Меню Рубрики

Автомобиль роторная буровая установка

Скважина на воду способом роторного бурения: особенности технологии, принцип осуществления работ

Ротором в технике называют подвижную часть механизма, передающую энергию вращения на рабочий инструмент. Процесс, при котором круговое оборачивание снаряда совмещается с осевым давлением на поверхность массива, называется роторное бурение. Таким способом проходят выработки различного назначения, включая скважины на воду.

Роторное бурение скважины на воду.

Оборудование для роторного бурения скважин

Ротор является основным механизмом станка для одноименного метода бурения. Вращатели различают по мощности, статической нагрузке, диаметру отверстия под колонну из труб. По конструкции роторы бывают неподвижными или перемещающимися в вертикальной плоскости. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 100-1500 м, выдерживают нагрузку 10-500 т.

Кроме основного предназначения (вращения инструмента), ротор служит удерживающим устройством бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций. Еще ряд механизмов и устройств обеспечивают продвижение породоразрушающего снаряда в горный массив.

В состав роторной буровой установки входят:

  1. Вышка — на ней размещаются и подвешиваются бурильные трубы. Сооружение устраивается в виде мачты на 1-2 опорах или каркаса башенного типа на 4 опорных точках.
  2. Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
  3. Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
  4. Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
  5. Элеватор — с его помощью производятся захват и удержание труб.

В состав оборудования входят долота шарошечные и алмазные, стропы для присоединения элеватора к талевому блоку, переходники различных типов, грязевые насосы для откачки пульпы. Промывка при роторном бурении — прямая или обратная с применением глинистого раствора, воды.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Вращательный способ проходки выработок бывает не только роторным, эта технология может сочетаться с ударным воздействием, с продувкой сжатым воздухом, удалением грунтового бурового шлама через шнек.

Преимущества проходки скважин с применением ротора:

  1. Скорость выше, чем при ударном разрушении. Способ обратной промывки выработки водой в рыхлых породах ускоряет проходку в 1,5-2 раза по сравнению с бурением с прямой подачей раствора в скважину.
  2. Универсальность — сменные долота способны разрушать мягкие грунты и твердые горные породы. Роторная проходка скважины позволяет достичь водоносного пласта на любой глубине.
  3. Возможность бурения водозаборных выработок Ø1200-1500 мм. Для этого применяется обратная промывка ствола.
  4. Габариты и металлоемкость станка невелики по сравнению с ударно-канатными буровыми машинами.
  5. Мобильность — оборудование размещается на передвижной платформе.

Роторное бурение скважины на воду.

Роторный метод для водозаборных скважин является предпочтительным, поскольку он объединяет достоинства всех вращательных способов бурения.

Недостатки этого способа заключаются в том, что применение глинистого раствора снижает дебит скважины, требует мероприятий по восстановлению водоотдачи.

Стоимость работ выше, чем при других способах бурения, вследствие необходимости подвоза чистой воды, глины и реагентов для приготовления раствора. Проблемы обостряются зимой, когда требуется защита от низких температур.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Проходка выработки для водозабора непрерывным вращением бурового снаряда заключается в разрушении горных пород на забое скважины долотом, присоединенным к колонне, вращающейся вокруг оси ствола ротором. Удаление шлама и охлаждение режущего инструмента осуществляются жидкостью или сжатым воздухом.

Порядок работы оборудования:

  1. Вращатель приводится в действие двигателем электрическим или внутреннего сгорания.
  2. Усилие от вала принимают ведущие вкладыши, расположенные по контуру верхней рабочей трубы, они же передают крутящий момент на колонну.
  3. Давление разрушающего инструмента на забой передается по звеньям сборки. За счет массы конструкции создается нагрузка, достаточная для резания породы.
  4. Буровой шлам удаляется из скважины промывочной жидкостью, которая одновременно охлаждает дробящий инструмент. Раствор после очистки используется вновь.

По мере износа долота его заменяют новым, для этого колонна по секциям извлекается из выработки. Длина свечи, вытаскиваемой за один прием, зависит от высоты подвески кронблока и составляет 25-50 м.

Схема роторного бурение скважины.

Обсадные трубы

Пересекаемые скважиной породы частично укрепляются за счет применения глинистого раствора, но полноценное предотвращение осыпания стенок выработки достигается их обсадкой стальными трубами. Закончив бурение в заданном интервале, проходку скважины приостанавливают для монтажа обсадной колонны. Ближайшая к поверхности часть конструкции называется кондуктором.

При укреплении стенок выработки придерживаются следующих правил:

  • диаметр обсадной трубы должен быть меньше сечения выработки: колонна опускается в скважину свободно;
  • глубина, начиная с которой делают перерыв в бурении для установки обсадной крепи, находится в пределах 30-600 м;
  • стенки водозаборных выработок обсаживают цельнотянутыми трубами длиной 6-13 м, для изготовления кондуктора используют сварные стояки Ø426-478 мм;
  • затрубное пространство заполняется цементной тампонажной смесью.

В сложных геологических условиях устанавливают несколько обсадных колонн разного диаметра. Трубы меньшего размера располагаются в глубоких горизонтах.

Особенность нижнего звена конструкции заключается в том, что эта труба является эксплуатационной и перфорируется для проникновения воды внутрь колонны.

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:

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

Читайте также:  Мастер по установке чехлов на автомобиль

источник

Роторные установки — незаменимая техника при бурении скважин на воду

Роторные буровые установки – это бурильные машины, при использовании которых происходит разрушение пород для устройства скважин посредством беспрерывного вращательного движения. Для них движение рабочего органа вызывается ротором установки, передающим его через систему бурильных труб (колонну) к режущим долотам.

Роторное буровые установки

Роторная буровая может применяться в устройстве отверстий и скважин под воду даже при глубоком залегании водного пласта, для установки свай в современном фундаментостроении, в разведывательно-поисковых операциях. Работы с ее помощью могут проводиться независимо от качества грунта (песчаный, мерзлый, болотистый и др.) и погодных условий.

Фото роторной буровой установки

Роторное бурение представляет собой последовательно-непрерывный процесс разрушения грунта в устраиваемой скважине и эвакуации его наружу. Здесь вращение рабочих элементов объединяется с одним из следующих способов транспортировки пород:

  • Обратной водой посредством заливания в скважину воды под напором. При этом вода размывает грунт на дне скважины, и далее проводится подъем жидкой грязевой массы на поверхность.
  • Глиняным раствором посредством прямой промывки. Обеспечивает высокую скорость работ, но требует регулярной подачи на объект качественной глины. Не применяется при бурении водяных скважин, так как затрудняет определение качества воды, а полученная скважина будет нуждаться в длительной и сложной разглинизации.
  • Сжатым воздухом методом продувки. Очень удобен к применению зимой при отрицательной температуре, когда промывка водными растворами неприемлема.
  • Механическим шнековым способом.

Конструктивные особенности

Роторное бурильное оборудование включает следующие основные элементы и узлы:

  • Буровую вышку, которая является опорой всем остальным элементам установки,
    Двигатель с приводом к ротору (чаще всего электрический, но может быть и дизельный с гидравлическим приводом).
  • Ротор, придающий вращательное движение рабочим органам установки.
  • Роторный стол, который соединен с втулкой и укреплен на двух опорах.
  • Бурильную колонну, состоящую из общей полой трубы, системы тонких и утяжеленных бурильных труб, долота и нескольких устройств для центровки направления движения, расширения и калибровки отверстия и т.п.
  • Буровые насосы для синхронизированной подачи очищающих смесей в скважину.
  • Вертлюг, через который подается бурильная жидкостная смесь либо сжатый воздух в колонну.
  • Талевую систему для подвески вертлюга и колонны через кронблок к верхней части вышки.
  • Очищающую систему с виброситом, гидроциклоном, желобами и несколькими емкостями разного назначения.

Популярность подобных установок объясняется несколькими причинами, одной из которых является их маневренность, а также практические и экономические выгоды использования:

  1. Возможность устройства скважин на очень большой глубине независимо от твердости грунта.
  2. Высокая скорость при малой затратности разработки.
  3. Эргономичность конструкции.

Схема ротора буровой установки

1 — роторный стол; 2 и 13 — конические зубчатые шестерни; 3 и 4 — вспомогательная и главная опоры; 5 — станина; 6 — цепное колесо (звездочка) или крестовина карданного вала; 7 — подшипник, который воспринимает основные и радиальные нагрузки; 8 — ведущий вал; 9 — стопорное устройство; 10 — ограждение стола ротора; 11 — вкладыш ротора; 12 — зажимы; 14 — подшипник радиальный; 15 — втулка; 16 масло.

Популярные производители и технические характеристики моделей

Бурильные установки роторного типа выпускаются различными фирмами, как малыми, так и очень известными. Небольшая себестоимость производства и высокий спрос позволяют им работать с учетом потребностей потребителя и модернизацией моделей – применением новых материалов, конструкций и технологий.

источник

Роторное бурение

Роторное бурение — распространённый способ создания скважин, при котором усилие на рабочую колонну подаётся с роторного вращателя. Буровые установки данной разновидности могут быть как стационарными, так и мобильными. В обоих случаях агрегатированные комплексы комплектуются вращателями роторного типа, что исключает передачу осевой нагрузки на буровой снаряд.

История возникновения метода

Метод бурения, при котором используется роторный вращатель, впервые был испытан в Соединённых Штатах в 80-х годах XIX века. Проходка осуществлялась лопастными долотами с постоянной подачей промывочной жидкости. Немногим позже подобную технологию применили на Кавказе: первая скважина, сделанная роторным буровым оборудованием, появилась там в 1902 году.

Стационарное и мобильное буровое оборудование

Используя полноразмерную стационарную буровую установку, можно получать скважины глубиной до 10 км, достигающие 70 см в диаметре. Чаще всего стационарное буровое оборудование такого рода применяется для проходки эксплуатационных скважин, однако в отдельных случаях может использоваться и для разведки глубоко залегающих месторождений.

Мини буровая установка на самоходной платформе ориентирована по большей части на разведку, так как ей не под силу преодолеть полуторакилометровый предел глубины. А вот что касается диаметра скважины, то он лишь немногим уступает стационарным установкам.

Комплект бурового оборудования

Оборудование для бурения скважин с применением роторного вращателя включает в себя буровую вышку и буровой снаряд.

Буровая вышка включает в себя:

  • двигатель;
  • вращатель роторного типа;
  • насосы поршневого типа;
  • вертлюг для подачи промывочного раствора;
  • талевая система;
  • очистное оборудование для промывочной жидкости.

Талевая система состоит из кронблока и крюка. Очистная система — из приёмного бака, гидроциклона (вращающийся элемент для разделения жидких субстанций), вибросита и желобов.

При стационарном размещении буровое оборудование может располагаться на площадке произвольно, главное соблюсти технический регламент. В случае с мобильными установками все элементы, кроме очистной системы, располагаются на передвижной платформе — прицепе или раме грузового авто.

Буровой снаряд включает в себя:

  • долото буровое;
  • ведущая штанга;
  • трубы с износостойкими муфтовыми соединениями на концах;
  • муфты и переходники;
  • вертлюг.

В зависимости от типа разбуриваемой породы и глубины проходки могут применяться стандартные или утяжелённые бурильные трубы.

Читайте также:  Установка блока автозапуска автомобиля

Технологический процесс

Сердцем буровой установки является роторный вращатель, так как именно он приводит в движение бурильную колонну, а через неё опосредованно и породорарзрушающий инструмент. Сам же ротор приводится в действие ДВС или электромотором. Передача вращающего усилия осуществляется через вал. Таким образом передаваемое от двигателя усилие преобразуется во вращение ротора.

Погружаемая в грунт колонна состоит из множества труб, соединённых при помощи муфт. Их массы обычно хватает для подачи достаточной вертикальной нагрузки на породоразрушающий инструмент. Если буровое долото проворачивается вхолостую, в ход идут УБТ — утяжелённые бурильные трубы.

Вращаясь, долото дробит породу, выделяя при этом большое количество тепла. С повышением температуры данного инструмента уменьшается его износостойкость, поэтому долото необходимо постоянно охлаждать. Для этих целей используется промывочная жидкость. Она же освобождает скважину от раздробленной и измельчённой породы, вытесняя её через так называемое кольцевое пространство — пустую полость между внешней поверхностью бурильной колонны и внутренними стенками скважины. После прохождения сквозь очистную систему данная жидкость снова отправляется в забой.

По достижении определённой глубины скважину укрепляют обсадной колонной. Если этого не сделать, скважина будет подвержена просачиванию грунтовых вод и обрушению стенок. Кольцевое пространство заполняется цементом. Когда раствор затвердевает, проходку продолжают, но уже с долотом меньшего диаметра.

Смена породоразрушающего инструмента

Несмотря на тщательно просчитанную геометрию лопастей и армирование твёрдыми сплавами, долото буровое всегда будет самым изнашиваемым инструментом роторной буровой установки. Его регулярная замена — неотъемлемая составляющая рабочего процесса. Для этих целей используются так называемые «свечи» — блоки из нескольких труб. В зависимости от высоты буровой вышки и глубины скважины, длина свечи может варьироваться от 20 до 50 м. С целью упростить свинчивание, трубы оснащают замками с конической резьбой.

Области применения роторного бурения

Описанное в статье буровое оборудование может быть использовано для проходки скважин любых назначений как с отбором керна, так и без него. Оптимальным выбором для серийного бурения разведывательных скважин являются мини буровые установки, смонтированные на прицеп или в кузов грузового авто.

За последние 10 лет сфера применения роторных буровых установок существенно расширилась. Тому есть две причины: разработка и внедрение струйных шарошечных долот; появление мощных компрессоров и использование сжатого воздуха для очистки скважин от шлама. Но на этом развитие роторного бурения не останавливается: разработки в данной области ведутся постоянно.

источник

Роторное бурение скважин: технология, принцип работы и особенности

Одним из наиболее широко применяемых методов создания эксплуатационных и разведывательных скважин для воды является роторное бурение. Оно обеспечивается передачей вращательных движений с поверхностного ротора на колонну-бур.

Роторное бурение отличается тем, что у него отсутствует осевое усилие, создаваемое приводом. В ходе процесса осуществляется промывка выработки (забоя) от породных отходов с помощью воды и специальных растворов. Рассмотрим способ подробнее.

Историческая справка

Роторное бурение используется уже более ста сорока лет. Технологию этого способа пробивания скважин впервые применили в Соединенных Штатах Америки в начале восьмидесятых годов девятнадцатого столетия. С того времени он практически не изменился за исключением мелких новаций, которые привели к большей эффективности. Изменения коснулись породоразрушающих инструментов – они совершенствовались, создавались новые жидкие среды для промыва скважин, усиливалась прочность частей механизма.

Роторное бурение скважин – это один из видов бурения методом вращения. Принцип таков, что инструмент для разрушения породы, располагаясь внутри скважины, работает от усилия, передаваемого ему электродвигателем или газотурбинным оборудованием. Этот метод достаточно простой и эффективный. С его помощью бурят эксплуатационные нефтяные и разведочные скважины. Компактные размеры установки позволяют применять ее на частной земле для создания водяных скважин.

Способы бурения

В настоящее время бурение скважин для воды осуществляется породоразрушающими методами с применением специальных механизмов. Подача грунта наверх может осуществляться двумя способами:

  • С помощью механизмов – сухой метод.
  • Струей воды под большим напором либо самотеком – гидравлический.

В общем случае механическое бурение проводится одним из трех способов:

  • Вращательное роторное бурение – почва бурится вращательными движениями.
  • Ударное – грунт разрушается ударами бурового снаряда.
  • Вибрационное – почва разбивается колебаниями высоких частот.

Первый метод является самым применяемым в силу своей простоты, дешевизны и одновременно производительности.

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.

Оборудование для бурения скважин

Технология роторного бурения предусматривает использование специальных установок – смонтированных на основе самоходного транспорта или стационарных. И те, и другие должны иметь следующие комплектующие:

  • Двигатель.
  • Вышку.
  • Привод.
  • Вертлюг – систему, подающую жидкость в забой.
  • Бурильную колонну.
  • Ротор.
  • Поршневой насос.
  • Подъемный механизм, включающий блок и кроноблок.
  • Напорную магистраль
  • Систему возврата и очистки жидкости, содержащую гидроциклоны, желоб и вибросито.

Преимущества и недостатки метода

Роторный способ бурения скважин имеет ряд преимуществ перед другими методами. Среди них нужно отметить следующие:

  • По производительности превышает остальные: в пять раз – ударный и в десять – вибрационный способ.
  • Имеет высокую скорость выполнения работ.
  • За счет применения разнообразных съемных долот может применяться на грунтах различной сложности.
  • Установка имеет компактные размеры, поэтому может функционировать в ограниченном пространстве.
  • За счет возможности расположения на платформе агрегат вполне мобилен.
  • Дает возможность бурения глубоких скважин и забора воды из трещиноватого известняка.
  • Метод обладает хорошими качествами вскрытия водоноса.
  • Позволяет устраивать скважины до двухсот сантиметров в диаметре.
Читайте также:  Оплетка на руль автомобиля с установкой

Наряду с такими преимуществами роторное управляемое бурение имеет следующие минусы:

  • Необходимо обязательно учитывать тип почв, чтобы подобрать правильное долото.
  • Наличие супертвердых частиц породы на пути может быть преградой, требующей применения более разрушающих механизмов.
  • Помехой может выступить глинистая почва.
  • Серьезное препятствие для проведения буровых работ – мерзлая земля.
  • Мощность зависит от установленного в данный момент ротора.
  • Необходимость постоянного наличия большого количества жидкости для промывки.

Несмотря на определенные минусы, плюсов у этого метода значительно больше.

Принцип действия роторных установок

Роторное бурение скважин выполняется специальной установкой – рамной или решетчатой вышкой, закрепленной на платформе. К ней крепятся все остальные системы, позволяющие поднимать и опускать бурильную колонну профилированной формы. Такая колонна собирается из нескольких труб, соединяемых разборными муфтами.

Двигательной силой является электродвигатель автомобиля или отдельный генератор, который через приводной вал и зубчатую передачу передает вращение от колонны ротору. Вращаясь, ротор приводит в действие долото, которое рабочими краями в скважине разрушает почвенный слой. Диапазон поворотов может регулироваться. Кромки долота могут быть алмазными, композитными или твердосплавными. Их форма может варьироваться.

Выработанный слой грунта прямой или обратной промывкой вытесняется из шахты самотеком либо под давлением с применением насосных установок. После промывки скважины в нее устанавливаются обсадные трубы. Посредством вертлюга и пустотелых труб бурильной колонны к долоту поступает жидкость для промывки, размывающая почву под долотом. Через зазор между трубами и стволом жидкость выносит грунт наружу. На поверхности через специальные фильтры жидкость собирается и очищается, чтобы ее снова можно было пустить в работу с помощью поршневых насосов.

Особенности технологии роторного бурения скважин

Процесс бурения организован так, что из-за вымывания слоя почвы из шахты буровая колонна с каждым движением углубляется все ниже. Периодически ее необходимо наращивать добавлением других труб.

Процесс бурения выполняется ступенчато:

  • Пройдя первые рыхлые слои грунта, колонну поднимают, а в шахту опускают обсадную трубу.
  • Зазор по кругу заполняют раствором цемента.
  • После застывания цемента в шахту подают долото с меньшим диаметром, и работа продолжается дальше.

Таких аналогичных шагов может выполняться несколько, а затем в шахту опускается перфорированная на конце эксплуатационная труба. В зависимости от качества почвенного пласта и глубины выбирают количество и массу труб, вид долота, скорость его вращения и материал кромок, давление промывочной жидкости. Специфика такова:

  • Легкие породные пласты проходят с максимальной скоростью и наибольшей промывкой.
  • Скалистые почвы требуют пониженной частоты и уменьшенного давления жидкости.

Помешать работам могут грунтовые твердые включения – валуны – на пути ротора, который может заклинило, или почвы, активно поглощающие промывку. Также замедляет процесс нехватка воды в месте проведения работ и наличие большого глинистого слоя. Глина, смешиваясь с водой, закупоривает водяное русло и требует дополнительной тщательной промывки.

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.

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.

Значение промывочной жидкости в буровых работах

Правильно подобранный метод промывки при роторном бурении скважины может значительно повысить эффективность процесса. В работах такого типа применяются:

  • Полимерные растворы.
  • Нефтяные эмульсии.
  • Аэрированные растворы.
  • Вода.

Также широко распространено применение метода продувки воздухом. Если работы проводятся на участках с низким пластовым давлением, то рабочие применяют особый газ. Промывка помогает избавиться от лишних примесей и предметов, осыпавшихся пород, что неизбежно в процессе бурения. Жидкость, попавшая на долото, охлаждает его. Что продлевает срок службы инструмента.

Роторное бурение скважин происходит в три этапа:

  1. Разрушение земных пород с применением долота.
  2. Запуск воды для выноса разрушенной породы. Процесс может производиться как обратной, так и прямой промывкой, все зависит от глубины скважины, объема используемой воды и типа грунта. В частных хозяйствах пользуется популярностью метод прямой промывки.
  3. Укрепление стенок новой скважины с помощью обсадных труб.

Бурение скважин роторным способом является трудоемким процессом, при проведении которого необходимо учитывать множество факторов. Несмотря на это, он считается достаточно эффективным и применяется в различных условиях.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector