Роторный способ бурения с прямой промывкой

Технология вращательного бурения скважин с прямой промывкой

а) глинистым раствором

Применяется при вскрытии и освоении мощных водоносных горизонтов, где раскольматация пласта эффективна и гарантирована.

К достоинствам способа можно отнести:

— высокие скорости бурения;

— устойчивость ствола скважины в любых осложненных участках (кроме валунно-галечниковых);

— возможность бурения скважин любой глубины;

— низкая металлоемкость скважины.

Недостатки данного способа:

— при использовании глинистого раствора возникает трудность качественного опробования водоносных пластов и их освоения, что приводит к снижению дебита скважины, требует проведения длительных и сложных работ по ее разглинизации;

— необходимость снабжения установок водой и качественной глиной;

— трудности организации работ в зимнее время при отрицательных температурах;

— очень высокая стоимость 1 м 3 /ч поднятой воды, ограничение диаметров бурения (не более 500 мм).

Рис. 14. Общая схема бурения скважины роторным способом с прямой промывкой.

1 – емкость с очищенным буровым раствором; 2 – всасывающая магистраль; 3 – буровой насос; 4 – нагнетательная магистраль; 5 – сальник-вертлюг; 6 – ведущая труба; 7 – колонна бурильных труб; 8 – обсадная труба; 9 – долото; 10 – отстойник.

б) с промывкой водой

Применяется в мелких и среднезернистых песках с К_ф 15 м/сут;

— плохой вынос шлама, что ограничивает диаметр бурения (до 250 мм);

— невозможность длительных простоев в процессе бурения;

— затруднительность применения в зимних условиях.

в) с промывкой полимерными растворами

Применяется в рыхлых неустойчивых отложениях с К_ф до 35 м/сут в любое время года, в том числе в многолетнемерзлых породах.

К достоинствам способа можно отнести:

— высокие скорости бурения;

— устойчивость стенок скважины;

— высокая достоверность гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и простота их освоения;

Недостатком является невозможность бурения в валунно-галечниковых отложениях.

Источник

Скважина на воду способом роторного бурения: особенности технологии, принцип осуществления работ

Ротором в технике называют подвижную часть механизма, передающую энергию вращения на рабочий инструмент. Процесс, при котором круговое оборачивание снаряда совмещается с осевым давлением на поверхность массива, называется роторное бурение. Таким способом проходят выработки различного назначения, включая скважины на воду.

Роторное бурение скважины на воду.

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.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Вращательный способ проходки выработок бывает не только роторным, эта технология может сочетаться с ударным воздействием, с продувкой сжатым воздухом, удалением грунтового бурового шлама через шнек.

Преимущества проходки скважин с применением ротора:

1. Скорость выше, чем при ударном разрушении. Способ обратной промывки выработки водой в рыхлых породах ускоряет проходку в 1,5-2 раза по сравнению с бурением с прямой подачей раствора в скважину.
2. Универсальность — сменные долота способны разрушать мягкие грунты и твердые горные породы. Роторная проходка скважины позволяет достичь водоносного пласта на любой глубине.
3. Возможность бурения водозаборных выработок Ø1200-1500 мм. Для этого применяется обратная промывка ствола.
4. Габариты и металлоемкость станка невелики по сравнению с ударно-канатными буровыми машинами.
5. Мобильность — оборудование размещается на передвижной платформе.

Роторное бурение скважины на воду.

Роторный метод для водозаборных скважин является предпочтительным, поскольку он объединяет достоинства всех вращательных способов бурения.

Недостатки этого способа заключаются в том, что применение глинистого раствора снижает дебит скважины, требует мероприятий по восстановлению водоотдачи.

Стоимость работ выше, чем при других способах бурения, вследствие необходимости подвоза чистой воды, глины и реагентов для приготовления раствора. Проблемы обостряются зимой, когда требуется защита от низких температур.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Проходка выработки для водозабора непрерывным вращением бурового снаряда заключается в разрушении горных пород на забое скважины долотом, присоединенным к колонне, вращающейся вокруг оси ствола ротором. Удаление шлама и охлаждение режущего инструмента осуществляются жидкостью или сжатым воздухом.

Порядок работы оборудования:

1. Вращатель приводится в действие двигателем электрическим или внутреннего сгорания.
2. Усилие от вала принимают ведущие вкладыши, расположенные по контуру верхней рабочей трубы, они же передают крутящий момент на колонну.
3. Давление разрушающего инструмента на забой передается по звеньям сборки. За счет массы конструкции создается нагрузка, достаточная для резания породы.
4. Буровой шлам удаляется из скважины промывочной жидкостью, которая одновременно охлаждает дробящий инструмент. Раствор после очистки используется вновь.

По мере износа долота его заменяют новым, для этого колонна по секциям извлекается из выработки. Длина свечи, вытаскиваемой за один прием, зависит от высоты подвески кронблока и составляет 25-50 м.

Схема роторного бурение скважины.

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

Способы промывки скважин при применении роторного метода бурения

Бурение скважин с помощью ротора – самый древний и до сих пор широко распространённый способ. Его применение невозможно без использования промывки скважины в процессе бурения. Подаваемый в призабойную зону раствор предохраняет буровой инструмент от перегрева. Кроме того он увеличивает прочность стенок скважины и выносит остатки породы, образовавшиеся в процессе бурения, на поверхность. Есть несколько способов транспортировки этого шлама на устье скважины. Попробуем рассмотреть их подробнее.

Прямая промывка

В качестве промывочной жидкости чаще всего используют глинистый раствор. При применении прямого способа промывки, раствор насосами под давлением закачивается непосредственно внутрь бурильных труб. Достигнув призабойной зоны, поток раствора захватывает частицы разрушенной долотом породы и вместе с ними поднимается на поверхность по затрубному пространству. Так буровики называют кольцевой зазор, образуемый внешней поверхностью бурильных труб и стенками скважины.

В качестве преимуществ такого метода промывки называют следующие факторы.

• Стоимость бурения с применением прямого способа промывки значительно меньше, чем бурение с применением других способов.

• Если проводится бурение не слишком твёрдых пород, то метод показывает исключительную эффективность в скорости проходки.

Из недостатков прямой промывки отмечают следующее.

• Скорость бурения с использованием прямой промывки в 2 раза меньше, чем при обратной.

• Применение глинистого раствора резко увеличивает вероятность образования пробок в затрубном пространстве.

Обратная промывка

Обратная промывка предполагает применение воды в качестве основного компонента промывочного раствора. Промывочный раствор в этом случае подают в затрубное пространство. Достигнув призабойной зоны, раствор охлаждает бурильный инструмент и через внутреннее пространство бурильных труб поднимает на поверхность породу, разрушенную при бурении.

Буровики отмечают следующие достоинства метода обратной промывки.

• Скорость бурения значительно увеличивается.

• Абсолютно исключена вероятность глинизации скважин – образование пробок в затрубном пространстве.

Недостатками этого способа является следующее.

• Высокая себестоимость процесса обратной промывки.

• Низкая эффективность бурения рыхлых и осадочных пород.

Шнековый способ извлечения шлама

Принцип шнека был разработан ещё Архимедом. Буровой шнек не только транспортирует пробуренную породу на устье скважины, но ещё и является рабочим инструментом, передающим вращение на бурильный инструмент от двигателя установки.

Отмечают следующие достоинства шнекового метода.

• В процессе бурения не используется промывочный раствор. Соответственно отпадает необходимость в применении емкостей и приобретении глины и воды.

• Высокая скорость проходки рыхлых и осадочных пород.

Но имеются и недостатки шнекового метода. Ими являются:

• Крайне низкая скорость бурения.

• Шнековый способ нельзя применять для бурения пород, имеющих высокую и среднюю степень твёрдости.

• Ограничения по глубине бурения – шнековый способ используется только при бурении скважин глубиной до 50 метров.

Типы долот, используемые при бурении

Используемые при таких способах добычи долота бывают нескольких типов.

• Лопастные. Эти недорогие долота в виде лопастей применяют при бурении пород низкой и средней твёрдости. Различают обычные перьевые долота, ступенчатые и долота, вооружение которых выполнено в виде пики.

• Фрезерные. Применяются для разрушения всех видов пород и представляют из себя фрезу с пластинами из твёрдого стального сплава.

• Шарошечные. Наиболее распространённый тип инструмента. Вооружение выполнено в виде одной или нескольких шарошек с уступами в виде стержней из твёрдого сплава. Применяются для бурения практически всех видов пород.

• Алмазные. Такой тип долота является самым дорогостоящим. В качестве вооружения используются искусственные алмазы, что значительно повышает срок эксплуатации инструмента и позволяет бурить с высокой скоростью.

Источник