Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования

Скважина и колодец

Если загородный дом нельзя подключить к центральному водоснабжению, необходимо организовать автономную систему. Большинство владельцев предпочитают строить его на базе скважины, при разработке которой используются различные методы. Мы рассмотрим роторное бурение скважин — очень перспективный, но пока малоизвестный вариант.

В предложенной нами статье подробно описаны тонкости роторной технологии и применяемые инструменты. Разобраны преимущества и недостатки этого метода, представлены пути его реализации на практике. Наши советы прогидятся рачительным хозяевам празтных платных, желающим проконтролировать работу буровиков.

Определение вращательного бурения

Для начала разберемся, что на самом деле представляет собой роторное бурение скважин и каковы его альтернативы? Одним из наиболее распространенных способов устройства водозаборных сооружений признано шнековое бурение.

Однако винтовая технология не позволяет проходить скальные породы. Шнековый бур, используемый при шнековом бурении, не способен разрушить известняк. А ведь встречается быстае, что недвижимость забуриться в него, т.к. Верхние слои не отличаются стабильным и достаточным для работы дебетом.

Варианты расположения водоносных горизонтов и разновидности скважин

Колонно-шнековая технология бурения не дает возможности пройти сквозь горные породы. В случае строительства скважин на известняк эффективнее и экономичнее использовать вращательный метод бурения

Поэтому роторная технология, ранее использовавшаяся только в горнодобывающей промышленности, стала внедряться в сферу частных водозаборных сооружений. Его рабочим элементом является долото, расположенное в забойной части скважины. С помощью долота разрушают связные и несвязные грунты, дробят коренные породы.

Выемку разрушенной породы производят с помощью жидкости, подаваемой на выемку через рабочую колонну или затрубное космос Это 2 разных способа сверления, каждый из которых будет подробно рассмотрен ниже.

Диаметр долота превышает диаметр рабочей колонны, что позволяет:

  • сократит энергозатраты на весь процесс бурения (мощность здесь расходуется непосредственно только на вращение с усилием долота в скважине, а потери на трение рабочей колонны о стенки скважины сведены к минимуму);
  • защитить большинство элементов рабочей колонны от повреждений, а также стенки пробуренной скважины от разрушения;
  • обязательные обязательные по диаметру квазы (например, до 70 см) при кремановых обязательных гловынах.

Таким способом можно формировать водоносные скважины глубиной 300 и более метров, т.е бурит водоборные работы для набления водочного масыва и поселков.

Итак, определение: бурение по роторному принципу — это такой способ разработки скважины, при котором усилие долота в скважине передается от вращательного вращателя через колонну. Его собирают из стержней — узких стальных трубок, которые последовательно соединяются друг с другом по мере углубления в землю.

А вот в очистке стола работы и боя от шлама продаванная простором используется вода. Благодаря такому решению нет необходимости постоянно разбирать и собирать бурильную колонну для извлечения керна, как при колонном бурении.

Закачиваемая в добычу жидкость решает сразу две важные задачи: расчищает путь буровому снаряду для выполнения дальнейшей работы и промывает скважину, что необходимо для подготовки водозабора к работе.

Преимущества роторной технологии

Каковы преимущества роторного бурения перед возможными альтернативами? Несколько.

Во-первых, с помощью вращательного долота можно создавать скважины большого диаметра, которые могут полностью удовлетворить потребности в воде сразу нескольких домохозяйств.

Не секрет, что бурение – процесс недешевый: для него требуется специализированное оборудование, а для контроля и управления процессом требуются опытные бурильщики. В конце вечечение, доставка, звечатная с бурением, установка лицензируемой. Отсюда и его высокая цена.

Долото для вращательного бурения

Благодаря своей форме и конструкции долото при вращательном бурении может формировать скважины значительно большего диаметра, чем шнековые буры и колонная труба

объединение садов селичного домохозяйства для финнизации одни общие квасы для смежных платка — эконокомических продуктов. Но для этого необходимо наличие значительного дебета. В большинстве случаев водоносные горизонты четвертичных отложений (пески) их обеспечить не могут.

Естественно, что для коллективной эксплуатации водозаборное производство лучше ставить на известняке. Извлекаемые из него подземные воды отличаются большей водностью и чистотой. Объем выпавших отложений не оказывает ни малейшего влияния на дебит скважин на известняк. Чего не скажешь о скважинах на песке.

Интересно:  Буровая установка своими руками: самоделки для бурения скважин

Во-вторых, они обеспечивают относительно небольшие энергозатраты. Рабочим элементом вращательного бурения является долото. Но в отличие от шнекового и колонного бурения буровой инструмент не взаимодействует со стенками пробуриваемой скважины

То есть непосредственно с грунтом контактирует только долото, высота которого ничтожно мала по отношению к высоте всей буровой колонны. В результате этот способ формирования скважин самый быстрый – до 1000 погонных метров в месяц!

В-третьих, коллективных участников правит грубина бурения. Только роторным способом можно пробурить скважину, залегающую в коренных метаморфических и магматических породах, из трещин которой можно выкачать воду, состав которой наиболее подходит для питьевых целей.

В основном из водозаборов глубиной менее 30 м добывается только техническая вода. На его состав влияют расположенные рядом водоемы, реки, засоренные мусором, атмосферные осадки, просто пролитые на землю технические жидкости. Только такой водозабор вам помогут получить шнековый и колонный патрубок.

Буровая установка для вращательного бурения

Весь комплект бурового оборудования легко монтируется на одной платформе автомобиля средней грузоподъемности. Это делает процесс роторного бурения намного технологичнее, а значит и доступнее

Кроме того, роторное бурение позволяет выполнить бурение на полную глубину без перехода на другой метод бурения. При разработке скважины шнеком, например, при необходимости пробурить валун.

Для этого вытаскивают из ствола шнековый снаряд и кидают долото в забой, пока не разобьют валун. Затем забой расчищают зелёнкой. Применяются, когда необходимо поднять на поверхность водонасыщенный песок, который не удерживается в трубе колонны.

Практика показывает, что скважины, пробуренные роторным способом, имеют более длительный срок эксплуатации. Технологически это объясняется тем, что после установки обсадной колонны, образующей стенки скважины, дополнительно укрепляется трубное пространство.

Оборудование для устройства скважины

Сначала на поверхность над скважиной устанавливается вертикальная консоль для дальнейшего монтажа вертикальных звеньев рабочей колонны. Первое звено этого бурового вала снабжено рабочим органом – долотом, которое может иметь разный формат в зависимости от категории породы по условиям бурения.

Принципиальная схема вращательного бурения

Конечно, для бурения водоносных скважин используется более компактное оборудование, и формирование специально отведенной башни, как правило, не требуется

Набор бурового инструмента

При заглушении первого звена, свечи, на него садится следующий, называемый штангой, и так далее. Длина каждого такого блока труб может варьироваться от 20 до 50 м. Для упрощения формирования рабочего столба каждый стержень снабжен конической резьбой с замком.

В результате образуется буровая оболочка, состоящая из:

  • расположение долота;
  • ведущие штанги;
  • колонны радиальных станков, комплектных между сообщениями муфтами.

Удержание программы в расположении с вертлюги, вращение колоны продукты ротором. В зависимости от того, на какую глубину предполагается бурение, а также каковы физико-механические свойства грунта, для формирования ведущего звена применяют стандартные или утяжеленные стержни.

Ведущим стержнем, как правило, является тяжелая труба, поскольку на нее возлагается важная технологическая задача. По нему в долото поступает промывной раствор, в задачу которого входит вымывание щебня. А это, в свою очередь, повышает требования к муфтовым соединениям, в задачу которых входит герметизация стыков между звеньями.

Не забывайте, что напор жидкости напрямую зависит от высоты образовавшегося столба (и не зависит от сечения трубы). При этом, даже если в качестве моющего раствора использовать воду, давление будет повышаться на 1 атмосферу каждые 10 метров.

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

Только если бытовые системы стационарны и не перемещаются, то на направляющую штангу действует давление, равное весу бурильной колонны. И ему еще предстоит передать вращательный импульс и усилие долоту.

Разновидность звеньев вечения штанги с муфтами

Муфты – наиболее ответственные элементы шатуна, поскольку на них приходится вес всей нижней части шатуна, а также нагрузки от динамических колебаний и вращательного движения, сообщаемые двигателем

К муфтам как конструктивным элементам бурильной колонны предъявляются следующие требования:

  • для расчистки боя напорной строей);
  • быть стойками к изнашиванию, что не приходить в год при трении о толщину клеточной стенки;
  • должен иметь возможность передавать вращающий момент от верхней части рабочей колонны к нижней и, в конечном итоге, к долоту.
Интересно:  Бур для скважины своими руками: как сделать самодельный бур

Чрезвычайно важно, чтобы муфты имели надлежащее качество работы. Если хотя бы один из них не выдержит нагрузки и рабочий столб порвется, то достать его нижнюю часть вместе с долотом будет крайне сложно. При капитальных затратах иногда проще пробурить рядом новую скважину, чем достать раскрепленную направляющую штангу.

Использование воды в ходе бурения

Жидкость, которую подают в забою, чаще всего обычная вода. Иногда для стабилизации ствола, проходящего через рыхлые рыхлые породы (песок, щебень, гравийно-галечные отложения), в скважину подают раствор с буровыми добавками. Так надо, прочему что обсадку не интересуют прихов этапах проходки.

Вода поступает в добычу либо под давлением внутри свинцового штока (и далее прокачка происходит через затрубное пространство), или самотекущий вниз затрубное пространство, а удаление уже происходит через рабочую колонку с откачивающим насосом.

Это 2 разные технологии вращательного бурения, особенности которых будут рассмотрены ниже.

Схема бурения роторной скважины

Вращательное бурение отличается наибольшей скоростью освоения водозаборной скважины. Одновременно со сверлением производится промывка ствола и подготовка изделия к дальнейшей эксплуатации

Однако жидкость, используемая повсеместно в процессе бурения, нуждается в очистке (для дальнейшего применения).

Для этого используется следующий комплекс оборудования:

  • Склад для хранения бурового раствора. (Если планируется бурение неглубокого колодца — в пределах нескольких десятков можно построить прямо в земле, а в качестве промывочной жидкости использовать обычную воду). Амбар действует как аккумулятор для моющей жидкости.
  • Вибросито. Поднятый из скважины промывной раствор содержит частицы щебня, которые необходимо удалить. Самый эффективный метод – механический, с вибрацией.
  • Отстойник После удаления крупных частиц породы жидкость попадает в отстойник, чтобы избавиться от взвешенных частиц, попавших в осадок. При использовании воды в качестве моющей жидкости отстойник также иногда сооружают прямо в земле. Кроме того, для работы жидкостных станций и раздела осадки оставки гидроциклон.
  • Буровой насос. Именно он обеспечивает циркуляцию моющего раствора.
  • Система водостоков. Они необходимы для движения воды от места образования продукта до места его очистки.

Для освоения скважин роторной технологией необходимы следующие механизмы и оборудование:

  1. Башня или консоль для сборки буровой колонны из штанг и ее разборки по окончании бурения, а также высотная система.
  2. Двигатель, продукты вращения ротора.
  3. Жидкостное оборудование. Механизмы и устройства для обеспечения циркуляции моющей жидкости и ее очистки (насосы; виброситы; отстойники и/или гидроциклон; навес для хранения моющей жидкости; система труб и желобов).

Для бурения мобильным продымом на продубоких квартирах указанный комплект оборудования из более компактного (к примеру, стрела консоли из колодной). Это обеспечивает простоту размещения бурового оборудования в любом удобном месте для производства буровых работ и последующей эксплуатации.

Два варианта роторного бурения

В зависимости от способа подачи промывочной жидкости в скважину различают 2 типа технологии вращательного бурения:

  1. с прямой подачей;
  2. с программами по предложению.

Следует отметить, что подаваемая в скважину жидкость предназначена не только для промывки и удаления щебня. Он также охлаждает долото, которое сильно нагревается от трения. При прямой подаче жидкости насос создает избыточное давление.

Вода поступает в скважину через технологические отверстия в долоте, «подхватывает» дробленую породу и далее течет естественным путем через скважину (т затрубное пространство относительно ведущего бруска) размещается на поверхности, откуда попадает в очистительный комплекс (виброрешето, гидроциклон).

Схема оборудования для очистки и подачи воды в процессе бурения

Стиральная машина может быть прямой или реверсивной, что будет зависеть от качественных характеристик используемого оборудования, но принципиальная схема справедлива для обоих видов техники

Технология обратной подачи заключается в том, что промывочная жидкость течет на дно самотеком, спускаясь по скважине, а затем обратно на поверхность, раствор с измельченным материалом вытекает по трубке свинцового стержня. Буровой насос, в данном случае, создает разрежение именно в нем.

Несмотря на кажущуюся простоту обеих технологий, нюансов здесь гораздо больше, чем может показаться на первый взгляд. Поэтому целесообразно более подробно остановиться на каждой из указанных технологий бурения.

Бурение с прямой подачей промывающей жидкости

Такую технологию до сих пор иногда называют «прямым водотоком». Целесообразно использовать его на песчаных, щебнистых, щебнистых грунтах. Также его применяют, если глубина водоносного горизонта не превышает 30 м. Именно здесь в жидкость добавляются присадки, повышающие ее плотность и стабильность ствола.

Интересно:  Как достать насос из скважины если он застрял: лучшие методы вытащить насос наружу

Вращательное бурение характеризуется ступенчатым уменьшением диаметра пробуриваемой скважины. Другими словами, сначала бурится скважина наибольшего диаметра, затем обсаживается трубной, а кольцевое пространство между наружной поверхностью трубы и стенкой скважины через технологические отверстия заполняют цементным раствором.

Дальнейшее бурение продолжается меньшим долотом. Потом опять обсадная, а новая секция имеет еще меньший диаметр и т д. Чем реже приходится «брать отгулы» на цементирование скважины, тем больше производительность бурения, что в итоге выражается в общей стоимости процесса и скважины в целом.

Кроме того, слишком частая обсадка приводит к тому, что эффективный диаметр скважины (диаметр, вскрывающий пласт воды) сильно уменьшается. Таким образом, «прямоток воды» характеризуется тем, что скважину при такой мощности по ее формированию нельзя посадить до 100 метров.

Основное давление моющей жидкости создается насосом внутри свинцового штока, а затрубное пространство жидкости с элементами щебня заполняется самотеком без разрушения стенки скважины избыточным давлением.

Схема бурения с прямой подачей промывочной жидкости

Схема бурения с прямой подачей промывочной жидкости. Ее подача в бой по трубе ведущих штанги, и на строфеция она онлайн от самотеком

Однако у этого метода бурения есть и недостатки. В частности, слишком долго необсаженный разрез приводит к тому, что в водоносные горизонты попадают мелкодисперсные глинистые частицы, что может значительно уменьшить и замедлить поступление воды в добычу из водоносного пласта.

Эти частицы здесь играют роль своеобразных пробок микроканалов в породе, через которую просачивается вода. Поэтому процедура обсадки, производимая в процессе бурения, необходима для сохранения общей продуктивности скважины.

Бурение с обратной подачей промывающей жидкости

При таком способе контроля подачи жидкости лучше всего очищается ствол и днище. Здесь насос не проталкивает жидкость в скважину, а наоборот – засасывает ее обратно, и это приводит к тому, что скорость формирования скважины долотом увеличивается на порядок и даже в разы по сравнению с для прямой промывки.

Сама скважина не подвергается загрязнению глинистыми включениями с потоком промывочной жидкости. Ведь насос всасывает все, что может в нем содержаться. Кстати, в дополнительных добавках нет практического смысла, поэтому в качестве той же промывочной жидкости используется чистая вода.

Схема обратной промывки при вращательном бурении

Схема обратной промывки при вращательном бурении. Подача осуществляется самотёком через трубное пространство, а с другой стороны шлам вытягивается насосом по трубе ведущего штока

Итак, подытожим плюсы бурения с обратным водокомом:

  • скорость бурения увеличивается (по сравнению с прямым потоком воды) до 15 раз;
  • водоносный горизонт не засорен глинистыми частицами и пылевидным песком со дна, даже необсаженных уровень
  • благодаря качественному вскрытию водоносного горизонта скважину не нужно дополнительно готовить к работе, есть возможность сразу установить внутреннюю обсадную колонну с фильтром и начать откачку насосом;
  • в качестве рабочей жидкости используется простая (и потому дешевая) вода.

Однако этот метод имеет существенный недостаток. Это требует привлечения дорогостоящего оборудования, что в итоге приводит к значительному увеличению общего процесса бурения.

Поэтому бурение с «обратным течением воды» проводят только в тех случаях, когда скважина рассчитана на эксплуатацию сразу несколькими домовладениями. Но если скважина предназначена для индивидуальной эксплуатации, гораздо разумнее использовать технологию вращательного бурения с прямым потоком воды.

Выводы и полезное видео по теме

Видео №1. Наглядная демонстрация процесса роторного бурения по шагам:

Видео №2. Разбор роторной технологии и принципы строительства скважин

Видео №3. Циркуляция воды при вращательном бурении:

Ситуация с наличием и глубиной водоносных горизонтов может сильно отличаться от места к месту (а иногда их нет, как на острове Мадейра).

При проектировании скважины и выборе оптимального способа вращательного бурения следует использовать имеющиеся карты водоносных горизонтов. Это поможет вам значительно сэкономить деньги и время.

Расскажите о своем опыте разработки скважин с применением роторной технологии. Делитесь технологическими нюансами, которые будут полезны посетителям сайта. Пожалуйста, оставляйте комментарии в расположенной ниже блок-форме, размещайте фото и задавайте вопросы по теме статьи.

Оцените статью
SV-Aqua.ru