Технология роторного бурения скважин

Что это такое — технология и метод роторного бурения скважин: особенности вращательной установки на видео, способы — подробно читайте в статье.

&

Определение роторного бурения

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.

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.

Особенности режима бурения турбинным способом.

При турбинномбурении практически можно управлять только осевой нагрузкой на долото,которая определяется так же, как и прироторном бурении.

При турбинномбурении изменение величины Q влечет за собой изменение n и Pд.В этом случае в выборе расхода раствораменьше возможностей, чем при роторномбурении, так как основная часть создаваемого насосом давления расходуетсяв турбобуре. Расход должен бытьдостаточным, чтобы двигатель могразвивать момент, необходимый длявращения долота при заданном значенииосевой нагрузки.

На рис. 6.1 приводятся кривые влияния осевой нагрузки Pд на числооборотов n,механическую скорость бурения Vми проходку на долото hпри турбинном бурении.

Рис. 23.1. Влияниеосевой нагрузки на механическую скорость,частоту вращения и проходку долота притурбинном бурении

При одной осевойнагрузке достигается максимуммеханической скорости бурения, придругой нагрузке – максимум проходкина долото.

Электробуром бурятпри постоянной скорости вращения долота.Изменение мощности, затрачиваемой наразрушение пород, вызывает изменениесилы тока. По показаниям амперметраможно следить за работой долота, создаваяоптимальные осевые нагрузки.

Спущенное в скважинудолото стремятся отработать при такихрежимах бурения, чтобы обеспечить либомаксимальную рейсовую скорость бурения,либо минимальную стоимость одного метрапроходки.

Историческая справка

Роторное бурение используется уже более ста сорока лет. Технологию этого способа пробивания скважин впервые применили в Соединенных Штатах Америки в начале восьмидесятых годов девятнадцатого столетия. С того времени он практически не изменился за исключением мелких новаций, которые привели к большей эффективности. Изменения коснулись породоразрушающих инструментов – они совершенствовались, создавались новые жидкие среды для промыва скважин, усиливалась прочность частей механизма.

Роторное бурение скважин – это один из видов бурения методом вращения. Принцип таков, что инструмент для разрушения породы, располагаясь внутри скважины, работает от усилия, передаваемого ему электродвигателем или газотурбинным оборудованием. Этот метод достаточно простой и эффективный. С его помощью бурят эксплуатационные нефтяные и разведочные скважины. Компактные размеры установки позволяют применять ее на частной земле для создания водяных скважин.

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.

Способы бурения

В настоящее время бурение скважин для воды осуществляется породоразрушающими методами с применением специальных механизмов. Подача грунта наверх может осуществляться двумя способами:

• С помощью механизмов – сухой метод.
• Струей воды под большим напором либо самотеком – гидравлический.

В общем случае механическое бурение проводится одним из трех способов:

• Вращательное роторное бурение – почва бурится вращательными движениями.
• Ударное – грунт разрушается ударами бурового снаряда.
• Вибрационное – почва разбивается колебаниями высоких частот.

Первый метод является самым применяемым в силу своей простоты, дешевизны и одновременно производительности.

Наш опыт работы — более 10 лет

Роторные установки для бурения скважин

Роторная установка позволяет экономно распорядиться не только пространством, но и средствами. На выставочных экспозициях можно ознакомиться с образцами установок.

Данная установка дает 100% гарантии на бурение в грунте любой плотности. Но некоторые недостатки все-таки есть. Например, для работы на установке потребуется чистая вода и раствор глины. Да и в зимнее время бурение полностью исключено.

Для проработки грунта потребуется обсадочный трубопровод для подробной разведки водоносного слоя. Поэтому хоть технология и является перспективной и популярной, но назвать ее универсальной никак нельзя.

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.

Стоимость работ роторного бурения скважин

Затраты на роторное бурение будут включать в себя не только стоимость работ, но и дополнительные расходы. Способ нельзя назвать дорогим, но он и не самый дешевый из возможных.

В затратные статьи включают:

• покупку фильтров воды (глубокой очистки), причем может понадобиться далеко не один, в зависимости от местности,
• приобретение труб (металлические, пропиленовые или пластиковые),
• материалы для подготовки площадки под скважину,
• расходы на перевозку роторной установки (достаточно полугрузового авто).

Оборудование для устройства скважины

Вначале на поверхности над скважиной устанавливается вертикальная консоль для дальнейшего крепления вертикальных звеньев рабочей колонны. Первое звено этого бурового вала оснащено рабочим элементом – долотом, которое может иметь различный формат, в зависимости от категории породы по буримости.

Набор бурового инструмента

При заглублении первого звена, свечи, на него насаживается следующее, называемое штангой, и так далее. Длина каждого такого блока из труб может варьироваться от 20 до 50 м. Для упрощения формирования рабочей колонны каждая штанга оснащается конической резьбой с замком.

В итоге формируется буровой снаряд, который состоит из:

• рабочего долота;
• ведущей штанги;
• колонны рядовых штанг, соединенных между собой муфтами.

Удержание рабочей колонны осуществляется с помощью вертлюги, вращение которой производится ротором. В зависимости от того, насколько глубоко предполагается бурить, а также каковы физико-механические свойства грунта для формирования ведущего звена применяются стандартные или же утяжеленные штанги.

Ведущая штанга, как правило, является утяжеленной трубой, потому что на нее возлагается важная технологическая миссия. Через нее в забой к долоту поступает промывочный раствор, в задачу которого входит вымывание раздробленной породы. А это, в свою очередь, выдвигает требования к муфтовым соединениям, в задачу которых входит уплотнение соединений между звеньями.

Не стоит забывать, что давление жидкости напрямую зависит от высоты формируемого столба (и не зависит от сечения трубы). При этом если даже в качестве промывочного раствора используется вода, то через каждые 10 метров давление будет возрастать на 1 атмосферу.

Для сравнения стоит привести пример. Рабочее давление в бытовой трубопроводной сети в доме составляет 10 атмосфер, а самые прочные трубы рассчитаны на давление в 20 атмосфер.

Только если бытовые системы стационарны и не двигаются, то на ведущую штангу оказывается давление, равное весу буровой колонны. А она ведь еще должна передавать вращательный импульс и усилие на долото.

К муфтам как конструктивным элементам буровой колонны предъявляют следующие требования, они:

• должны обеспечивать герметичность соединения штанг и выдерживать давление жидкости до 100 атмосфер (для расчистки забоя напорной струей);
• должны быть стойкими к изнашиванию, чтобы не приходить в негодность при трении о стенки скважины;
• должны иметь возможность передавать вращательный момент от верхней части рабочей колонны на нижнюю и, в конце концов, на долото.

Крайне важно, чтобы муфты имели должное качество исполнения. Если хотя бы одна из них не выдержит нагрузку и рабочая колонна будет разорвана, то достать нижнюю ее часть вместе с долотом будет крайне затруднительно. По капитальным затратам порой проще пробурить новую скважину рядом, чем доставать открепившуюся ведущую штангу.

Использование воды в ходе бурения

Жидкость, которая подается к забою, это чаще всего обычная вода. Иногда для того чтобы стабилизировать ствол, проходящий через рыхлые несвязные породы (пески, щебенистые, гравийно-галечниковые отложения) в скважину подают раствор с буровыми добавками. Так надо, потому что обсадку не ставят на первых этапах проходки.

Вода поступает в выработку либо под давлением внутри ведущей штанги (и тогда выкачивание происходит через затрубное пространство), либо самотеком вниз через затрубное пространство, а удаление уже происходит через рабочую колонну откачивающим насосом.

Это 2 различные технологии роторного бурения, особенности которых будут рассмотрены ниже.

Однако какой бы способ ни применялся, везде используемая в бурении жидкость нуждается в очистке (для дальнейшего применения).

Для этого используется следующий комплекс оборудования:

• Амбар для хранения бурового раствора. (Если планируется бурить неглубокую скважину – в пределах нескольких десятков можно устроить непосредственно в земле, а в качестве промывочной жидкости используется обыкновенная вода). Амбар играет роль аккумулятора для промывочной жидкости.
• Вибросито. Промывающий раствор, поднимаемый из скважины, несет в себе частицы раздробленной породы, которые нужно удалить. Самый эффективный способ – это механический, с использование вибросита.
• Отстойник. После удаления крупных частиц породы жидкость попадает в отстойник, чтобы избавиться от взвешенных частиц, выпадающих в осадок. При использовании воды в качестве промывающей жидкости отстойник также иногда сооружают непосредственно в земле. Кроме того, для разделения жидких субстанций и отделения осадка используется гидроциклон.
• Буровой насос. Именно он обеспечивает циркуляцию промывочного раствора.
• Система желобов. Они нужны для движения воды от точки формирования выработки к месту ее очистки.

Всего для разработки скважины по роторной технологии нужны следующие механизмы и оборудование:

1. Вышка либо консоль для сборки буровой колонны из штанг и разборки ее по завершению бурения, а также талевая система.
2. Двигатель, обеспечивающий вращение ротора.
3. Оборудование для жидкости. Механизмы и устройства для обеспечения циркуляции промывающей жидкости и ее очистки (насос; вибросито; отстойники и/или гидроциклон; амбар для хранения промывающей жидкости; система труб и желобов).

Для бурения роторным способом неглубоких скважин весь перечисленный комплект оборудования является весьма компактным (к примеру, стрела консоли является складной). Это обеспечивает простоту размещения оборудования для бурения в любом удобном для производства буровых работ и последующей эксплуатации месте.

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.

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

Для промывания при таком виде работ можно применять следующие составы:

• растворы аэрированные;
• полимерные;
• воду;
• эмульсию нефтяного типа.

Есть и вариант с продуванием воздухом. Если работы осуществляются на зонах, где давление слоев низкое, то применяют специальный газ.

Благодаря промыванию забоев не только устраняются лишние примеси, но и убираются частицы породы, различные крупные объекты. Дополнительно охлаждается долото, благодаря чему период эксплуатации инструментов для разрушения породы увеличивается.

Технология роторного бурения скважин

Многие владельцы загородных домов стремятся обустроить автономное водоснабжение своего дома. Это позволит им не только избежать всех неприятностей и расходов, которые связаны с использованием централизованного водоснабжения, но и получать более чистую и качественную воду, которая намного лучше той жидкости, что течёт в трубах водоканала. Но для реализации такой системы водоснабжения на участке необходимо пробурить скважину на воду. Многие владельцы выбирают именно роторное бурение, которые имеет существенные преимущества перед другими технологиями. Видео в конце статьи поможет вам лучше понять суть метода.

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.

Технология роторного бурения скважин: особенности технологии

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.

Технология роторного бурения скважин на выставке

Что еще можно увидеть на экспозиции «Нефтегаз», кроме оснащения для роторного бурения скважин.

На столь крупной экспозиции в ЦВК «Экспоцентр» демонстрируется современное оборудование для добычи, переработки и транспортировки газа и нефти, передовые технологии соответствующей индустрии.

Именно на этой площадке собираются представители ведущих компаний мира по производству различных приспособлений для нефтегазовой промышленности. Здесь специалисты презентуют новые разработки, достижения, а также обмениваются полезными сведениями, навыками и опытом между собой.

На экспозиционных стендах презентуется следующее оборудование:

• Буровые сооружения (стационарные, передвижные, морские буровые механизмы);
• Аппараты для ремонта скважин;
• Разнообразные типы креплений для трубопроводов разных параметров;
• Буровые лебедки, насосные блоки и другое вспомогательное приспособление;
• Противовыбросовые устройства;
• Фонтанная арматура;
• Пульты регулирования.

Выставочный комплекс уже не первый год проводит данное мероприятие, посещаемо не только отечественными профессионалами, но и представителями зарубежных компаний.

«Экспоцентр» известен своими современными павильонами и многофункциональными залами, которые оснащены передовыми устройствами. Поэтому все образцы установок и аппаратов для нефтегазовой промышленности будут представлены на наивысшем уровне.

Прокачка скважины после бурения

Виды бурения скважинБентонит для бурения скважин

Стоимость роторного бурения

Диаметр бурения	Единица измерения	Стоимость работ, руб
42-62	м	550
62-102	м	770
102-142	м	990
142-182	м	1100
182-222	м	1210
222-262	м	1430
262-302	м	1760
302-362	м	2090
362-402	м	2530
402-462	м	2750
462-502	м	3300

Расчет стоимости

Итак, человек решил произвести бурение у себя на дачном участке с помощью именно роторного метода. Делается это достаточно легко. Однако всегда стоит помнить об издержках, которые будут сопровождать данную работу. В действительности этот метод бурения не является самым дешевым.

При расчетах в обязательном порядке нужно учитывать следующие составляющие и затраты на них:

1. Стоимость полипропиленовых труб, которые делаются либо из металла, либо из пластика;
2. Обустройство рабочей площадки как необходимая мера проведения работ, связанных с бурением скважин под воду.
3. Транспортировка буровой установки к объекту проведения работ. Здесь стоимость может быть самой разнообразной. Все напрямую зависит от габаритных размеров роторной системы. Зачастую для транспортировки бывает достаточно полугрузового автомобиля.
4. Непосредственно бурение, которое никогда не отличалось низкой стоимостью;
5. Стоимость фильтров. Стоит учитывать тот факт, что при бурении скважин обязательно нужно использовать фильтры глубокой очистки воды, чтобы на выходе получалась чистая вода. Для этого используются самые разнообразные фильтры. Они могут удерживать только механические частицы, которые содержатся в воде, а также устранять другие химикаты. В зависимости от этого в разных скважинах используется определенное количество фильтров той или иной очистки.

Именно по этим данным и формируется окончательная смета проведения всех работ, связанных с бурением скважины роторным способом. Как понятно, здесь нет ничего особенного. После подсчета можно уже делать непосредственные выводы о целесообразности проведения работ, связанных с бурением.