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.

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:

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.

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.

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 ↑

Когда применяется метод

Бурение роторным способом используется когда разрабатываются полускальные и скальные грунты для устройства скважин глубиной до ста пятидесяти метров. Для успешного бурения скал необходимо правильно подобрать бурильный инструмент – долото и утяжеленные трубы. По словам специалистов, для эффективной работы роторное бурение следует применять, если соблюдаются такие условия:

• Изучение гидрогеологического разреза участка проведено достаточно подробно.
• Известно, что почва состоит из скальных пород.
• Есть данные об уровне залегания водоносной жилы.
• Имеется хороший напор подземной воды.
• Есть возможность постоянной доставки промывочной жидкости.

Кроме того, следует учитывать, что условия южных районов позволяют проводить буровые работы круглогодично, а в северных областях работы ограничены температурными показателями внешней среды, при которых замерзает жидкость для промывки.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту технологии, принцип работы роторного оборудования довольно сложен. Сам ротор приводится в действие за счет приводного вала, который передает вращение от электродвигателя. Иногда используется двигатель внутреннего сгорания.

Само вращение принимают ведущие вкладыши ведущих вкладышей. Их сечение полностью аналогично сечению верхней рабочей трубы, которое по своей форме может быть абсолютно разным.

Основой для бурильной колонны являются специальные трубы. Именно между ними и породоразрушающим инструментом монтируются УБТ – утяжелённые бурильные трубы. За счет их огромного веса на долото оказывается достаточная для эффективной работы нагрузка.

Верхняя часть рабочей трубы подсоединяется к вертлюгу. По этой системе подается промывочная жидкость, которая попадает на забой через насадки долота – она нужна для поддержания работоспособности всей роторной бурильной установки.

Подъем или спуск обеспечивают свечи – несколько бурильных труб с длиной от 25 до 50 метров. Под действием нагрузки, которую обеспечивают утяжеленные бурильные трубы, долото и разрушает породу. За счет регулярно поступающей жидкости инструмент охлаждается, а параллельно с этим забой прочищается от шлама. Жидкость используют повторно после её очистки.

Обратное и прямое вымывание

Вымывание — это такая технология, при которой выкапываемая порода в буквальном смысле вымывается на поверхность. В зависимости от конечной цели бурения процедура бывает прямой и обратной. В первом случае речь идет о применении глинистой смеси, подаваемой в шахту посредством колонки. Благодаря повышенному давлению даже мельчайшие частицы породы поднимаются на поверхность. Прибегнуть к этому способу нужно в том случае, когда речь идет о работе с сыпучими грунтами.

Вторая разновидность получила название обратная промывка. Ее особенности выглядят следующим образом:

• Комплексный буровой раствор заменяет вода;
• Вначале ее закачивают между бурильной колонной и коверной частью скважины;
• После этого нагнетается избыточное давление;
• Жидкость быстро убирает выкапываемый грунт;
• Одновременно с этим происходит охлаждение рабочего инструмента.

Тяжелой техникой при бурении должны управлять квалифицированные специалисты

Буровая установка с промывкой дает возможность проделывать скважины, глубина которых не ограничена. Технология не имеет ограничений по типу грунта, которая она «прогрызет». Единственный недостаток – высокая стоимость 1 условного часа.

Два варианта роторного бурения

В зависимости от способа подачи промывочной жидкости в забой различают 2 типа технологии роторного бурения:

1. с прямой подачей;
2. с обратной подачей.

Надо отметить, что жидкость, подаваемая в забой, предназначена не только для промывки и выноса дробимой породы. Она еще и охлаждает долото, которое сильно нагревается от трения. В случае с прямой подачей жидкости насос создает ее избыточное давление.

Вода поступает в забой через имеющиеся в долоте технологические отверстия, «подхватывает» раздробленную породу и далее уже самотеком по скважине (то есть, через затрубное пространство по отношению к ведущей штанге) поступает на поверхность, где попадает в очистительный комплекс (вибросито, гидроциклон).

Промывка может быть прямой или обратной, от чего будут зависеть качественные характеристики используемого оборудования, но принципиальная схема справедлива для обеих разновидностей технологии

Технология обратной подачи подразумевает, что промывочная жидкость поступает к забою самотеком, спускаясь через скважину, а вот обратно на поверхность раствор с раздробленным материалом поступает уже по трубе ведущей штанги. Буровой насос в данном случае создает отрицательное давление именно в ней.

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

Бурение с прямой подачей промывающей жидкости

Такую технологию еще иногда называют «прямым водотоком». Ее целесообразно использовать в песчаных, гравийных, щебенистых грунтах. Также ее применяют, если глубина водоносного горизонта не превышает 30 м. Именно здесь в жидкость добавляются присадки, которые увеличивают ее плотность и стабильность ствола.

Роторное бурение характеризуется поэтапным снижением диаметра проделываемой скважины. Иными словами, сначала бурится скважина самого большого диаметра, затем она обсаживается трубой, а кольцевое пространство между внешней поверхностью трубы и стенкой скважины через технологические отверстия заполняются цементным раствором.

Далее бурение продолжается уже долотом меньшего размера. Затем снова обсадка, и новый участок имеет еще меньший диаметр и т.д. Чем реже нужно «отвлекаться» 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 в итоге к тому, что эффективный диаметр скважины (тот диаметр, который и вскрывает водоносный слой) сильно снижается. Так вот «прямой водоток» характеризуется тем, что скважину при таком способе ее формирования можно не обсаживать вплоть до 100 метров.

Основное давление промывающей жидкости создается насосом внутри ведущей штанги, а затрубное пространство жидкость с элементами дробленой породы заполняет самотеком, не разрушая избыточным давлением стенки скважины

Схема бурения с прямой подачей промывающей жидкости. Ее подача в забой осуществляется по трубе ведущей штанги, а на поверхность она поднимается уже самотеком

Однако есть у данного способа бурения и минусы. В частности, слишком длинный необсаженный участок приводит к тому, что в водоносные горизонты попадают тонкодисперсные глинистые частицы, что может существенно снизить и замедлить приток воды в выработку из водоносного пласта.

Эти частицы здесь играют роль своеобразных затычек пор и микроканалов в породе, через которые просачивается вода. Поэтому производимая в процессе бурения процедура обсадки необходима для сохранения дальнейшей производительности скважины в целом.

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.

Обсадные трубы

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.

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.

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.

Роторная буровая установка в работе (видео)

  Главная страница » Виды бурения

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 <200 мм.
2. Глинистый раствор. Для его приготовления используют каолиновые и бентонитовые глины. При смешивании с водой частицы породы слипаются между собой и образуют гелеобразную жидкость, в которой влага находится внутри пространственной структуры ячеек.
3. Раствор аэрированный. Применяется в интервалах с поглощением промывки и при входе в слабонапорные водоносные пласты. Представляет собой обогащенную воздухом техническую воду или глинистый раствор. Аэрация осуществляется 2 способами: реагентным (добавлением в жидкость поверхностно активных веществ) и подачей сжатого воздуха от компрессора. Обогащение промывки воздухом способствует снижению загрязненности водоносного горизонта элементами промывочной жидкости.
4. Нестабильный раствор технического крахмала. Перемешивается 1 час в глиномешалке с добавлением к 1 м³ воды 40-50 г сухого порошка. Смесь распадается через 3-4 дня. Используется при бурении низконапорных пластов, включающих мелкозернистые пески, что позволяет не проводить разглинизацию скважины, как в случае применения раствора глины.
5. Водные растворы гипана — гидролизованного полиакрилонитрила. Его использование в песчаных горизонтах снижает водоотдачу пласта из-за образования эластичной корки на стенках скважины.

Схема роторного бурение скважины с прямой промывкой.

Особенности турбинного режима

Равно как и любой другой способ, особенности турбинного режима бурения также существуют.

Основной задачей при проведении проектирования режима трубинного бурения является:

• настройка работы насосов;
• подбор буров.

Кроме этого, исходя из типа грунта подбираются подходящие долота.

Турбинный способ бурения скважин, по сравнению с роторным, гораздо более эффективен, так как коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту в нем на порядок выше. Это позволяет ощутимо повысить производительность и, соответственно, ускорить некоторые этапы работы.

Допускает использование любых промывочных жидкостей, что также снимает определенные ограничения. С точки зрения безопасности, турбинное бурение несет меньшую опасность и менее вредит здоровью персонала.

Правильный подбор долот и режимов работ – это залог эффективного бурения

Крайне важно найти наиболее оптимальные характеристики, которые позволят максимально рационально задействовать как временные, так и топливные и энергетические ресурсы.. При турбинном режиме бурения грамотный подход играет решающую роль. В противном случае, данный способ может оказаться менее эффективным, чем роторный

В противном случае, данный способ может оказаться менее эффективным, чем роторный.

При турбинном режиме бурения грамотный подход играет решающую роль. В противном случае, данный способ может оказаться менее эффективным, чем роторный.

Технология турбинного бурения нефтяных скважин

Так, турбинный способ бурения характерен тем, что его колона сама не вращается. Вместо этого она перенимает реактивный крутящий момент, производимый двигателем. По сути, такая колона служит средой передачи гидравлической энергии, которая и приводит в действие бур.

Различается и расположение забойного двигателя. Турбинный метод бурения подразумевает, что турбобур находится прямо над долотом и выполняет функции преобразователя гидравлической энергии в механическую. Первая появляется за счет потока бурового раствора, который проходит через все ступени гидравлической турбины.

Рабочие характеристики турбобура определяются:

• КПД;
• крутящего момента;
• перепада давления.

В зависимости от режима бурения, различают следующие турбобуры:

• односекционные, бесшпендельные;
• односекционные, шпендельные;
• духсекционные;
• трехсекционные.

Внутри секций могут находиться металлические составные или же цельнолитые турбины. Роме этого, присутсвуют резинометаллические опопры. Иногда они заменяются шаровыми.

Контроль за работой во время забоя производится с помощью манометра и индикатора веса

Важно следить, чтобы при постоянной подаче насосов в турбобуре перепад давления не менялся, или же менялся незначительно. Любые изменения, выходящие за пределы нормы, сигнализируют о возникновении неполадок в процессе работы. К примеру, повышение давления может провоцироваться засоренностью каналов турбины.

К примеру, повышение давления может провоцироваться засоренностью каналов турбины.

Гидравлическая турбина турбобура

Гидравлическая трубина является движущим узлом установки.Любая из её ступеней узла состоит из:

• ротора – вращающаяся часть, соединена с валом;
• статора – неподвижная часть, соединена с корпусом.

Для того, чтобы их лопатки меньше подвергались износу, их делают одинаковыми по профилю, но располагают их так, чтобы они были направлены в различные стороны.

Технология бытового колонкового бурения

С его помощью достигаются даже глубоко расположенные водоносные пласты. При этом в них не проникает грязь и жидкость с поверхности. Используется колонковое бурение для создания артезианских скважин.

Увеличенный дебит скважины – первое и весомое преимущество этого метода. Обратной воды более чем достаточно для бытовых и хозяйственных нужд.

При бурении следует соблюдать правила техники безопасности

Второе преимущество метода — долговечность. Колонковые водозаборы используются годами. Главное – регулярно проводить профилактический осмотр.

Если говорить о других преимуществах, то они выглядят следующим образом:

• Стабильно высокий напор воды;
• Не требуется установка дополнительного насосного оборудования;
• Минимальные затраты на очистку добытой воды.

Гигиенисты рекомендуют не увлекаться потреблением воды из артезианской скважины, даже если она расположена в экологически чистом районе. Воду нужно подвергнуть как минимум 1 способу фильтрации.

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.

Роторный способ бурения нефтяных скважин

Роторное бурение скважин представляет собой один из видов вращательного бурения. Суть заключается в том, что породоразрушающий инструмент, расположенный внутри скважины, приводится в действие за счет электродвигателя или газотурбинного оборудования.

Роторное бурение наиболее распространенный метод, так как достаточно эффективен и прост в применении.

Чаще всего он используется для бурения разведочных и эксплуатационных нефтяных скважин, однако, за счет компактности, применяется и для создания скважин с водой на частных участках

Технология роторного бурения впервые была применена в США в начале 1880-х годов, и с тех пор претерпевала незначительные изменения, положительно сказавшихся на её эффективности.

В частности, совершенствовались породоразрушающие инструменты, изобретались новые промывочные жидкости, повышалась прочность отдельных элементов. Кроме того, совершенствовалась и сама технология бурения, за счет чего данный метод и является сейчас одним из основных способов создания забоя и почти полностью заменил стандартный ударный метод.

Обо всем, что нужно знать о роторном способе бурения – далее в статье.

Оборудование для роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту, нефтяная, газовая или любая другая скважина требует довольно внушительного списка оборудования. Без любой из этих частей работа установки невозможна.

В перечень элементов, необходимых для осуществления роторного бурения, входит:

• вышка;
• буровая установка;
• ротор;
• буровые поршневые насосы;
• вертлюг;
• талевая система;
• система очистки жидкостью.

Вертлюг – это элемент, через который промывочная жидкость попадает в колонну. Он подвешен на один крюк талевой системы. Кроме этого, в неё входит кроноблок и блок.

Система очистки промывочной жидкостью также состоит из ряда элементов:

• 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

Несмотря на кажущуюся простоту технологии, принцип работы роторного оборудования довольно сложен. Сам ротор приводится в действие за счет приводного вала, который передает вращение от электродвигателя. Иногда используется двигатель внутреннего сгорания.

Само вращение принимают ведущие вкладыши ведущих вкладышей. Их сечение полностью аналогично сечению верхней рабочей трубы, которое по своей форме может быть абсолютно разным.

Основой для бурильной колонны являются специальные трубы.

Именно между ними и породоразрушающим инструментом монтируются УБТ – утяжелённые бурильные трубы. За счет их огромного веса на долото оказывается достаточная для эффективной работы нагрузка.

Верхняя часть рабочей трубы подсоединяется к вертлюгу.

Важно

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.

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.

Разумеется, для бурения водоносных скважин применяется более компактное оборудование, и формирование обозначенной вышки, как правило, не требуется

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.

Муфты – самые ответственные элементы штанги, потому что именно на них приходится вес всей нижней части смежной штанги, а также нагрузка от динамических колебаний и вращательного движения, сообщенного двигателем

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.

Роторное бурение отличается самой высокой скоростью разработки водозаборной скважины. Одновременно с бурением производится промывка ствола и подготовка выработки к предстоящей эксплуатации

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.

Процесс

Во вращательном роторном бурении используется две схемы, определяющие и применяемый режим, и скорость прохождения, и экономичность процесса. Если скважины делают на ограниченном пространстве частного землевладения, применяется промывка прямого типа, а если требуют условия работы, задействуется промывка обратного тока.

С прямой подачей

Состав подается прямо по трубам на дно создаваемой скважины, а затем поднимается наверх по зазору между оболочкой трубы и стенкой. После выхода на поверхность направляется в отстойник, где снова фильтруется и пускается в ход для нового круговорота.

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.