пласты мелкого песка.
• полиакрил на водной основе покрывает эластичной коркой стенки скважины.

Как рассчитать стоимость роторного бурения

Планируя произвести роторное бурения на своем участке, нужно понимать, что удовольствие не самое дешёвое. Вот список позиций, которые войдут в основную стоимость :

• Трубы из металла или пластика.
• Площадка, где будут проходить подготовительные работы для бурения под воду.
• Доставка оборудования к месту бурения. На цену повлияет мощность и размер ротора и комплектующих. Обычно обходятся полугрузовым транспортом.
• Затраты на сам процесс бурения.
• Установки для фильтрации воды, в том числе для глубокой очистки. Разнообразие фильтров большое. Нужно выбрать, какой необходим для каждого конкретного объекта (для очищения от механических частиц, химикатов и т.д.). В разных водозаборах используется разное количество фильтров.

После проработки всех этапов, делается вывод о сумме, которая необходима для выполнения роторного бурения. При планировании и составлении проектов работ, необходимо учитывать геологические особенности почвы и расположение водоносных горизонтов. На сложные условия понадобятся дополнительные затраты, заключающиеся в дополнительном оборудовании и приобретении комплектующих, возможной замене механизмов и т.д.

Знания об особенностях работы роторной установки в процессе бурения, тонкостях использования позволит заказчику услуги полностью контролировать процесс во время реализации проекта.

Источник