Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования

Общие принципы процесса бурения

Процесс бурения скважин для добычи нефти или газа осуществляется специальным оборудованием. С поверхности земли – с бурового стола вышки в грунт заглубляется рабочий орган – долото. Долото насаживается на буровую штангу. Чтобы долото опускалось на нужную глубину штангу делают разборной – из нескольких секций. До определенной глубины вращательное движение долота обеспечивается вращением всей конструкции – при помощи электродвигателя приводится в движение буровые штанги и сам рабочий орган. После того как будет достигнута максимально возможная глубина вращение рабочего органа будет осуществлять двигатель, опускаемый непосредственно в скважину на штанге.

Для того чтобы шахта не обрушилась в перерывах между бурением проводят работы по укреплению стенок – опускают обсадные трубы или делают цементирование цементным раствором.

Процесс бурения нефтяной скважины

Для облегчения процесса бурения в полость скважины под давлением закачивают воду, при этом обратно выкачивают ее с измельченными горными породами. При проведении разведывательных работ используют специальный бур, который аккуратно вырезает цилиндрической формы колонну из горных пород. После прохождения 5-10 метров разведывательной скважины штангу с долотом поднимают, а содержимое укладывают в специальные контейнеры для дальнейшего исследования.

Работы осуществляются несколькими типами рабочих органов, есть долота с твердосплавными головками, есть с подвижными, а есть с алмазными, что дают возможность проходить пласты самых твердых пород.

При работах на промышленных скважинах проводится постоянный мониторинг состояния горных пород в них оценивается наличие содержания нефти и газа.  После того как будет достигнута проектная глубина осуществляется подготовка скважины к введению в эксплуатацию – делается обустройство оголовка, проводятся работы по укреплению забойной части скважины.

Достоинства и недостатки роторного бурения

Роторное бурение обладает высокой скоростью вращения, то есть быстрым проникновением в породу. Так, скважина на несколько сотен метров может быть пробурена в течение всего лишь нескольких дней.

Ударно-канатный метод бурения является более дешевым, однако уступает вращательному методу по времени создания скважины. К достоинству ударно-канатного метода можно отнести то, что при нем используется более простое оборудование, которому не нужен мощный источник электроэнергии.

В процессе ударного бурения используется сила гравитации, а потому он может осуществляться лишь вертикально. Вращательное же бурение способно вестись как в вертикальной, горизонтальной, так и наклонной плоскостях. При этом если бурение имеет горизонтальный характер, при наличии особого механизма бур способен совершать движения по криволинейной траектории, выходя на поверхность в точке, которая задается заранее.

Установка для роторного буровая обладает достаточно маленькими, компактными размерами. Ее детали совершают только вращательные движения, а не возвратно-поступательные при большой амплитуде, как при ударном способе. Такое качество делает этот метод особенно удобным, так как позволяет применять ручные роторные буровые установки, легко перевозимые на легковом автомобиле.

Для каждого геологического слоя, можно выбирать соответствующее ему буровое долото (к примеру, очень твердые породы бурятся алмазным наконечником). Быстрая скорость роторного бурения предоставляет прекрасную возможность удобного выполнения индивидуальных артезианских скважин на приусадебном участке. При этом такая скважина может быть выполнена в любом месте приусадебного участка. И даже при наличии твердых известняков, которые способны сильно осложнить процесс бурения, скважина будет пройдена в течение лишь нескольких суток. Следует сказать, что за такой короткий срок другим методом частную скважину сделать будет проблематично.

Однако необходимость применения при этом методе раствора из глины, для бурения на известняках, относится в определенной степени к недостатку, так как предъявляет дополнительные ограничения и требования. В то же время, этот раствор, как было упомянуто выше, способствует укреплению стенок скважины, позволяет выносить на поверхность измельченную породу, а так же выступает в качестве смазки и охлаждения для бура. Поднимаемый же на поверхность шлам может быть распределен по участку или сброшен в канаву.

Еще одним важным достоинством такого метода является способность выполнять бурение в течение всего года, независимо от температуры окружающей среды. Скважины можно бурить даже зимой при сильных морозах, которые способны превратить землю в сплошной камень. Это объясняется тем, что смерзшаяся земля все равно гораздо мягче известняковой породы, которую бур при роторном бурении проходит с легкостью.

Наши телефоны +7(937)532-77-37, +7(8442)50-18-61

Инновационные механизмы для бурильных работ

Люди с большим достатком могут воспользоваться новейшими моделями для бурения скважины. Одним из таких механизмов является роторная управляемая система. Она представляет собой металлический корпус с долотом, в который помещаются:

• отклоняющиеся педали;
• статор;
• трехсторонний дисковый клапан;
• регулировочный стержень;
• фильтр.

Педали роторной управляемой системы помогают прохождению бурильного механизма. Они покрыты вольфрамом, который не допускает преждевременного износа изделия. Вместе с долотом педали выполняют «пробивную» функцию, продвигая весь корпус сквозь подземные породы.

Предназначение статора — подача промывочной жидкости на педали, которые в ходе бурения немного отклоняются.

Контроль над количеством и потоком раствора — «забота» трехстороннего дискового клапана. С целью недопущения попадания жидкости в открытое пространство клапан периодически закрывает соответствующие отверстия статора.

Регулировочный стержень соединен с электронным блоком. Он предназначен для управления за положением клапана, который отклоняется в нужном направлении.

Функция фильтра — недопущение попадания мелких частиц в гидравлическую систему при отклонении педалей.

Использование управляемой системы для бурения скважин позволяет сделать скважину любого диаметра с любого места (поверхность земли, открытая шахта, цементная площадка).

Бурение с промывкой скважины

Промывка скважины применяется для двух целей: охлаждения бурового оборудования и вымывания частиц разрушенного грунта. В качестве жидкости может выступать, как техническая вода, так и специальные буровые растворы.

В основном растворы используют при большой глубине выработки, когда по ходу движения могут встречаться различные природные пласты: водные, газовые, нефтяные. Эти пласты должны остаться нетронутыми, поскольку в случае их смешивания, есть риск загрязнения верхних водоносных слоев. Поэтому, когда идет бурение, вся скважина заполнена буровым раствором определенной плотности, который не дает пластам проникнуть внутрь разработки.

При роторном бурении скважины применяют прямую и обратную подачу промывочной жидкости.

Во время прямой подачи жидкость из резервуара подается насосом в буровую колонну на долото с отверстиями. Жидкость попадает на дно забоя и вместе с разрушенной почвой поднимается по кольцевому каналу – промежутку между колонной и стенками скважины – и оттуда в очистительный комплекс.

Во время обратной подачи вода самотеком поступает в скважину, а выбрасывается наверх по бурильной трубе под действием сильного обратного давления, создаваемого насосом или эрлифтом.

Второй способ считается более эффективным по нескольким причинам:

1. Высокая скорость бурения. Насос в этом случае отсасывает жидкость из забоя, а не вдавливает её;
2. скважина лучше очищается, ведь насос откачивает с жидкостью весь шлам;
3. в качестве жидкости можно использовать обычную воду, поскольку не нужно никаких добавок для размыва частиц грунта.

К минусам обратной очистки можно отнести высокую стоимость оборудования.

Роторная буровая установка

Роторные бурильные установки выпускают различные компании. Пользуется популярностью продукция от китайского бренда XCMG. Изделия отличаются тем, что их можно применять практически в любых работах строительного типа.

К преимуществам относится доступная стоимость и широкая функциональность. Установки для бурения являются мобильными. Независимо от модели, они компактные, имеют современный внешний вид. Обслуживать их просто, можно осуществлять работы как на мягком черноземном либо песчаном грунте, так и на более твердых породах, и даже на замерзшей почве. Установки производителя представлены такими моделями, как XCMG XR200, XCMG XR280C, XCMG XR S1050. Они отличаются как размерами и массой, так и техническими показателями (крутящий момент, глубина сверления и т.п.).

Еще популярными являются буровые роторные установки Sany. Производителем тоже является Китай. Эти устройства комфортные в использовании и маневренные. Они обладают множеством дополнительных опций. Цены на продукцию приемлемые. Есть отдельные серии бурильных установок на гусеничном ходу. Подобные машины предназначаются для проведения работ по разработке скальных пород. Наиболее популярными моделями производителя являются SANY SR128, SANY SR220C, SANY SR300 и др.

Буровые установки от немецкой компании BAUER тоже зарекомендовали себя с положительной стороны. Производитель разработал широкий модельный ряд. Есть устройства со стандартной комплектацией и дополнительными опциями. Модели удобные и маневренные при работе, содержат как стационарные роторы, так и варианты на гусеничном ходу, что расширяет сферу их применения. Среди популярных установок такие, как BAUER BG20H BT 60, BAUER MBG-12, BAUER BG-30 и др.

При выборе оборудования необходимо учитывать, для чего оно приобретается и в каких условиях планируется его использование. Например, при частном строительстве, обустройстве скважины на воду, нет необходимости покупать дорогую установку, обладающую высокой мощностью и хорошими техническими показателями.

Плюсы и минусы метода

Среди бурильных методов водозаборных скважин роторный способ считается одним из популярных. Такая методика распространена по всему миру.

К достоинствам относится следующее:

1. Габариты. Вся конструкция для роторного бурения занимает мало места.
2. Возможность перевозки оборудования. Благодаря небольшим размерам установку можно размещать на специальных платформах для дальнейшего перемещения.
3. Универсальность. Роторный тип бурения можно применять при более широком спектре условий, чем ударную технологию, поскольку возможно использование многих насадок. За счет этого получится обрабатывать любые типы грунтовых слоев.
4. Быстрота. Благодаря особенностям бурения вращательным способом производительность труда намного выше, чем ударным методом.

Но имеются и некоторые недостатки. Проблемы могут возникать следующие:

1. Когда почва промерзает, это препятствует бурению роторным методом. В таком случае лучше всего воспользоваться ударной методикой, которая подходит и для работ в зимних условиях.
2. Глинистость раствора. Она провоцирует появление трудностей во время изучения слоев.
3. Изменение мощности. Значение зависит от показателей ротора, достаточно уязвимой детали во всей конструкции.

Обсадные трубы

После бурения скважины важно укрепить ее стенки. Грунт является ненадежным и может сместиться, что негативно отразится на забое

Чтобы земная порода не обвалилась, устанавливается обсадная колонна

Она помогает предотвратить обсыпание грунта и препятствует просачиванию воды. Первую колонну называют «кондуктором». Она монтируется для перекрытия неустойчивых пород. Установка происходит на расстоянии не раньше отметки в 30 метров и не позже 600 метров. Для нефтяной скважины колонна ставится на расстоянии, максимально приближенном к поверхности

Чтобы земная порода не обвалилась, устанавливается обсадная колонна. Она помогает предотвратить обсыпание грунта и препятствует просачиванию воды. Первую колонну называют «кондуктором». Она монтируется для перекрытия неустойчивых пород. Установка происходит на расстоянии не раньше отметки в 30 метров и не позже 600 метров. Для нефтяной скважины колонна ставится на расстоянии, максимально приближенном к поверхности.

Поскольку роторное бурение применяется практически для любых типов грунта, то в процессе установки колонн рабочие ориентируются на геологические условия. Иногда приходится использовать несколько обсадных колонн, чтобы укрепить забой.

Наименьшая по диаметру из них опускается глубже, чем остальные и называется – эксплуатационная. Перфорация производится снизу, именно через эти отверстия масса газа, воды или нефти будет в нее поступать.

Преимущества роторной технологии

В чем же преимущества именно роторного бурения перед возможными альтернативами? Их несколько.

Во-первых, используя роторное долото, можно создавать скважины большого диаметра, которые в полном объеме смогут удовлетворить потребности в воде сразу нескольких домохозяйств.

Не секрет, что бурение – процесс недешевый: для него требуется специализированное оборудование, а контролировать и управлять процессом должны опытные бурильщики. В конце концов, деятельность, связанная с бурением скважин, является лицензируемой. Отсюда и его высокая цена.

Благодаря своей форме и конструкции долото при роторном бурении может формировать скважины гораздо большего диаметра, чем шнековые буры и колонковая труба

Объединение сразу нескольких домохозяйств для финансирования одной общей скважины для смежных участков – экономически выгодное предприятие. Но для этого требуется наличие значительного дебета. В большинстве случаев водоносные горизонты четвертичных отложений (песков) не могут их обеспечить.

Естественно, для коллективной эксплуатации водозаборную выработку лучше поставить на известняк. Извлекаемые из него подземные воды характеризуются бóльшей водообильностью и чистотой. На дебит скважин на известняк не оказывает малейшего влияния объем выпавших осадков. Чего нельзя сказать о скважинах на песок.

Во-вторых, убеждают относительно небольшие энергетические затраты. Рабочим элементом при роторном бурении является долото. Но в отличии от шнекового и колонкового бурения, буровой инструмент не взаимодействует со стенками пробуренной скважины

То есть, напрямую с грунтом контактирует только долото, высота которого ничтожно мала по отношению к высоте всей буровой колонны. Как следствие, данный метод формирования скважин является самым быстрым – до 1000 погонных метров в месяц!

В-третьих, коллективных заказчиков привлекает глубина бурения. Только роторным способом можно пробурить скважину, заглубленную в коренные метаморфические и магматические породы, из трещин которых можно качать воду, состав которой более всего подходит для питьевых целей.

Чаще всего из водозаборных выработок глубиной менее 30 м добывают лишь техническую воду. На ее состав влияют расположенные рядом водоемы, захламленные мусором речки, атмосферные осадки, да и просто пролитые на землю технические жидкости. Шнек и колонковая труба поможет получить только такой водозабор.

Весь комплект бурильного оборудования легко монтируется на единой автомобильной платформе средней грузоподъемности. Это делает процесс роторного бурения намного более технологичным, а значит, и более дешевым

К тому же, роторное бурение позволяет пройти выработку на полную глубину без перехода на другой способ бурения. При разработке скважины шнеком, к примеру, в случае необходимости пробурить валун переходят прибегают к ударно канатной методике.

Для этого из ствола извлекают шнековый снаряд и бросают долото на забой, пока не разобьют валун. Затем забой расчищают желонкой. Ею же пользуются, если нужно поднять на поверхность водонасыщенный песок, который в колонковой трубе банально не удерживается.

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

Этапы бурения

При бурении скважины роторным способом можно организовать забор воды одним из перечисленных ниже способов:

• С прямой подачей воды. Главное преимущество такой методики состоит в том, что первые сто метров проходки можно выполнять без укрепления стенок скважины обсадными трубами. Однако недостаток состоит в том, что в водоносные слои могут попадать частицы измельчённой породы или глины из промывочного раствора. В итоге это негативно может сказаться на самой скважине, поскольку производительность источника уменьшится.
• С обратной подачей. Данная методика имеет больше преимуществ, которые мы опишем дальше.

Первый тип добычи воды организуется на скальных, песчаных и текучих грунтах. При этом глубина залегания водоносного слоя не должна быть более 500 м. В такой системе водозабора бурильный раствор транспортируется к шлангу по отстойнику и только после этого попадает в проходку. Промывочная жидкость движется под давлением с измельчённой породой между внутренней поверхностью забоя и бурильными трубами вверх. После этого она попадает в отстойник.

Технология роторного бурения основана на том, что дробление породы происходит благодаря вращательным движениям бурового снаряда. Она выглядит следующим образом:

1. Благодаря массе долота создаётся значительная вертикальная нагрузка. В начале бурения используется долото больших габаритов. Оно приводится в действие благодаря роторному двигателю.
2. Когда процесс бурения завершён, выполняется установка обсадной трубы.
3. После этого используют долото меньшего размера. В пробуренную проходку устанавливается обсадная труба меньшего сечения, чем на начальном этапе.
4. Бурение продолжают до момента вскрытия водоносного горизонта.

Технология бурения с обратной подачей воды очень напоминает описанную выше методику. Только здесь вместо промывочного раствора используется обычная чистая вода. Технология выглядит следующим образом:

1. Промывочная жидкость закачивается между стенками проходки и установленной бурильной колонной.
2. Обратная добыча воды осуществляется при помощи глубинного насоса.

Среди преимуществ методики бурения с обратной подачей воды можно назвать следующие моменты:

• Роторное бурение скважин с обратной промывкой осуществляется в 10-15 раз быстрее, чем методика бурения с прямой промывкой.
• В водоносный горизонт не попадает глина из промывочного раствора.
• Используется минимальное количество обсадных труб.
• Можно управлять параметрами скважины. Так, можно соорудить гидротехническое сооружение как небольшого, так и внушительного диаметра.
• Данная методика роторного бурения подходит для выполнения нефтяных скважин.

Видео процесса роторного бурения скважины на воду:

Понятие о скважине

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.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом, подвешенным на канате. Буровой инструмент включает также ударную штангу и канатный замок. Он подвешивается на канате, который перекинут через блок, установленный на какой-либо мачте (условно не показана).

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Турбобур — это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель — это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна — цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Скважина — горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глубины. Бурение скважин проводят с помощью специального бурового оборудования

Различают вертикальные, горизонтальные, наклонные скважины. Начало скважины называется её устьем, дно — забоем, внутренняя боковая поверхность — стенками. Диаметры скважин колеблются от 25 мм до 3 м. Скважины могут иметь боковые стволы (БС), в том числе горизонтальные (БГС)

По назначению различают буровые скважины: картировочные, опорные, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, геотехнологические и инженерно-технические (горнопроходческие, вентиляционные, дренажные, барражные, взрывные и т. д.).

Скважина газовая — скважина, которая пробурена к газоносному горизонту и используется для извлечения газа и газового конденсата.

Скважина нефтяная — скважина, которая пробурена к нефтеносному горизонту или чаще всего нефтегазоносному и используется только для извлечения нефти. Скважина не может использоваться для добычи газа — это связанно с устройством самой скважины, а главное — спецификой подготовки нефти к транспортировке, газ перед транспортировкой очищается и осушается согласно СНиП, ТУ и других нормирующих документов.

Геологические исследования и монтаж буровых установок

Основой для определения границ месторождений нефти и газа, выступают геологические исследования. На основании полевых геологических работ определяются районы наиболее вероятного залегания месторождений полезных ископаемых. Для точного определения всех параметров необходимых для промышленной разработки осуществляется пробное геологическое бурение.

Для размещения оборудования буровой вышки расчищается площадка, прокладывается временная дорога для подвоза оборудования. В случае если это отдаленный участок расчищается площадка для посадки вертолетов и разведываются пути подхода к рекам, по которым есть возможность осуществить подвоз оборудования.

На участке работ после подвоза всего оборудования определяются места размещения основных компонентов буровой и место установки самой скважины.

Устанавливается платформа вышки, монтируется буровой стол и возводится сама буровая вышка. На площадке размещаются системы жизнеобеспечения вышки – компрессорные, насосные и фильтровальные станции. Устанавливаются цистерны для технической воды, горючего, буровой смеси, емкости для отстоя и фильтрации воды, поднятой с дна забоя.

Размещаются жилые и административные помещения, площадки для автомобилей и складов.

После того как будет развернуто все оборудование происходит проверка и получение прав на проведение разведывательного бурения.

Процесс бурения разведывательной скважины ничем не отличается от процесса работ на промысловой, за исключением того, что обсадка шахты делается не железобетонными или металлическими трубами, а металлической трубой малого диаметра. Второй особенность. Выступает то, что исследователи анализируют буквально каждый метр горных пород, что значительно осложняет процесс бурения и увеличивает его сроки.

Типы скважин

Водяные скважины можно разделить на три основных типа, в зависимости от целевого водоносного горизонта (рисунок 2):

• неглубокий песок;
• глубокий песок;
• известняк (артезианский водоносный горизонт).

Рисунок 2. Расположение водоносных горизонтов В Московской области расположение водоносных горизонтов колеблется в следующих интервалах:

• первый (неглубокий песок) – 10 – 30 м;
• второй (глубокий песок) – 40 – 90 м;
• третий (известняк) – достигает отметки 220 м.

Скважины на известняк — водоносный комплекс палеозойских каменноугольных отложений, который питает Московскую область и делится на несколько горизонтов:

• серпуховской (нижний карбон);
• подольско-мячковский (средний карбон);
• каширский (средний карбон);
• касимовский слой (верхний карбон);
• гжельский (верхний карбон).

Московская область разделена на следующие водоносные районы:

• южный – уровень воды находится на глубине 10 – 70 м, глубина скважин от 40 до 120 м;
• юго-западный – имеет небольшой дебит, глубина скважин в среднем 50-70 м;
• центральный район – самый большой по площади, воды преимущественно карбонатные, карбонатно-сульфатные;
• восточный — глубина залегания водоносного горизонта – 20 – 50 м, воды сильно минерализованы.

Оценка состояния подземных вод Московской области значительно осложнена большой интенсивностью их использования на относительно ограниченной территории.

Хотя население г. Москвы практически на 100% обеспечивается поверхностными водами, то в области же наоборот, большинство объектов водопотребления используют подземные воды. При этом с каждым годом растет число автономных потребителей – это новые коттеджные поселки, промышленные предприятия и дома отдыха.

По данным на 2011 г. потенциал водных ресурсов Московской области составляет 11.3 млн. м3/сут. Наибольшая эксплуатационная плотность водоотбора (до 2 л/с на км2) расположена в центральной части региона.

В результате высокой интенсивности потребления подземных водных ресурсов на территории области образовалась обширная депрессионная воронка, которая неравномерно охватывает различные водоносные горизонты, а центр ее расположен в г. Москве.

Расчет стоимости

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

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

При расчете расходов для бурения скважины, необходимо учесть расходы на фильтры.

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

Бурение ударным способом

Ударный способ бурения самый простой по сравнению с двумя предыдущими. Собрать такую установку можно даже самому. Независимо от производителя, она состоит из:

• треноги, которая устанавливается прямо над местом бурения;
• ударного элемента – представляет собой заостренную трубу вестом до 80 кг;
• гибкого металлического троса, к которому крепится груз;
• лебедки для подъема и опускания груза.

Принцип действия установки понятен из названия. Лебедка резко опускает ударный элемент с высоты треноги, нанося удар о землю. Затем груз поднимается в исходное положение и снова опускается. Поскольку удар приходится каждый раз в одно и то же место, то грунт постепенно разрушается и образуется углубление.

Ударное бурение применяется не только для скважин, но и для формирования шпуров. Это цилиндрическое углубление в породе длинно до 5 м и диаметром до 75 мм.

Один из главных недостатков этого способа – риск преждевременного осыпания грунта. Поэтому после окончания работ в скважину обязательно спускаются обсадные трубы.

Еще один из минусов – это трудоемкость процесса. Поэтому в случае большой глубины залегания вод работы могут затянуться надолго.

К достоинствам ударного бурения относят:

• возможность работы при отрицательных температурах;
• большой объем разовой выемки почвы;
• возможность разработать скважину большого диаметра;
• небольшие затраты на проведение работ.

Технология роторного бурения

Такое бурение может быть отнесено к общему вращательному методу, когда буровой инструмент совершает вращательное движение вдоль оси подачи. Привод устанавливается на шасси, что располагается на поверхности земли. Передача крутящего момента буровому долоту происходит посредством буровых штанг. Двигатель может быть различного исполнения: на основе бензина, электричества, работать от генератора или газотурбины. Если бурение скважины осуществляется с промывкой, то в процессе работы смесь воды и глины, а также породы выносится на поверхность.

Когда бур вращается, происходит углубление скважины и укрепление ее стенок, за счет наполнения их глиняным раствором. Когда скважина пробурена, происходит прокачивание до чистой воды. Возможно осуществление бурения с продувкой, когда скважина наполняется воздухом под давлением. Этот способ используется при работе на безводных грунтах. При этом скважина обсаживается трубами, для укрепления ее стенок и исключения попадания в воду загрязнений с поверхности или вышележащих водоносов. Когда работа идет на сыпучих и неустойчивых грунтах верхняя часть скважины подлежит защите от обрушения с помощью установки дополнительной трубы-кондуктора.

Бурение роторным способом

Роторные буровые станки чаще применяют для твердых почв с примесями гальки, щебня и известняка. Это мощная установка, которая способна разработать скважину глубиной от 300 м до 1500 м.

Роторный способ используют для мощных артезианских скважин при добычи воды (включая минеральную) и газа, а также при буровзрывных работах. Кроме того, этот же метод применим при горизонтально направленном бурении (ГНБ), который используется для прокладки коммуникаций бестраншейным способом.

Роторная установка имеет мощное долото на конце бура, которое по диаметру больше, чем диаметр колонны. В результате нет трения колонны о грунт, что увеличивает срок службы металла, а вся энергия машины идет на проворачивание долота в забое. Так достигается максимальная сила удара.

В начале бурения используют долото самого большого диаметра. По ходу разработки скважина обсаживается трубами и становится меньше в диаметре. В обсадных трубах предусмотрены технологические отверстия, через которые подается цементный раствор в затрубное пространство. Когда труба готова, долото меняют на меньший размер и продолжают работу.

Роторное бурильное оборудование включает в себя:

• вышку, на которой закреплены бурильные трубы. Она устанавливается на четырех опорах в виде башни или в виде мачты на двух опорах;
• буровой насос и оборудование для приготовления промывочного раствора;
• вертлюг, через который раствор подается в колонну;
• лебедку для подъема и спуска колонны;
• элеватор для захвата и удержания труб.

Во время работы в скважину идет подача бурильной жидкости для промывки бура, выемки грунта и охлаждения долото.

К преимуществам роторного бурения относят:

• универсальность – этот способ подходит для любого типа грунта и любой глубины залегания водоносного пласта;
• мобильность, поскольку всё оборудование установлено на передвижной платформе;
• габариты установки меньше, чем у ударного станка;
• высокая скорость выработки.

Технология бурения поверхности

Существует два способа роторного бурения скважин: технологии с прямой и обратной подачей воды. Отличительная черта первого метода — прохождение бурильного механизма первые 100 м без использования обсадных труб.

Сфера применения технологии бурения с прямой подачей воды — песчаные, скальные и текучие типы почв. Буровая насадка (долото) вращается и разрушает породу. На начальной стадии применяется долото, которое отличается максимальным размером.

После запуска двигателя ротор с насадкой вклинивается в породу. Промывочный раствор под давлением вместе с разрушенной породой попадает между буровыми трубами и внутренней частью забоя и направляется к отстойнику.

После прохождения определенного участка монтируют обсадную трубу и крепят к роторному механизму долото, имеющее меньший размер. Во вновь пробуренный участок производится монтаж обсадной трубы диаметром, соответствующим долоту. Процесс бурения завершается, когда найдена водоносная жила.

Недостаток бурения с прямой подачей воды — вероятность попадания в водоносный слой мелких частиц глины или породы. А это может уменьшить производительность скважины.

По этой причине лучше использовать роторное бурение с обратной подачей воды. Она практически схожа с вышеописанной технологией. Основные отличия:

• использование обычной чистой воды;
• обратная подача производится посредством запуска глубинного насоса.

Преимущества бурения с обратной подачей чистой воды:

• осуществление процесса в максимально сжатые сроки;
• применение меньшего числа обсадных труб;
• можно управлять размером гидротехнического сооружения (сделать его как большим, так и маленьким);
• невозможность попадания породы или глины из промывочной жидкости.