Вращательный роторный способ бурения скважин

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

Технология роторного бурения скважины

Развитие технологии бурения скважин в последнее время сильно набирает обороты. Большим спросом пользуется именно роторное бурение как наиболее надежный, эффективный, безопасный способ, который дает возможность проделать отверстие в земле до 100 м за пару дней.

Преимуществом работы роторных буровых установок является отсутствие осевого давления на бурильный механизм, что снижает себестоимость процесса, повышает эффективность работы, увеличивает долговечность инструмента. Промывка в процессе работы происходит за счет воды или специальной жидкости. Предлагаем подробнее рассмотреть способ бурения, узнать его тонкости, преимущества и недостатки.

Отличительные особенности

Что касается особенностей, то современные роторные установки представляют собой грузовой автомобиль, на котором располагается бур. Это не только добавляет маневренности, но и позволяет обслуживать самые отдаленные участки, дачные и частные комплексы. Бурение вращательным роторным способом является самым эффективным на сегодняшний день, что позволяет пробивать самые плотные слои грунта.

Но нельзя сказать, что бурение можно произвести за считанные часы. Это сложная и тяжелая работа, требующая непрерывной подачи воды, что позволяет исключить заклинивание керна.

Возможность роторного бурения на большую глубину определяется наборной длиной бура. При помощи таких установок можно бурить скважины на известняк, которые являются самыми экологически чистыми и не требующими дополнительной фильтрации в некоторых случаях. Такие скважины располагаются на глубине от 80 м. Некоторые из них приравниваются к артезианским (больше информации о глубине залегания вод для скважины найдете в специальной статье).

Оборудование для роторного бурения скважин

Говоря об оборудовании для роторных бурильных установок, следует выделить саму вышку. Вышка обязательно имеет привод. Если мы берем в расчет мобильные установки, то в качестве двигателя выступает автомобильный мотор. Кроме прочего, в конструкцию входит напорная магистраль, предназначенная для непосредственного бурения, подъемное оборудование, система промывающей жидкости вертлюг, насосы и прочее узлы.

Преимущества и недостатки

Что касается преимуществ технологии роторного бурения, то здесь выделяю следующее:

1. Высокая скорость работы. Скважина до 100 метров может быть пробурена за 2-3 дня. Лучше бурить неплотный грунт, поскольку он меньше изнашивает инструмент, позволяет повысить эффективность работы и снизить сроки сдачи объекта.
2. Универсальность. Здесь снова затрагивается возможность бурить разные породы грунта. Это позволяет создавать скважины, предназначенные для забора технической воды, например, неглубокие, а также артезианские, когда приходится бурить «на известняк». Помощью для работы роторной установки может стать глинистый раствор. Он используется в вопросах промывки скважин.
3. Размер. Благодаря тому, что установка помещается на грузовой автомобиль, ее можно доставлять в самые разные уголки, даже по непроходимым дорогам. Есть возможность подъезда в труднодоступные места, что актуально при бурении на территории частных участков. Все это добавляет мобильности, позволяя быстро раскладываться на новом объекте и сразу приступать к выполнению задачи.

Среди недостатков можно выделить необходимость тщательной подготовки к каждому роторному бурению. То есть, нужна геологоразведка, поскольку в зависимости от породы грунта необходимо подбирать специальное оборудование, которое применяется для породоразрушения, иначе долото может выйти из строя.

Среди прочих недостатков нужно выделить сложность бурения в зимний период времени.

Бурильная установка может быть разрушена под действием замерзшего грунта (рекомендации о том, в какое время года лучше всего бурить скважину, а также преимущества и недостатки каждого сезона для начала бурительных работ, найдете в нашем специальном материале).

Что касается мощности, то здесь все зависит от роторной части.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

В основе технологии роторного бурения скважин лежит грузовой автомобиль, на котором установлен подъемник, а также вышка. Это позволяет поднимать/опускать ствол подъемного механизма бурильной колонны. Всем этим движет электрический привод либо мотор внутреннего сгорания автомобиля. Благодаря открытию заслонки подачи топлива, есть возможность регулировать количество оборотов вращающегося механизма.

Энергия двигателя передается ротору, который преобразует ее в энергию вращения бура. Труба ротора использует ведущий момент и начинает вращаться в заданном направлении. Основная часть ведущей трубы является разъемной, что позволяет увеличивать ее длину, постепенно углубляясь в скважину. Соединение осуществляется за счет муфт.

Вращение передается на керн, который работает по принципу раздробления горной породы. Режущая коронка может быть изготовлена из алмазных сплавов, композитных материалов и других твердосплавных веществ. Конструкция кромок тоже может отличаться.

Благодаря распределенному весу утяжеляющей трубы, усилие создается непосредственно на долото, что является особенностью роторной установки. В связи с этим распределенная сила тяжести растягивает подвешенную буровую колонну, не позволяя ей разрушаться под нагрузкой. Через вертлюг (систему очистки жидкостью) подается промывочная жидкость. Она попадает на режущие элементы долота.

Продукты бурения удаляются при помощи решетчатых, вибрационных и инерционных фильтров, что зависит от конструкции установки.

Подача воды должна идти практически непрерывно, поскольку иначе буровая установка быстро выйдет из строя.

Есть разновидности, которые способны очищаться посредством подачи сжатого воздуха.

Как происходит роторное бурение:

Обсадные трубы

Роторный способ бурения скважин предполагает установку обсадных колонн. Это процесс предполагает монтаж емкостей в виде труб, толщина стенок которых защищает грунт от движения. Именно это спасает скважину от обрушения, позволяя пользоваться долгие годы водой на собственном участке. Глубина залегания обсадной части трубы индивидуальна и зачастую зависит от предварительной геологоразведки.

В среднем, для центральной части России, глубина установки металлической обсадной трубы фиксирована значением от 15 до 30 м включительно.

Предпочтительно использовать сразу несколько обсадных труб. В случае с водой, сначала устанавливается металлическая труба большего диаметра, которая защищает движения земной коры на глубине до 30 м, и только потом сквозь нее, с учетом уменьшения общего диаметра скважины, устанавливается пластиковая труба, составные части которой скручиваются по резьбе.

Чем больше глубина скважины, тем меньше диаметр самой последней установленной трубы.

В то же время, диаметр обсадной части рассчитывается индивидуально с учетом установки насоса для колодцев. Рекомендуют, чтобы насос в скважине располагался ровно по вертикали, чтобы вокруг него было свободное пространство по 2-3 см.

Как происходит спуск и обстановка обсадной трубы при роторном бурении скважины:

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Роторное бурение скважин на воду предполагает использование жидкости для промывки.

За счет промывки грунта специальным бурильным раствором увеличивается срок службы бурильного механизма, поскольку он охлаждается в процессе работы. Кроме того, бурильная промывочная жидкость вымывает опавший грунт, посторонние включения.

В процессе работы могут быть использованы растворы на полимерной основе, нефтяные эмульсии, вода, аэрированный раствор.

Поэтому, говоря о работе роторной установки по бурению скважин на воду, имеют в виду совокупность 2 узлов. Первое транспортное средство выполняет непосредственное бурение, второе доставляет воду и применяется в вопросах обустройства очистки скважин.

Роторная буровая установка

Буровая установка и привод представляет собой вышку величиной от 12 до 15 м. Эта вышка, в случае с мобильной установкой, монтируется на грузовой автомобиль. Зачастую это ЗИЛ или Камаз, что добавляет проходимости.

В роли привода используется мотор ТС. Чем мощнее двигатель, тем эффективнее и быстрее работа.

На вышке располагается бурильная труба, которая вращается в конкретном направлении. Окончанием трубы является долото, состоящее из двух, трех или четырех режущих механизмов. При вращении трубы долото вращается и прорезает грунт.

В конструкции имеется лебедка, что позволяет по окончанию бурения поднимать буровой механизм на поверхность. Эта же лебедка поддерживает буровую трубу, давая возможность специалистам из бригады наращивать глубину во время работы. Труба имеет полую структуру, что позволяет поднимать остатки отработанного грунта на поверхность. Либо же через трубу подается вода или другая промывочная жидкость, которая охлаждает бурильное долото, а также позволяет вымывать и размягчать грунт.

Из чего состоит и как работает роторная буровая установка:

Профессиональная промывка скважин осуществляется использованием специального раствора, это — раствор глины в воде. Ее закачивают с помощью рабочей трубы и присоединяют к вертлюг, здесь раствор выполняет работу, после чего выкачивают, где раствор отстаивают и используют вновь. Особенностью такого раствора является возможность не только вымывать отработанный грунт, но и укреплять стенки скважины после высыхания. При небольших глубинах и несильной загрязненности для выкачивания могут использоваться фекальные насосы.

Источник