Роторное бурение скважин: обзор технологии бурения и необходимого оборудования

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

Особенности технологии

Для начала определимся, что такое способ роторного бурения. Это особая технология бурения скважин, которая применяется в том случае, если необходимо, чтобы гидротехническое сооружение давало большие объёмы экологически чистой питьевой воды. При этом скважина будет отличаться стабильной и долговечной работой. В этом случае данный способ подходит лучше, чем какая-либо другая технология бурения.

Роторная буровая установка и сама технология имеют следующие преимущества перед другими бурильными конструкциями и методиками:

• Скважина, пробуренная таким способом, будет обладать высокой производительностью, то есть давать воду в большом объёме.
• Долговечность гидротехнического сооружения.
• Подача воды из скважины осуществляется стабильно (без снижения уровня и перебоев).
• Качество добываемой жидкости будет на высоте. Её смело можно использовать в питьевых целях.

Такой способ бурения скважин позволяет получить гидротехническое сооружение, которое будет обладать настолько высоким дебетом, что воды из источника хватить не только для водоснабжения жилого дома, но и для полива огорода, наполнения бассейнов и других резервуаров, а также для удовлетворения различных технических нужд.

БК 1хБет выпустила приложение, теперь уже официально скачать 1xBet на Андроид можно перейдя по активной ссылке бесплатно и без каких либо регистраций.

Роторная буровая установка используется в том случае, если необходимо бурить глубокую скважину на воду. Суть метода заключается в следующем: в бурильную трубу опускается вал с наконечником в виде долота. Во время вращения вала долото разрушает породу. Вращение осуществляется за счёт функционирования гидравлической установки.

Чтобы очищать скважину от находящейся в ней породы, используют специальный промывочный раствор. Он подаётся в проходку по трубам. При этом может использоваться два способа подачи:

1. Бурильный раствор закачивается в бурильную трубу при помощи специального насосного оборудования. После этого он выдавливается наружу через затрубное пространство. Такой метод называется прямая промывка. Именно он показан на видео в конце статьи.
2. Второй способ делается иначе. Раствор подаётся в затрубное пространство, а затем при помощи насосного оборудования выкачивается из бурильной трубы вместе с измельчённой породой. Этот метод называется обратная промывка.

Способ обратной промывки имеет одно неоспоримое преимущество – с использованием такой методики можно получить гидротехническое сооружение с большим дебетом, поскольку вскрытие водоносного слоя происходит наиболее качественно. Среди недостатков стоит назвать необходимость привлечения сложной высокотехнологичной техники, поэтому данная методика более дорогостоящая.

Преимуществом роторного бурения с прямой промывкой можно назвать его относительную дешевизну в сравнении со вторым методом. Именно поэтому данный способ чаще всего используется при бурении скважин на воду на территории частных владений.

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.

Роторные установки для бурения скважин

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

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

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

Как происходит бурение?

Технология бурения нефтегазовой скважины подразумевает проведение следующих работ:

• Процесс бурения скважин с различными техническими характеристиками начинается с подготовки специализированной техники.
• Осуществляют углубление ствола скважины. В процессе работы нагнетается вода, что позволяет произвести бурение более качественно.
• Чтобы углубление в грунте не разрушилось, производят укрепление его стенок. Для этого применяются обсадные трубы. Пространство между их стенками и почвой бетонируют, что позволяет значительно укрепить цилиндрическую поверхность ствола.
• На финишном этапе работ осуществляется освоение скважины. Происходит устройство призабойной зоны, перфорация, вызов оттока нефти.

Типы скважин нефтегазовых скважин

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.

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.

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.

Что такое роторное бурение скважин

Для начала разберем, что вообще из себя представляет роторное бурение скважин и каковы его альтернативы? Одним из самых привычных способов устройства водозаборной выработки пока признают шнековое бурение.

Однако шнековая технология не позволяет пройти скальные коренные породы. Применяемый в шнековом бурении винтовой бур не способен разрушить известняк. А ведь нередко бывает, что нужно забуриться именно в него, т.к. вышележащие слои не отличаются стабильным и достаточным для эксплуатации дебитом.

Колонковая и шнековая буровая технология не предоставляет возможность пройти скальные горные породы. В случае устройства скважины на известняк эффективней и экономичней использовать роторный метод бурения

Потому роторная технология, используемая ранее только в горнодобывающей отрасли, и стала внедряться в сферу устройства частных водозаборных сооружений. Ее рабочим элементом является находящееся в забойной части скважины долото. С помощью долота разрушаются связные и несвязные грунты, дробятся скальные коренные породы.

Выемка же разрушенной горной породы осуществляется с помощью жидкости, которая подается к забою через рабочую колонну или же затрубное пространство. Это 2 разных способа бурения, каждый из которых будет подробно рассмотрен далее.

Диаметр долота превышает диаметр рабочей колонны, что позволяет:

• сократить энергозатраты на весь процесс бурения (мощность здесь расходуются непосредственно только на проворачивание с усилием долота в забое, а потери на трение рабочей колонны о стенки скважины сводятся к минимуму);
• предохранить большую часть элементов рабочей колонны от повреждений, а также стенок пробуренной скважины от разрушения;
• создавать внушительные по диаметру скважины (к примеру, до 70 см) при крайне внушительных глубинах.

Таким способом можно формировать водоносные скважины, глубиной в 300 и более метров, т.е. бурить водозаборные выработки для снабжения водой дачных массивов и поселков.

А вот в расчистке ствола выработки и забоя от шлама применяется поданная под напором вода. Благодаря такому решению постоянно разбирать и собирать буровую колонну для извлечения керна как в колонковом бурении не нужно.

Нагнетаемая в выработку жидкость сразу решает две важные задачи: освобождает путь буровому снаряду для производства дальнейших работ и производит промывку скважины, необходимую для подготовки водозабора к эксплуатации.

Разведка месторождений, монтаж буровых установок

В предполагаемом месте залежи полезных ископаемых проводят геологическое изыскание и определяют место для исследовательской скважины. В радиусе 50 метров от разведывательной скважины, выравнивается площадка и монтируется буровая вышка. Диаметр исследовательской скважины 70-150 мм. В процессе бурения отбираются образцы бурового шлама с разных глубин для последующего геологического изыскания. Современные комплексы для геологического исследования позволяют точно ответить на вопрос — стоит ли начинать добычу энергоресурсов через эту скважину в промышленных масштабах.

Когда геологическое исследование бурового шлама показала перспективность промышленной разработки – начинают строительство буровой площадки. Ранее расчищенную площадку бетонируют и ограждают, прокладывают грейдерную дорогу (дорога без твердого покрытия). На созданной буровой платформе строят вышку, монтируют лебедку, буровые насосы, устанавливают генератор и все необходимое. Собранное оборудование тестируют, постепенно выводя на плановую мощность, и сдают в эксплуатацию.

Поиск клиентов

Статистика популярности поиска в интернете услуг по бурению скважин

С учетом средних тарифов на российском рынке бурение скважин как бизнес может приносить впечатляющую прибыль. Но для того чтобы обеспечить себя заказами, нужно постоянно искать новых клиентов, ведь подобную услугу, как правило, заказывают только один раз — при покупке или реконструкции дома или дачи. Соответственно, бизнесмену приходится использовать все доступные рекламные инструменты:

• В местных печатных изданиях и газетах с объявлениями следует разместить блоки с рекламой предприятия и контактными данными.
• На въездах в частный сектор, близлежащие деревни и коттеджные поселки можно установить бигборды или перетяжки.
• Внутри этих районов в проходимых местах, на остановках и возле магазинов нужно расклеить листовки. Их же можно разложить в почтовые ящики владельцев домов.
• Если конструкция служебных автомобилей позволяет, рекомендуется изготовить для них рекламные наклейки. Их крепят на стекло, на двери или к бортам кузова.
• Стоит заключить соглашения о взаимной рекламе со строительными бригадами и другими компаниями, обслуживающими население в загородных районах.
• Буровой фирме необходим хотя бы одностраничный сайт. Можно описать здесь ключевые преимущества и разместить форму для заказа обратного звонка.
• Приводить потенциальных клиентов на сайт из поисковых систем быстрее всего с помощью контекстной рекламы, настроенной на показ в определенном регионе.

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.