Ударно-вращательное бурение

Содержание:

Основные способы бурения скважин под воду
- Шнековое бурение
- Роторный способ бурения
Стационарное и мобильное буровое оборудование
Способы
Ротор — буровая установка
Что такое шнековое бурение
- Чем отличаются роторное и шнековое бурение скважин
Гидробурение
Технология роторного бурения скважин
Основные способы бурения скважин под воду
- Шнековое бурение
- Роторный способ бурения

Основные способы бурения скважин под воду

Бурение скважины своими руками вполне реально и доступно, если есть необходимые гидрогеологические сведения. Выбрав способ, как бурить скважину на воду, следует правильно определить место для ее установки. Рядом не должно быть канализации, сливных ям, других коммуникаций, которые могут загрязнять воду. Нужно также учитывать расстояние от жилья, куда планируется подавать воду.

Видов бурения вручную, с использованием различных механизмов, приспособлений, сложной техники достаточно много: от простейшего забивания до гидробурения.

Ударное бурение – самый недорогой и простой способ обеспечить участок питьевой водой

Способы сверления скважин на воду различаются в зависимости от того, по какой технологии разрушается порода. Существует бурение:

ударное;
вращательное;
смешанного типа.

Шнековое бурение

Данный метод используется для устройства песчаных скважин. Обычно шнековое бурение скважин воды производится в относительно мягком, рыхлом или мерзлом грунте. Шнек – это труба, обвитая металлической лентой. Посредством вращения винтообразное устройство углубляется, выдавая на поверхность выбранный грунт. Часто при данной технологии за шнеком-винтом опускается обсадная труба, которая закупоривает стены и не дает земле осыпаться. Данный способ имеет ряд достоинств:

хорошая скорость;
нет необходимости промывки;
уплотняются стенки скважины.

Если шнековое бурение ведется на участке с мягким или рыхлым грунтом, то лопасти долота следует располагать под углом от 30 до 60 градусов относительно забоя. Если же бурение скважин таким методом производится на более плотных отложениях, в основе которых гравий и галька, то лопасти должны находиться под углом в 90 градусов относительно забоя. Определять угол при ведении работ необходимо в зависимости от твердости почвы, с которой предполагается работать.

Из всех способов самостоятельного бурения наименее результативным можно считать шнековый

Глубина шнекового бурения скважины проводится на размер одной штанги, которая затем поднимается наверх и наращивается дополнительной штангой. После этого бурение может быть продолжено. Диаметр шнековой скважины составляет от 6 до 80 см.

Роторный способ бурения

Роторное бурение относится к вращательным способам: ротор, расположенный на поверхности, приводит в движение долото, опущенное в скважину. Долото дополнительно утяжеляют («нагружают») трубами, чтобы увеличить степень измельчения грунта.

При роторном бурении обязательно осуществляется промывка. С помощью этого процесса быстро удаляется отработанная порода, при этом скважина остается чистой, что позволяет беспрепятственно вставлять обсадку.

Промывка бывает двух видов: прямая и обратная. Прямая промывка производится глинистым раствором, который быстро убирает отработанные породы и укрепляет стенки, так как глина исключает кольматацию пласта. Обратная промывка водой применяется для очищения от шлака затрубного пространства.

Роторный способ бурения скважин является одной из разновидностей вращательной технологии

Преимущества роторного бурения:

мощность применяемого оборудования, позволяющая разбивать породы любой твердости;
долговечность пробуренной скважины (прочность стенок);
возможность выполнять бурение на ограниченной территории вследствие небольших размеров буровой установки.

Недостатками данной технологии можно считать сложность работы при минусовой температуре и невысокую скорость бурения.

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.

Способы

Общедоступное изложение технологии выглядит следующим образом: бурильная колонна медленно, но уверенно погружается в почву, придерживаясь при этом ровного и размеренного ритма. Чем дальше она углубляется, тем больше сверху наращивается количество колонны, присоединяется одна за другой труба, для этого используются специальные приспособления. После окончания проходки и достижения водоносного пласта примерно в таком же темпе все это сооружение вынимается и постепенно разбирается.

На этом применение бурильного процесса заканчивается, но дальнейший метод оборудования скважины предусматривает:

введение в проем обсадочной трубы;
цементирование зазора и ожидание, пока застынет крепеж;
погружение небольшой перфорированной снизу трубы для подачи воды из аквифера.

Турбинное бурение – разновидность процесса, при котором советские ученые разработали возможности применения установки, в которой не вращаются бурильные трубы. Буровое долото работает от энергии потока подаваемой в скважину жидкости, которая превращается в механическую энергию вращения вала, находящееся непосредственно перед породоразрушающим концом.

Вращательное

Это роторное, а также колонковое и шнековое бурение. Последнее применяется в ограниченной сфере, для скважин небольшого диаметра в мягких или мерзлых типах грунта. Для подачи грунта на поверхность в установках есть винтовой конвейер. Предельная глубина – до 30 м. Колонковым методом можно проделывать скважины глубиной до 200 м, но небольшого (до 13 см) диаметра.

Ударное

Название прекрасно отражает сущность метода – чтобы проникнуть внутрь грунта, наносятся удары специальным буровым снарядом. Пригодно только для мягких и рыхлых типов грунта, в процессе прохождения используется дробление (для обломков твердых пород), раздавливание и рыхление. У разных инструментов есть и нюансы в технике прохождения забоя.

Вибрационное

Основано на равномерных колебаниях, подаваемых с установки, условно делится на две распространенные схемы – вибрационно-ударную (забивную) и вибрационно-вращательную. Применяется преимущественно для рытья небольших скважин.

Ротор — буровая установка

Ротор буровых установок предназначен для передачи вращения бурильной колонне в процессе бурения скважин роторным способом и периодического проворачивания труб при турбинном бурении и бурении электробурами, восприятия реактивного момента, возникающего на забое при бурении забойными двигателями ( реактивный момент воспринимается в результате стопорения вала специальной защелкой), удержания колонны бурильных и обсадных труб в процессе спуско-подъем-ных операций и при их свинчивании и развинчивании, замене инструмента, при ликвидации аварий в скважине.

Схема контроля соосности наружной поверхности кольца золотника с наружной поверхностью кольцевого выступа крышки клапана.| Схема контроля параллельности торцовой поверхности кольцевого выступа крышки относительно рабочей поверхности золотника.

Ротор буровой установки ( рис. III.8) предназначен для вращения колонны бурильных труб, восприятия реактивного момента при бурении забойными двигателями и поддержки колонны бурильных или обсадных труб на весу.

Роторы буровых установок предназначены для вращения колонны бурильных труб в процессе бурения или восприятия реактивного момента при бурении забойными двигателями и поддержки на весу колонны бурильных или обсадных труб.

Ротор буровых установок глубокого бурения устанавливают на основании буровой, в самоходных установках его монтируют на задних консольных концах рамы автомашины или трактора. В некоторых установках мелкого бурения ( например, шнеконая) ротор перемещается вместе с верхним концом бурильной колонны и служит также для передачи нагрузки на долото.

Ротор буровых установок глубокого бурения устанавливают на основании буровой, в самоходных установках его монтируют на задних консольных концах рамы автомашины или трактора. В некоторых установках мелкого бурения ( например, шнековая) и в установках с гидроприводом ротор перемещается вместе с верхним концом бурильной колоны и служит также для: передачи нагрузки на долото.

При монтаже ротора буровых установок типа Уралмаш 300, имеющих индивидуальный привод от электродвигателя, следует проверить соосность вала двигателя с трансмиссионным валом привода ротора. Плоскости звездочек цепных передач должны быть параллельны, допускается смещение 0 8 — 1 мм.

Роторный стол ( ротор буровой установки) предназначен для приведения во вращение колонны бурильных труб. При роторном бурении это необходимо для вращения долота, при турбинном бурении — для вспомогательных целей.

По своей конструкции роторы различных буровых установок однотипны и состоят из следующих основных частей: станины в виде массивного стального корпуса, стола ротора, вращающегося на мощном опорном подшипнике, пары конических шестерен и приводного вала. Пара конических шестерен служит для передачи вращения с горизонтально расположенного приводного вала на стол, вращающийся вокруг вертикальной оси. Коническая шестерня приводного вала находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом, соединенным со столом ротора. Все подшипники ротора и зубчатая пара работают в масляной ванне.

По своей конструкции роторы различных буровых установок однотипны и состоят из следующих основных частей: станины в виде массивного стального корпуса; стола ротора, вращающегося на мощном опорном подшипнике; пары конических шестерен и приводного вала. Пара конических шестерен служит для передачи вращения с горизонтально расположенного прмводного вала на стол, вращающийся вокруг вертикальной оси.

При этом в скважину через ротор буровой установки опускают колонну обсадных труб, внутрь которой вводят бурильные трубы с долотом или с открытым концом.

Требуется определить необходимую мощность для вращения ротора буровой установки БУ-75Бр при бурении скв.

Разработка и внедрение индикатора крутящего момента ротора буровой установки типа ИМРЦ / / Современные проблемы промысловой механики: Межвузовск.

Образец моментограммы, записанной с помощью роторного момен-томера в интервале бурения 2245 5 — 2260 5 м.

Анализ записи значений вращающего момента на роторе буровой установки показывает, что момент, затрачиваемый на вращение бурильного инструмента в различные периоды долбления при одних и тех же параметрах режима бурения — величина переменная. При проработке скважины вращающий момент имеет сравнительно высокие значения, что объясняется ростом момента сопротивления на долоте вследствие износа предыдущего долота по диаметру и образования конусности в призабойной зоне скважины. После проработки долота вращающий момент стабилизируется, а в конце долбления вновь возрастает вследствие износа долота и заклинивания шарошек на опорах.

Что такое шнековое бурение

Суть процесса заключается в разрушении долотом породы, с последующей доставкой ее на поверхность с помощью винта шнека, который вращается с большой частотой. Такой метод используется при наличии породы невысокой твердости и без промывки скважины.

Особенности процесса:

При шнековом бурении обеспечивается большая скорость работ без перемалывания и истирания уже отделенной от забоя породы.
Забой очищается непрерывно, одновременно с разрушением породы.
При отделении от забоя порода поступает на винт-шнек, который вращается с большой скоростью. Возникающие при этом центробежные силы прижимают ее к стенкам, а постоянно движущаяся винтовая лента поднимает породу вверх. При этом часть породы ребордой ленты втирается в стенки.
При таком процессе забой хорошо очищается от разрушенной породы. Это обеспечивает большие скорости бурения до IV категории пород по буримости.
Большая механическая скорость обеспечивается при прохождении слабых цементированных отложений мелкой гальки и щебня. Связано это с тем, что последние не разрушаются, а выносятся на поверхность целиком.
Шнековый транспортёр плохо работает в вязких глинах, налипающих на шнеки и препятствующих транспортировке выбуренной породы.
Долото и шнеки охлаждаются за счет их быстрого заглубления в мягкие породы с постоянно изменяющейся температурой.
Шнековое бурение можно производить на глубину от 1,5 до 80 метров.
Используется такой процесс для проходки поисковых и инженерно-геологических скважин, при гидрогеологических исследованиях в сочетании с другими методами.

Преимущества бурения шнеком в мягких породах:

Высокая скорость углубления.
Транспортировка породы осуществляется без подъема инструмента, непрерывно.
Бурение можно производить без промывки.
Сравнительно малая глубина бурения.
Вращение тяжелой шнековой колонны требует большей мощности.

В конструкцию инструмента для бурения шнеками входят:

Инструмент для бурения скважин

Наибольшей популярностью пользуются двух- и трехлопастные долота. У трехлопастного долота корпус выполнен методом литья из стали с зубчатыми лопастями, имеющими наклон по винтовой линии.

Чем отличаются роторное и шнековое бурение скважин

Не следует путать эти виды бурения. Рабочий орган установки для роторного бурения – тоже металлическая колонна с долотом на конце. Но порода при погружении инструмента не транспортируется наверх автоматически, а вымывается глинистым раствором или выдувается. Различия методов:

глубина бурения шнеком – от полутора до 120 метров, самая глубокая роторная скважина – 9 км;
условия работы. Поскольку роторная технология задействует раствор, есть ограничения по внешней температуре. Рекомендуемая температура при бурении шнеком – до минус 20. Это популярный способ при бурении зимой, а ротором лучше работать в теплое время;
в отношении грунта роторный метод почти универсален, а шнек рекомендован для сухих мягких почв;
скорость шнекового бурения получается выше, поскольку можно работать одним инструментом безостановочно. При роторном часто меняют насадки;
стоимость роторного бурения выше за счет большей сложности технологии: вымывание, выдувание, монтаж осадочных колец.

Из-за этих различий роторный и шнековый метод применяются в разных ситуациях:

роторный – преимущественно при устройстве артезианских скважин, на твердых грунтах, при глубинной разведке;
шнековый – при устройстве скважин малой глубины: на воду в районах с неглубоким залеганием водоносного слоя, на мягком грунте, в зимний период; для фундаментов; для инженерно-геологических исследований.

Гидробурение

Осуществляется мощной струей воды из специального бурового инструмента. Преимущество технологии в том, что возможно гидробурение скважин в каменистой почве.

Нагрузка струи обеспечивается весом штанги и бурильной оснастки. В установку заливают специальный раствор, который потом направляется в подготовленный приямок.

Последовательность гидробурения своими руками:

В первую очередь устанавливается малогабаритная конструкция или МБУ для гидробурения.
Начинать работы лучше всего с утра.
Если бурение происходит в песчаной почве, то необходим большой запас жидкости.
Перед работой глина смешивается в раствор в подготовленном приямке. Замес выполняется посредством строительного миксера. Консистенция должна напоминать кефир.
Далее по шлангам подается раствор к работающему буру.
Постепенно жидкость шлифует стенки и углубляется в почву. Раствор используется по кругу.

Эта технология содействует дополнительному усилению стенок образующегося источника.

Технология роторного бурения скважин

Бурение скважин роторным способом – технология, которая широко распространена на производстве в нынешнее время. Во время процесса используется специальная бурильная труба, внутри которой находится вращающийся вал, названный долотом.

Скважины при роторном бурении имеют следующую конструкцию:

Шахтовое направление. Конструктивный элемент предназначен для закрепления устья скважины, предохраняет от размыва устья глинистым раствором. Шахтное направление указывает путь циркулирующему раствору. Состоит эта часть скважины из заранее вырытого шурфа, в который опускается труба длиной от 2 до 6 м. Эта труба позже цементируется;
Кондуктор. Служит для перекрытия водоносных горизонтов, которые не подлежат дальнейшей эксплуатации. Еще одна задача кондуктора – обеспечить вертикальность шахты. Приспособление длиной до 50 м опускается в шахты глубиной 500-1000 м. Для более мелких скважин кондуктор не применяется;
Техническая колонна. Такой конструктивный элемент может называться также промежуточной колонной. Для водных скважин применяется редко. Ее использование оправдано лишь в тех случаях, когда возникает необходимость перекрыть незакрепленные кондуктором или направлением водные горизонты;
Эксплуатационная колонна – основная часть водных скважин. Такие колонны, как правило, спускаются до водного горизонта, который эксплуатируется в данный момент;
Фильтр или колонна фильтрации. Устанавливаются ниже эксплуатационной колонны, если она установлена в кровле водоносного слоя. Если же она установлена на всю глубину шахты, то фильтр находится в ее нижней части.

Когда речь идет о роторном способе бурения шахты, то подразумевается работа вращающегося роторного механизма внутри скважины. Изредка допускается применение дополнительных приспособлений, которые можно устанавливать на ротор.

Принцип работы такой установки довольно прост: электродвигатель приводит в действие ротор, который, в свою очередь, передает вращательное движению рабочему механизму (долоту).

Стоит отметить, что совсем не обязательно использовать для бурения электродвигатель. Роторное бурение скважин – технология, которая позволяет применять газотурбированный агрегат для этих целей.

Такой способ бурения сопровождается последующей промывкой шахты и ее продувкой. Основная цель таких операций – сделать чистую скважину. Изначально отрывается небольшая часть плоскости, чтобы в нее можно было поместить кондуктор.

Как уже отмечалось выше, он препятствует обрушению нестойких горизонтов почвы. Только после этого можно приступать к промывке, которая осуществляется с помощью мощного потока воды, подаваемого компрессором.

Методы и приемы разработки скважин постоянно изменяются в связи с продвижением современных технологий. Роторное бурение скважин и прочие способы становятся более модернизированными, а скорость процесса неуклонно растет.