Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

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 скважин: основные способы и методы, механические

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 скважин: основные способы и методы, механические

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.

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

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.

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Обсадные трубы

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:

  1. Вода техническая. Применяется при строительстве водозабора в устойчивых породах и песках, где статический уровень жидкости ≥3 м. Диаметр скважин

Источник: https://scvazina.ru/rotornoe-burenie

Технология роторного бурения скважин: методы работ

Огромное количество владельцев своих участков задумываются о децентрализованном независимом водоснабжении. В этом есть смысл не только потому, что собственная система водоснабжения позволяет избегать всех проблем централизованной, но и потому, что по трубам государственных предприятий водоснабжения течет вода, которую тяжело назвать экологически приемлемой.

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Установка роторного бурения на базе грузового автомобиля

Определенные проблемы создания своей собственной системы водоснабжения возникают на этапе выбора технологии бурения.

Какие особенности технологии роторного бурения?

Роторное бурение скважин это технология, подходящая в том случае, когда необходимо получение большого объема наиболее экологически чистой воды, со стабильной, долговечной работой всей системы. В таких условиях роторный способ бурения находится вне конкуренции.

особенности обустройства и эксплуатации скважины иглы.

В целом, роторные буровые установки при их эксплуатации имеют следующие преимущества перед аналогами:

  • Добыча воды в большом объеме;
  • Ротор-бурение имеет длительный срок эксплуатации;
  • Большие объемы воды поставляются стабильно, без перебоев и проблем;
  • Высокое качество добываемой воды.

Роторы буровых установок способны добывать из источника такое количество воды, что ее хватит не только на водоснабжение дома, но и на наполнение различных резервуаров (таких, как бассейн), полив и на нужды еще пары-тройки других зданий. Благодаря этому можно находиться с соседями в условиях кооперации, тем самым не затрачивая колоссальные деньги на обустройство водозабора.

Технология роторного бурения зарекомендовала себя как долговечную и стабильную. Соблюдая все инструкции по работе с роторной системой бурения, и эксплуатации пластиковых труб в ее конструкции, пользователь может быть уверен в том, что срок эксплуатации такой системы будет не менее двух десятков лет.

При необходимости бурения глубоких скважин на воду обычно применяют ротор-бурение. Механизм работы такой системы выглядит так: в бурильную трубу загружают вращающийся вал, который имеет прочный наконечник — долото (например, долото PDC). Нагрузка на долото достигается работой гидравлической установки.

Благодаря данному механизму работы можно достигнуть любой глубины скважины для добычи воды. Промывают скважину от находящегося в ней грунта специальным бурильным раствором, который по трубам подается двумя различными способами:

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Процесс бурения

  • Закачивается с помощью специального насоса в бурильную трубу, а затем самотеком попадает наружу через затрубное пространство (так называемая «прямая промывка»);
  • Раствор самотеком проходит в затрубное пространство, а потом с помощью насоса выкачивается вместе с грунтом из бурильной трубы (так называемая «обратная промывка»).

Ротор-бурение такими методами используют даже на нефтяных скважинах.

При этом обратная промывка хороша тем, что благодаря ней добывается больший дебит скважины, потому как водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно. Впрочем, без привлечения сложнейшего и высокотехнологичного оборудования при таком методе работы не обойтись, и такое ротор-бурение выйдет весьма затратным по деньгам.

Ротор-бурение прямой промывкой несколько дешевле первого варианта, и именно поэтому для большинства владельцев своих участков данных метод наиболее приемлем и адекватен в ценовом вопросе. к меню ↑

Оборудование для проведения работ

Оборудование, которое применяется при роторном бурении, включает следующие компоненты:

  • Вышка;
  • Буровая установка и привод к ней;
  • Ротор;
  • Поршневые насосы;
  • Буровой вертлюг;
  • Талевая система из кроноблока;
  • Система очистки специальными жидкостями;
  • Вибросито;
  • Желоб;
  • Гидроциклоны (необходимые наиболее часто для нефтяных скважин).

Важно отметить, что существуют не только стационарные роторные установки (такие, как на нефтяных скважинных добычах). Существуют и передвижные версии, что оборудованы специальной платформой, крепящейся на прицепе.

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Компактная буровая установка роторного бурения

При этом в передвижной версии присутствуют всё перечисленное оборудование кроме системы жидкостной очистки. Благодаря данному варианту роторной установки, обладающей маневренностью и способностью изменять свое положение в кратчайшие сроки, можно сэкономить деньги на этапе выбора необходимой скважины. к меню ↑

Этапы и нюансы применения технологии

Ротор-бурение имеет два варианта произведения водозабора:

  • С прямым водотоком;
  • С обратной подачей (обратный водоток).

Первый способ применяется в песчаных, скальных и текучих грунтах, имеющих глубину залегания водоносных горизонтов не более 500 метров.

При данной системе водозабора промывочный раствор проходит по отстойнику к шлангам, а затем попадает в забой. Раствор с выработанной породой движется под давлением между внутренней поверхностью источника и трубами для бурения вверх, и, в конечном счете, попадает в отстойник.

Промывочный раствор изготавливается из глиняных или клеящих веществ. Они должны быть наиболее близки по плотности к той породе, которую ротор буровой установки подвергает разрушению. Такая система применяется и при нефтяных добычах из скважин.

Ротор-бурение работает по принципу раздробления породы в области вращения оси устройства, при этом создается большая вертикальная нагрузка под массой бурового снаряда. На начальных этапах используют долото большого размера, работа которого обеспечивает ротором, что в свою очередь работает за счет двигателя.

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Рабочая часть — долото

После завершения бурения устанавливается стальная обсадная труба. Далее используют долото меньших размеров, и, соответственно, меньших размеров обсадную трубу. Такое бурение продолжается вплоть до водоносного слоя. На нефтяных скважинах использую похожий алгоритм работы.

Роторные буровые установки в работе с прямым водотоком имеют неоспоримое преимущество в том, что вся работа делается без крепления скважины вплоть до сотни метров. Впрочем, из-за этого в водоносные слои время от времени может попадать глина, что, в конечном счете, скажется на производительности пробуренного источника.

Ротор-бурение с обратной подачей имеет похожую схему работы. Для данного вида бурения промывочным раствором делают обыкновенную чистую воду. Вода закачивается в пространство между стенками водозабора и установленной буровой колонной.

Читайте также:  Как вырастить арбуз на урале: посадка в теплице своими руками

Далее вода через долото, имеющие специальное отверстие, с помощью насоса поднимается по трубам колонны и закачивается в отстойник. Добыча воды из необходимой скважины производится вращательным глубинным насосом. Преимущества данного метода следующие:

  • Ротор-бурение такого вида осуществляется в 10-15 раз быстрее, чем при прямой промывке;
  • Водоносный пласт не подвергается глинизации;
  • Необходимо небольшое количество обсадных труб;
  • Управляемые параметры скважин: можно создавать как большого диаметра скважины, так и маленького;
  • Роторы буровых установок по такому методу могут работать на нефтяных скважинах.

Рекомендуется использовать роторные буровые установки в местах с хорошо изученной гидрогеологией. к меню ↑

Роторная буровая установка в работе (видео)

 Главная страница » Виды бурения

Источник: https://ByreniePro.ru/vidy/rotornoe.html

Механические способы бурения

Механические способы бурения используются в строительстве широко и ведутся в основном тремя способами: вращательным , ударно-вращательным и ударным.

В строительстве бурение используют при исследовании свойств и качеств грунтов, определении уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, выполнении земляных работ с применением взрывчатых веществ, разработке и дроблении твердых пород, устройстве свайных фундаментов, искусственном закреплении грунтов и т.п. Для этого в земной коре сооружают вертикальные, наклонные или горизонтальные цилиндрические выработки разных диаметров и глубин.

Читай также термическое бурение

Буровые выработки делают в виде шпуров и скважин. Шпуры это цилиндрические выработки диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м, скважины -выработки более глубокие с диаметром, превышающим 75 мм.

Верхнюю часть шпура или скважины называют устьем, нижнюю ( дно выработки), -забоем, боковые поверхности -стенками, разрушенную породу в забое скважины -буровой мелочью.

По характеру образования буровых выработок различают бурение сплошным забоем и колонковое.

При бурении сплошным забоем всю породу в скважине разрушают и удаляют в разрушенном виде.При колонковом бурении породу разрушают лишь до кольцевой поверхности забоя, а внутреннюю часть породы в виде цилиндра( керна) извлекают из скважины целиком.

Сопротивляемость конкретного грунта бурению -буримость характеризуется временем чистого бурения 1 м скважины ( шпура) и колеблется от 3 мин ( для мягких пород) до 15…25 мин( для крепких).

При бурении породу разрушают механическим или физическим воздействием.

Механическое бурение грунтов

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Технологический процесс механического бурения складывается из следующих операций : разрушение породы, транспортировка породы на поверхность , обеспечение устойчивости стенок буровых выработок, вспомогательные операции. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами , сколом и комбинированным воздействием ( например, истиранием и ударом ).

Измельченный грунт подают на поверхность двумя методами : гидравлическим ( грунт удаляется путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением ) и сухим ( измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или шнеком ). Механическое бурение ведут в основном тремя способами : вращательным , ударно-вращательным и ударным.

Для этого используют буровые станки и машины, а при незначительных объемах работ -ручные машины.
При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.основные виды вращательного способа бурения -шнековое и роторное -выполняются с помощью самоходных установок или станков.

применяют также электрические сверлильные машины.

Шнековое бурение принимают для скважин диаметром 125…160 мм и глубиной до 30 м в мягких грунтах и грунтах средней крепости.Шнековые буровые станки ( рис-1) имеют металлическую раму, которая состоит из двух направляющих стоек, установленных на передвижной платформе или на полозьях.

Рисунок-1. Станки и инструмент для вращательного бурения

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

а – схема станка шнекового бурения: 1 – резец, 2 – платформа, 3 – лебедка, 4 — направляющая стойка, 5 – штанга с ребордой, 6 – электродвигатель
б – схема станка роторного бурения: 1 – бурильная труба, 2 – лебедка, 3 — вращатель-ротор, 4 – вертлюг, 5 – рабочая труба, 6 – вышка, 7 – насос, 8 – бак с глиняным раствором, 9 – соединительная труба, 10 — долото

в – рабочие наконечники: 1 – шарошечное долото, 2 – лопастное уступчатое долото, 3 – лопастное долото «рыбий хвост»

По направляющим стойкам рамы движется электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги .Рабочие штанги длиной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по винтовой линии наварены стальные полосы -реборды.По мере углубления скважин штанги наращивают, соединяя их между собой специальными патронами.

Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, с помощью шнека грунт выдается на поверхность. Производительность станков шнекового бурения 15…100 м в смену.  Роторное бурение чаще всего применяют для устройства скважин диаметром до 200 мм и глубиной 50 м в грунтах средней и большой крепости.

Роторная бурильная установка состоит из вращателя -ротора ,сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором ( рис-1,б).

Рабочая ( ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора,который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе.

Размеры вкладышей ротора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позволяет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз.

Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота( рис-1,в), которые разрабатывают грунт всей площади забоя скважины.Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом. К вертлюгу присоединен шланг от насоса,подающий в бурильные трубы глинистый раствор. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.

Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мягких и средней крепости породах, а также в мерзлых грунтах.Различают электрические сверлильные машины легкие ( с ручной подачей) и тяжелые ( колонковые).

В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бурильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют автоматическую подачу. Буровую штангу закрепляют в патроне шпинделя.

К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины при помощи замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной для удаления из шпура шлама или буровой мелочи быстро извлекают сверло, не прекращая его вращения.

При работе колонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой. Ударно-вращательное бурение применяют для бурения скважин диаметром 100…200 мм, глубиной до 30 м в труднобуримых породах.

Производительность станков -10…35 м/смену.

Главная особенность этого способа состоит в том, что вращение и ударное действие инструмента выполняется двумя независимыми механизмами-вращателем и пневмоударником ( рис-2).

Рисунок-2. Станки и инструменты для ударно-вращательного и ударного бурения

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

а – станок ударно-вращательного бурения: 1 – пневмоударник, 2 – обеспыливатель, 3 – буровая штанга, 4 – рукав для воздуха, 5 – электрокабель, 6 – вращатель, 7 – лебедка, 8 – станина, 9 – противовес
б – схема пневмоударника: 1 – путь сжатого воздуха, 2 – цилиндр, 3 – выход воздуха, 4 – воздухораспределительное устройство, 5 – сжатый воздух, 6 – поршень со штоком, 7 – выход сжатого воздуха, 8 – коронка

в – виды буровых головок: 1 – однодолотное, 2 – двухдолотное, 3 – крестовое, 4 – звездчатая

Пневмоударник представляет собой пневматический молоток, в котором движущийся возвратно-поступательный поршень со штоком наносит своим бойком удары по хвостовику коронки. Коронка при бурении может передвигаться вдоль оси пневмоударника на 20 мм.

Сжатый воздух поступает к пневмоударнику по буровым штангам. При работе станка вращатель, состоящий из электродвигателя и редуктора, приводит во вращение буровую штангу и пневмоударник, внедряющийся в грунт. Самое эффективное число оборотов штанги -25 об/мин.

Выходящую из скважины буровую пыль улавливают обеспыливатель.

Ударное бурение осуществляют пневматическими бурильными молотками -перфораторами, которые бывают ручными-массой до 24 кг ( при глубине шпура до 3 м) и станковые -массой до 40 кг ( при глубине шпура до 3 м) и станковые -массой до 40 кг.Они обеспечивают бурение шпуров глубиной до 5 м. Воздух (2…4 м3/мин) подводится к перфоратору шлангом от компрессора. Рабочий орган перфоратора -буровая головка.

При бурении нетрещиноватых пород мягкой и средней крепости применяют головку с одним долотом, армированную твердыми сплавами. Двухдолотчатыми головками бурят вязкие и трещиноватые породы.

Головки крестообразной формы используют для бурения пород средней крепости с незначительной трещиноватостью, а также вязких пород.

Крепкие и трещиноватые породы бурят с применением крестообразных и звездообразных головок.

Перфораторные молотки по характеру очистки каналов от пыли и каменной мелочи подразделяются на сухие и мокрые .

Перфораторы мокрого типа имеют специальные устройства для промывки канала водой, а в перфораторах сухого типа канал продувается воздухом.

Предпочтительнее мокрое бурение, так как применение для промывки канала воды снижает сопротивляемость породы и увеличивает стойкость головки бура из-за ее охлаждения водой и уменьшения трения о стенки канала.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях! *****

Источник: https://stroivagon.ru/tiosp/mehanicheskie-sposobyi-bureniya.html

Способы бурения скважин

Разработка различных месторождений и изучение горных пород предполагает бурение скважин.

Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, поэтому специалисты учитывают все нюансы, с которыми они столкнутся во время работы и выбирают оптимальный способ, гарантирующий получение нужного результата с минимальными затратами.

Разработку месторождений могут выполнять только квалифицированные компании, которые имеют нужную аккредитацию. Несмотря на то, что существует не так много способов бурения скважин, не так просто подобрать оптимальный метод, поэтому без привлечения специалистов обойтись нельзя. 

Виды бурения скважин

Способы бурения разделяют на механические и немеханические виды. Немеханические способы слабо изучены, поэтому практически не используются на практике.

Механические методы бурения применяются при разработке скважин различного назначения. Пробуривание происходит при помощи специальных долот, что обеспечивает получение ствола скважины нужного размера.

  Механические способы бурения также разделяются на несколько разновидностей:

  • Вращательный.
  • Ударный.
  • Вибрационный.

Каждый из способов имеет особенности, но каждый из них позволяет добиться нужного результата. Наиболее эффективным способом бурение считается вращательный, так как позволяет извлекать породу скважины без остановки процесса.

Также вращательный метод является самым дешевым, поэтому большинство работ выполняется при помощи именно этого вида бурения. Так как вращательный метод является основным способом бурения скважин, то его стоит рассмотреть подробнее.

Вращательный метод делится на три способа:

  • Колонковый.
  • Шнековый.
  • Роторный.

Вращательный способ бурения может использоваться на грунтах различной плотности, поэтому выделяют три подвида, каждый из которых имеет свое предназначение и особенности. Общий процесс бурения скважин вращательным способом не сильно отличается, но каждый метод оптимален только при наличии некоторых критериев.

Особенности колонкового бурения

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

  • Суглинки.
  • Скальные виды.
  • Тяжёлые глины.

При помощи большого количества воды также возможно удалить шлам из забоя. В некоторых случаях вместо промывки используется продувка сжатым воздухом, который поставляется внутрь трубы при помощи специального компрессора. При колонковом бурении можно разработать скважину диаметром 8-20 сантиметров и глубиной до километра. Основные работы проводятся при помощи буровых установок, которые установлены на автомобиле КАМАЗ или КрАЗ.

Особенности шнекового бурения

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Чаще всего способ подходит для создания скважин, глубина которых не превышает 30 м на мягких почвах и 20 м на средне-плотных грунтах. После того как из забоя извлекается шнек, ствол укрепляется обсадкой, а сама скважина очищается от остатков пород. Использование шнека при бурении в плотных и скальных породах нецелесообразно, поэтому метод может комбинироваться с другими способами бурения.

Читайте также:  Колонны из гипсокартона: как сделать своими руками, фото и обшивка, видео и арка, облицовка декоративная в интерьере

Особенности роторного бурения

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

  • Возможность организации скважины, диаметр которой будет до 2 м.
  • Высокое качество бурения при разработке водяных скважин.
  • Быстрый процесс бурения при небольших затратах ресурсов.

Обсадная труба монтируется после очищение ствола скважины от отработанных пород, что позволяет добиться хороших результатов и надежности разработки. 

Источник: https://gorgeomeh.ru/articles/sposoby-bureniya-skvazhin/

Роторный способ бурения нефтяных скважин

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

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:

  • вибросита;
  • желоба;
  • гидроциклонов

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

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

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. Жидкость, поступающая на долото, охлаждает его рабочую поверхность, за счет чего продлевает срок службы породоразрушающего инструмента.

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: http://snkoil.com/press-tsentr/polezno-pochitat/rotornyy-sposob-bureniya-neftyanykh-skvazhin/

2.3 Способы бурения скважин

  • По способу
    воздействия на горные породы различают
    механическое и немеханическое бурение.
  • При механическом
    бурении
    буровой
    инструмент непосредственно воздействует
    на горную породу,
    разрушая ее, а при немеханическом
    разрушение происходит без непосредственного
    контакта с породой источника воздействия
    на нее.
  • Немеханические
    способы
    (гидравлический, термический,
    электрофизический)
    находятся в стадии разработки и для
    бурения нефтяных и газовых скважин в
    настоящее время не применяются.
  • Промышленное
    применение находят только способы
    механического бурения — ударное и
    вращательное.

2.3.1 Ударное бурение

Ударное бурение.
Из его всех разновидностей наибольшее
распространение получило ударно-канатное
бурение (Рисунок 2.7).

Буровой снаряд,
который состоит из долота 1, ударной
штанги 2, раздвижной штанги-ножниц 3 и
канатного замка 4 , спускают в скважину
на канате 5, который, огибая блок 6,
оттяжной ролик 8 и наравляющий ролик
10, сматывается с барабана 11 бурового
станка. Скорость спуска бурового снаряда
регулируют тормозом 12. Блок 6 установлен
на вершине мачты 18. Для гашения вибраций,
возникающих при бурении, применяются
амортизаторы 7.

Кривошип 14 при
помощи шатуна 15 приводит в колебательное
движение балансирную раму 9. При опускании
рамы оттяжной ролик 8 натягивает канат
и поднимает буровой снаряд над забоем.
При подъеме рамы канат опускается,
снаряд падает, и при ударе долота о
породу последняя разрушается.

Рисунок 2.7 —Схема
ударно-канатного бурения

По мере накопления
на забое разрушеной породы (шлама)
возникает необходимость в очистке
скважины. Для этого с помощью барабана
поднимают буровой снаряд из скважины
и многократно спускают в нее желонку
13 на канате 17, сматываемом с барабана
16. В днище желонки имеется клапан.

При
погружении желонки в зашламленную
жидкость клапан открывается и желонка
заполняется этой смесью, при подъеме
желонки клапан закрывается. Поднятую
на поверхность зашламленную жидкость
выливают в сборную емкость.

Для полной
очистки скважины приходится спускать
желонку несколько раз подряд.

После очистки
забоя в скважину опускают буровой
снаряд, и процесс бурения продолжается.

При ударном бурении
скважина, как правило, не заполнена
жидкостью. Поэтому, во избежание обрушения
породы с ее стенок, спускают обсадную
колонну, состоящую из металлических
обсадных труб, соединенных друг с другом
с помощью резьбы или сварки. По мере
углубления скважины обсадную колону
продвигают к забою и периодически
удлиняют (наращивают) на одну трубу.

Ударный способ
более 50 лет не применяется на нефтегазовых
промыслах России. Однако в разведочном
бурении на россыпных месторождениях,
при инженерно-геологических изысканиях,
бурении скважин на воду и т.п. находит
свое применение.

2.3.2 Вращательное бурение скважин

При вращательном
бурении разрушение породы происходит
в результате одновременного воздействия
на долото нагрузки и крутящего момента.
Под действием нагрузки долото внедряется
в породу, а под влиянием крутящего
момента скалывает ее.

Существует две
разновидности вращательного бурения
— роторный и с забойными двигателями.

При роторном
бурении
(Рисунок 2.8) мощность от
двигателей 9 передается через лебедку
8 к ротору 16 — специальному вращательному
механизму, установленному над устьем
скважины в центре вышки. Ротор вращает
бурильную колонну и привинченное к ней
долото 1. Бурильная колонна состоит из
ведущей трубы 15 и привинченных к ней с
помощью специального переводника 6
бурильных труб 5.

Следовательно,
при роторном бурении углубление долота
в породу происходит при движении вдоль
оси скважины вращающейся бурильной
колонны, а при бурении с забойным
двигателем — невращающейся бурильной
колонны. Характерной особенностью
вращательного бурения является промывка

При бурении с
забойным двигателем
долото 1 привинчено
к валу, а бурильная колонна — к корпусу
двигателя 2. При работе двигателя
вращается его вал с долотом, а бурильная
колонна воспринимает реактивный момент
вращения корпуса двигателя, который
гасится невращающимся ротором (в ротор
устанавливают специальную заглушку).

Буровой насос 20,
приводящийся в работу от двигателя 21,
нагнетает буровой раствор по манифольду
(трубопроводу высокого давления) 19 в
стояк — трубу 17, вертикально установленную
в правом углу вышки, далее в гибкий
буровой шланг (рукав) 14, вертлюг 10 и в
бурильную колонну.

Дойдя до долота,
промывочная жидкость проходит через
имеющиеся в нем отверстия и по кольцевому
пространству между стенкой скважины и
бурильной колонной поднимается на
поверхность.

Здесь в системе емкостей
18 и очистительных механизмах (на рисунке
не показаны) буровой раствор очищается
от выбуренной породы, затем поступает
в приемные емкости 22 буровых насосов и
вновь закачивается в скважину.

  1. В настоящее время
    применяют три вида забойных двигателей
    — турбобур, винтовой двигатель и
    электробур (последний применяют крайне
    редко).
  2. При бурении с
    турбобуром или винтовым двигателем
    гидравлическая энергия потока бурового
    раствора, двигающегося вниз по бурильной
    колонне, преобразуется в механическую
    на валу забойного двигателя, с которым
    соединено долото.
  3. При бурении с
    электробуром электрическая энергия
    подается по кабелю, секции которого
    смонтированы внутри бурильной колонны
    и преобразуется электродвигателем в
    механическую энергию на валу, которая
    непосредственно передается долоту.
Читайте также:  Мебель для балкона: лоджии фото и диванчик своими руками, кресло и комод плетеный, складная мягкая икеа

Рисунок
2.8 — Схема вращательного бурения

Источник: https://studfile.net/preview/2827811/page:3/

Роторный способ бурения скважин

Роторный способ бурения скважин представляет собой один из самых популярных методов обустройства скважин для эксплуатационных и разведывательных целей, в любой среде. Главная особенность данного вида бурения является использование оборудования вращательного типа. В результате поступательно-вращательных движений, оборудование постепенно заглубляется, а почва из забоя выводится наружу.

Бурение скважин роторным способом не предусматривает наличие осевого усилия, которое подается от привода и характеризуется промывкой забоя. В данном случае используется вода, но можно применять и специальные вещества, предназначенные для этих целей. Таким методом для обустройства скважинного колодца пользуются уже более ста лет.

Из чего состоит установка

Установка роторного бурения

На сегодняшний день роторное бурение скважин на воду предусматривает использование нескольких типов установок. Можно использовать стационарные или же переделанные с самоходных транспортных средств. Независимо от конструкций, любой тип установки имеет общие составляющие.

Как работает

Основная особенность работы таких буровых установок заключается в том, что необходимо использование рамной или же решетчатой вышки. Она нужна для закрепления подъемного оборудования, а также других комплектующих оборудования. С её помощью можно опускать и поднимать в шахту скважины детали бурильной колонны.

Установка может иметь двигатель, работающий на электричестве или внутреннего сгорания. Отлично может подойти двигатель ДВС, на котором обустроено оборудование. Для того чтобы передавать вращательные движения от двигателя к ротору, устанавливается привод. Также он может выполнять задачу по изменению диапазона оборотов.

Ведущая труба, которая воспринимает крутящий момент от ротора, характеризуется тем, что сохраняет функцию перемещаться беспрепятственно по направлению оси. На оси стола предусмотрено наличие отверстия, может демонтироваться. Её также можно заменить на трубы различного типа. Такая деталь получила название рабочего вкладыша.

схема роторноого бурение скважин

Отдельные трубы составляют бурильную колонну. Они соединяются с ведущей трубой. Также предусмотрено соединение их между собой с помощью разъемных муфт. Вращательные движения по трубам передаются на долото. Затем долото вращательными движениями с помощью рабочих кромок воздействует на грунт, разрушая его.

Характерно, что долото может иметь несколько типов рабочих установок. На него можно устанавливать алмазные, изготовленные из твердых сплавов, а также композитных материалов. Также существует несколько типов, различных по форме кромок – с шарошками или режущая.

Это требуется для максимально удобной работы в условиях различных пород грунтов.

Осевое усилие от ротора не воспринимается буровой колонной. Чтобы не допустить появление изгиба труб, из которых делается колонна, её нужно держать в растянутом положении. Необходимо, чтобы было давление на зону забоя от рабочих органов.

Над долотом создается усилие, которое достигается благодаря высокой массе труб, используемых специально для увеличения массы. Сила тяжести распределяется неравномерно.

Большая часть приходится на долото, а остальная – на растягивание буровой колонны, которая находится в подвешенном состоянии.

Приводной вал, который располагается сверху, подвешивают к талевой системе с использованием вертлюга. Он также используется, чтобы добиться свободного вращения груза. По вертлюгу и полые трубы, расположенные в буровой колонне к соплам долота, нужно подавать жидкость для промывки.

Жидкость, которая подается под напором, размывает породу под долотом. Участвует в процессе вывода на поверхность грунта по зазору, который располагается между бурильными трубами и стволом.

Когда жидкость попадает на поверхность, она переходит к процессу очистки. Из нее удаляются буровые продукты. Это осуществляется при использовании фильтров различного типа.

После того как насосы пройдут очистку, сюда нужно снова закачать жидкость. Достаточно часто используются ступенчатые поршневые насосы.

Роторное бурение скважин в условиях различных типов пород, а также на разных ресурсах, нужно использовать разные виды жидкостей для промывки. Если делаем отверстие в скалистой почве, можно использовать обычную воду.

Но в условиях рыхлых, требуется сделать раствор воды и глины. Иногда можно продуть, используя воздух.

Особенности технологии роторного бурения

Технология роторного бурения скважин предусматривает вымывание из отверстия породы, а также опускание вниз колонны.

Когда забой будет углубляться, нужно по мере необходимости наращивать буровую колонну, используя новые трубы.

Периодически нужно поднимать трубы, это делается с помощью талевой системы, которая размещается наверху вышки. Разбирать буровую колонную нужно по очереди, каждую трубу отдельно.

Есть возможность осуществлять роторное бурение в несколько ступеней. После того как сделали проход в верхних слоях, как правило, рыхлых, нужно поднять колонну, а затем опустить в забой трубу. Для заполнения кольцевого забора используется цемент.

После его застывания, можно опускать в скважину долото с меньшим диаметром и продвигать его дальше. Можно делать такую работу в несколько этапов. На завершающем этапе нужно опустить вниз эксплуатационную трубу, на конце которой есть перфорация.

Вращения, скорость закачивания жидкости, а также количество и вес труб для утяжеления, какое нужно использовать долото зависят от того, насколько глубоко нужно делать отверстие, а также какой состав и характеристики имеет порода.

Лучше всего бурить в легких грунтах. Тогда достигается высокая скорость и оперативность подачи промывочной жидкости. Если работать в условиях скалистых породах, тогда скорость будет значительно ниже, а также сокращается количество используемой промывочной жидкости, которая используется для выброса грунта на поверхность.

Такой метод бурения позволяет делать скважины на очень большую глубину.

Главные преимущества заключаются в высокой скорости работы, возможность работать практически в любом типе почвы, за исключением грунта с большими валунами, поскольку в данном случае есть угроза заклинивания долота, а также в тех грунтах, которые сильно впитывают жидкость для промывки.

Сложно бурить таким методом в холодное время года, поскольку промывочная жидкость замерзает. Очень сложно работать в тех местностях, где есть дефицит воды и глины.

Если в работе используется глинистый раствор – это может привести к закупориванию водоносной жилы, поэтому потребуется делать промывку водой. Если породы рыхлые или нужно делать скважину большого диаметра, используется метод обратной промывки.

В данном случае вода, которая подается по стволу, впитывается у основания колонны. Чтобы очищать жидкость, нужно сделать отстойники.

Источник: https://kolodeconline.ru

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a8b0f7f865165dfbdd604eb/5ac3c92cad0f2212b9d358a2

Способы бурения нефтяных и газовых скважин

Формирование ствола скважины в процессе бурения осуществляется за счет постоянного разрушения горных пород на забое тем или иным способом. Существует много способов разрушения горных пород.

Бурение скважин на нефть и газ по способу воздействия на горные породы   Бурение скважин на нефть и газ по характеру разрушения горных пород на забое
НЕМЕХАНИ-ЧЕСКИЕ СПОСОБЫ МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ Сплошное Колонковое
Ударные Вращательные
Химический Ударно-канатный Роторный
Термохимический Ударный на штангах С помощью системы верхнего привода
Электроимпульсный Пневмоудар-ный С помощью забойных двигателей (гидравлические – турбобур, винтовой (объемный) забойный двигатель, электрический — электробур.
Вращательно-ударные и ударно-вращательные (комбинированные)

НЕМЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:

Разрушение породы возможно и без механического разрушения, например, под влиянием тепловых, электрических, высокочастотных электромагнитных и других полей. Вместо долот здесь используются буровые наконечники: плазмо – и термобуры, лазеры и др. устройства.

  • Однако одни из них не вышли из стадии лабораторных исследований, например химические и термохимические, другие (электроимпульсный) – за стадию опытно-промышленного внедрения.
  • МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:
  • Поэтому основным способом бурения, применяемым в промышленности, является механический, основанный на разрушении горной породы силовым воздействием на нее специального породоразрушающего инструмента – долота.

При ударном бурении породоразрушающий инструмент (долото) совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси скважины и наносит периодические удары по забою. Ударное разрушение забоя и вынос частиц породы чередуются.

Способ ударно-канатного бурения характеризуется тем, что разрушение горной породы происходит под воздействием породоразрушающего инструмента, подвешенного на канате, который периодически приподнимают над забоем на сравнительно небольшую высоту (до 40-50 см) и сбрасывают. Разрушение горной породы происходит в результате ударов долота по забою. Образующийся на забое шлам периодически удаляют специальным инструментом (желонкой), который спускают в скважину на канате вместо долота.

Способ ударно-канатного бурения известен с древних времен.В настоящее время он используется в основном при разведочном бурении на россыпях, проходке взрывных скважин на карьерах и сооружении водоподъемных скважин; при бурении нефтяных скважин этот способ не используется.

Ударное бурение на штангахнапоминает предыдущий способ, но в отличие от него породоразрушающий инструмент спускают в скважину на колонне полых бурильных труб (штанг). Последняя имеет канал, по которому жидкость можно подавать к забою для удаления шлама.

В наше время способ практического применения не имеет.

Пневмоударный способ бурения –современное ударное бурение с выносом породы сжатым воздухом.

По сравнению с ударным вращательный способ бурения имеет существенное преимущество. Оно состоит в том, что породоразрушающий инструмент находится в постоянном контакте с забоем, вращаясь вокруг своей оси, а образующийся шлам непрерывно удаляется с забоя. Это преимущество обеспечило способу вращательного бурения за счет высокой производительности широкое применение.

Разрушение породы при вращательном бурении происходит при одновременном воздействии силовой нагрузки и вращающего момента. Под действием силовой нагрузки, как правило, превышающей предел прочности пород на сжатие, долото внедряется в породу на некоторую глубину, а под действием вращающего момента скалывает, дробит и истирает ее.

При роторном бурении вращение долота осуществляется силовым приводом с поверхности Земли через гибкий вал (бурильную колонну).

  1. При бурении с помощью забойных двигателей бурильная колонна не вращается, а вращение долота осуществляется забойным двигателем (турбобуром, электробуром или винтовым (объемным) двигателем), закрепленным снизу бурильной колонны над долотом.
  2. Турбобур— это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости.
  3. ВЗД —это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
  4. Электробур —это электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности.
  5. Преимуществами вращательного бурения с помощью забойных двигателей являются отсутствие непроизводительных затрат энергии на вращение многокилометровой колонны бурильных труб и преодоление трения о стенки скважины.
  6. При сплошном бурении разрушается вся масса породы.

Колонковое бурение отличается тем, что забой скважины разрушается не сплошь, а выборочно с образованием кольцевого забоя. В скважине остается неразрушенный столбик (колонка горной породы) – керн. После подъема из скважины специальным колонковым снарядом керн используется как образец породы для геологического изучения.

Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 6541; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник: https://poznayka.org/s93789t1.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector