Особенности роторного способа бурения

Роторный способ бурения нефтяных скважин

Роторное бурение скважин представляет собой один из видов вращательного бурения. Суть заключается в том, что породоразрушающий инструмент, расположенный внутри скважины, приводится в действие за счет электродвигателя или газотурбинного оборудования.

Роторное бурение наиболее распространенный метод, так как достаточно эффективен и прост в применении. Чаще всего он используется для бурения разведочных и эксплуатационных нефтяных скважин, однако, за счет компактности, применяется и для создания скважин с водой на частных участках

Технология роторного бурения впервые была применена в США в начале 1880-х годов, и с тех пор претерпевала незначительные изменения, положительно сказавшихся на её эффективности. В частности, совершенствовались породоразрушающие инструменты, изобретались новые промывочные жидкости, повышалась прочность отдельных элементов. Кроме того, совершенствовалась и сама технология бурения, за счет чего данный метод и является сейчас одним из основных способов создания забоя и почти полностью заменил стандартный ударный метод. Обо всем, что нужно знать о роторном способе бурения – далее в статье.

Оборудование для роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту, нефтяная, газовая или любая другая скважина требует довольно внушительного списка оборудования. Без любой из этих частей работа установки невозможна. В перечень элементов, необходимых для осуществления роторного бурения, входит:

• вышка;
• буровая установка;
• ротор;
• буровые поршневые насосы;
• вертлюг;
• талевая система;
• система очистки жидкостью.

Вертлюг – это элемент, через который промывочная жидкость попадает в колонну. Он подвешен на один крюк талевой системы. Кроме этого, в неё входит кроноблок и блок.

Система очистки промывочной жидкостью также состоит из ряда элементов:

Роторный способ бурения скважин часто требует мобильности конструкции, поэтому её часто размещают на специальных платформах.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Бурение скважин роторным методом очень распространенно. Он имеет огромное количество преимуществ перед стандартным ударным способом:

1. Скорость. Бурение роторным способом производится значительно быстрее ударного.
2. Универсальность. Спектр применения метода гораздо шире, так как за счет применения различных долот можно работать с разными видами грунтов.
3. Размер. Вся установка занимает относительно немного места в отличие от конструкций для ударного метода.
4. Мобильность. За счет малых габаритов, установку можно разместить на подвижной платформе.

Вращательное роторное бурение скважин, тем не менее, имеет и некоторые ограничения.

Так, в зависимости от грунта и пород, следует подбирать соответствующие долота.

Наличие очень твердых объектов на пути пролегания скважины может стать помехой, если не использовать специальное породоразрушающее оборудование.

Кроме этого, проблему представляет:

1. Глинистый раствор. Он нередко вызывает проблемы при исследовании пластов, а также не всегда является рентабельным в некоторых случаях.
2. Невозможность работы в зимнее время. Промерзлый грунт является серьезным препятствием для бурения роторным способом.
3. Мощность установки. Она напрямую зависит от ротора, который является уязвимым элементом системы.

В условиях промерзлых почв, предпочтительным вариантом является ударная методика. Разумеется, нефтяная или любая другая скважина будет буриться дольше, однако в итоге желаемый результат будет получен.

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.

Обсадные трубы

Разумеется, нельзя просто пробурить скважину и оставить её без малейших укрепляющих конструкций. Грунт – довольно неустойчивая субстанция, способная менять свое положение. Именно поэтому риск обрушения забоя довольно велик.

Чтобы этого не произошло, на некотором расстоянии от поверхности в бурении делается перерыв, во время которого устанавливается обсадная колонна. За счет неё исключается осыпание стенок или же завала пробуренного пути, а также препятствует проникновению воды. Самая первая колонна часто называется кондуктором и она позволяет осуществить перекрытие неустойчивых пород, тем самым придавая надежности пробуренной скважины.

Как правило, такую колону ставят не ранее отметки 30 м, и не позже отметки 600 м. Если скважина нефтяная, то обсадные конструкции устанавливаются с как можно меньшим расстоянием до поверхности.

Роторный способ бурения применяется для многих типов грунта, потому, при установке колон приходится ориентироваться на текущие геологические условия. Так, иногда возникает необходимость использовать сразу нескольких обсадных колон для повышения надежности забоя. Чем меньше диаметр трубы, тем глубже она опускается. Очевидно, что самая небольшая по диаметру будет находиться глубже всех остальных.

Наиболее глубокая колонна – эксплуатационная, перфорируется снизу. Через эти отверстия нефтяная, газовая или водяная масса в неё и поступает.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Бурение скважин вращательным роторным способом можно сделать эффективнее, если использовать подходящий метод промывки. На данный момент в качестве жидкости применяются:

• полимерные растворы;
• аэрированные растворы;
• нефтяные эмульсии;
• вода.

Также применяется продувка воздухом. В случае, если работы планируются на участках с низким пластовым давлением, используется специальный газ.

С помощью промывки забой не только избавляется от лишних примесей, осыпавшихся пород и крупных предметов.

Роторное бурение скважин – это довольно трудоемкий процесс, требующий учета многих факторов. Тем не менее, он является одним из самых эффективных методов и широко применяется в самых разных условиях.

Роторная буровая установка

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