Без возможности подключения к центральному водоснабжению загородным домам необходима автономная система водоснабжения. Многие хозяева выбирают для этого системы на базе скважины, создание которых реализуется различными способами. В статье рассмотрен роторный способ бурения скважин — перспективный, но пока не очень распространенный вариант.
Статья подробно освещает особенности роторной технологии и используемые в ней инструменты. Рассмотрены плюсы и минусы этой методики, предложены пути ее практического применения. Советы будут полезны собственникам частных владений, желающим контролировать деятельность буровых бригад.
Определение роторного бурения
Сначала рассмотрим суть роторного бурения скважин и какие у него замены существуют. Одним из наиболее распространенных способов создания водозаборных выработок считается шнековое бурение.
Однако шнековая технология Скальные породы препятствуют прохождению. Винтовой бур шнекового бурения не способен разрушить известняк. Иногда требуется забуриться именно в него, так как более верхние слои не обладают стабильным и достаточным дебитом для эксплуатации.
В связи с этим роторная технология, прежде применяемая лишь в горнодобывающей промышленности, начала использоваться для обустройства частных водозаборных сооружений. Ее рабочим элементом является долото, расположенное в забойной части скважины. Долотом разрушаются связные и несвязные грунты, а также дробятся скальные породы.
Извлечение обломков разрушенной горной породы производится при помощи жидкости, поступающей в выработку по рабочей колонне. затрубное Существует два метода бурения, которые будут изучены отдельно.
Диаметр сверла больше диаметра эксплуатационной колонны, что даёт возможность…
- Снизить расход энергии для всего процесса бурения: затраты мощности используются исключительно на вращение долота в забое, а трение рабочей колонны об стенки скважины минимизировано.
- Обеспечить сохранность большинства составных частей рабочих стволов и предотвратить разрушение стенок выдолбленной скважины.
- Пробивать глубокие скважины большого диаметра, достигающие до 70 сантиметров.
Таким способом можно формировать водоносные скважиныБурение скважин глубиной от 300 метров и более для обеспечения водой садоводческих участков и населенных пунктов.
В данном случае речь идет о разработке скважин методом вращения долота. вращателя Рабочая колона состоит из штанг — стальных труб, соединенных последовательно и погружаемых в грунт на различную глубину.
Для очистки ствола выработки и забоя от шлама используется подаваемая под давлением вода. Благодаря этому решение не требуется постоянно разбирать и собирать буровую колонну для извлечения керна, как при колонковом бурении.
Жидкость, подаваемая во время работы, выполняет сразу две важных функции: проделывает путь для бурового снаряда, чтобы продолжить работу, и производит… промывку скважины, необходимую для подготовки водозабора к эксплуатации.
Преимущества роторной технологии
Какие плюсы у роторной технологии по сравнению с другими вариантами? Много.
Во-первыхС помощью роторного долота возможно формировать скважины внушительного диаметра, способные полностью покрывать потребность в воде для ряда домовладений.
Бурение — дорогостоящий процесс, требующий специального оборудования и квалифицированных специалистов для контроля и управления. лицензируемой. Отсюда и его высокая цена.
Совместное строительство скважины несколькими домохозяйствами на смежных участках — это выгодное инвестирование. Но для этого нужен существенный капитал, а водоносные пласты в песках четвертичных отложений часто его не предоставляют.
Для совместного использования источника воды предпочтительнее устанавливать его на известняк. Вода, добываемая из него, отличается большим количеством и чистотой. Объем выпавших осадков не влияет на дебит скважин на известняк. Это нельзя сказать о скважинах на песок.
Во-вторыхПривлекает сравнительно небольшое энергопотребление. В качестве рабочего органа при роторной технологии выступает долото. колонкового буренияБуровой инструмент не касается стенок ствола скважины.
Поверхность грунта касается только долота, размер которого несоизмеримо меньше высоты всей буровой колонны. Из-за этого этот способ образования скважин самый быстрый — до тысячи погонных метров за месяц.
В-третьихКоллективные заказчики заинтересованы глубиной бурения. Только роторным способом возможно пробурить скважину в коренных метаморфических и магматических породах, из трещин которых можно качать воду, подходящую для питья.
Из скважин глубиной до 30 метров обычно извлекают только техническую воду. Состав ее зависит от близлежащих водоемов, загрязняемых мусором ручьев, атмосферных осадков и пролитых на землю технических жидкостей. Шнек и колонковая труба дают возможность добыть лишь такой источник воды.
Кроме того, роторное бурение дает возможность выполнить выработку на полную глубину без перехода на другой метод. При разработке скважины шнеком, например, в случае необходимости пробить валун применяют ударно-канатный способ.
Из ствола вынимают шнековый снаряд, а на забой бросают долото до тех пор, пока не раздрошат валун. Потом забой расчищают желонкойЭтим инструментом можно извлечь с поверхности насышенный водой песок, который в трубчатой конструкции просто не закрепляется.
Опыт работы доказывает, что скважины, пробуренные роторным методом, служат дольше. Такой результат достигается благодаря дополнительной прочности затрубного пространства после установки обсадной колонны, которая формирует стенки скважины.
Оборудование для устройства скважины
Сначала на поверхности над скважиной монтируют вертикальную консоль для крепления звеньев рабочей колонны. Первое звено бурового вала имеет рабочий элемент – долото, конструкция которого варьируется в зависимости от твердости породы.
Набор бурового инструмента
Глубя первое звено — свечу, на него надевают следующее звено, называемое штангой. Последующие звенья также устанавливаются подобным образом. Длина каждого блока труб может быть от 20 до 50 метров. Для упрощения формирования рабочей колонны каждая штанга имеет коническую резьбу с замком.
В результате создаётся буровой аппарат, включающий в себя:
- рабочего долота;
- ведущей штанги;
- Штангы, расположенные по рядам, соединяются между собой муфтами.
Для фиксации рабочего ствола используется вертлюг, вращаемый ротором. Глубина бурения и характеристики грунта определяют выбор штанг: обычных или усиленных для формирования ведущей части.
Ведущая штанга часто изготавливается из утяжеленного трубного сегмента, так как выполняет важную технологическую функцию: через нее в скважину к долоту поступает промывочный раствор, который вымывает раздробленную породу. Это ставит требования и к муфтовым соединениям, обеспечивающим герметичность стыков между звеньями штанги.
Давление жидкости прямо пропорционально высоте образующегося столба (независимо от диаметра трубы). Даже при использовании воды как промывочного раствора давление увеличивается на одну атмосферу каждые 10 метров глубины.
В качестве примера можно привести рабочее давление в бытовых сетях дома — 10 атмосфер, тогда как самый прочный материал для труб выдерживает давление до 20 атмосфер.
Если бытовые системы неподвижны, нагрузка на ведущую штангу равна весу буровой колонны. Последняя же ещё и осуществляет передачу вращательного момента и усилия на долото.
К муфтам как конструктивным элементам буровой колонны предъявляют следующие требования:
- Штаны и соединение должны быть герметичны, а также выдерживать давление жидкости до 100 атмосфер для расчистки забоя напорной струей.
- Следует обеспечивать их износостойкость, чтобы исключить выход из строя при контакте со стенками скважины.
- Должны обеспечивать передачу вращающего момента от верхней части рабочей колонны к нижней и, в конечном итоге, к долоту.
Качество исполнения муфт имеет большое значение. Если хотя бы одна из них не выдержит нагрузки и рабочая колонна разобьется, то добраться до нижней части с долотом будет очень сложно. Иногда проще пробурить новую скважину рядом, чем достать открепившуюся ведущую штангу.
Использование воды в ходе бурения
К забою обычно подаётся вода. Для стабилизации ствола в рыхлых породах (пески, щебень, гравийно-галечниковые отложения) в скважину может быть подан раствор с буровыми добавками. Без обсадных труб на первых этапах проходки это необходимо.
Вода подаётся в выработку, либо под давлением от внутриведущей штанги, а выкачка осуществляется… затрубное пространство, или свободно падая вниз через затрубное Пространство заполнено, а выброс осуществляется при помощи рабочего насоса через откаточную колонну.
Представлены две разные технологии роторного бурения, подробное изучение которых приведённо далее.
Независимо от метода, жидкость, применяемая при бурении, всегда требует очистки для повторного использования.
Для выполнения этой задачи применяется следующее оборудование.
- Амбар для хранения бурового раствора. При бурении неглубоких скважин (несколько десятков метров) можно пробурить отверстие прямо в грунте. Для промывки используют воду, а амбар служит резервуаром для неё.
- Вибросито. Из скважины поднимается промывной раствор, содержащий частицы разрушенной породы, требующие удаления. Самым действенным методом является механический способ с применением вибросита.
- Отстойник. После удаления крупных фракций породы жидкость поступает в отстойник, где выпадает осадок из взвешенных частиц. При использовании воды в качестве промывающей жидкости отстойник иногда возводят непосредственно в грунт. Для разделения жидких субстанций и отделения осадка применяют гидроциклон.
- Буровой насос. Единственный, кто отвечает за циркуляцию раствора, — это именно он.
- Система желобов. Для перемещения воды от места образования до пункта очистки предназначены данные конструкции.
Для бурения скважин с помощью роторной технологии требуется следующее оборудование и механизмы:
- Вышка либо консоль Для монтажа и демонтажа буровой колонны из труб и системы талевой подъёмной установки.
- Двигатель, обеспечивающий вращение ротора.
- Оборудование для жидкостиУстройства, обеспечивающие циркуляцию и очистку промывающей жидкости: насосы, вибросита, отстойники. гидроциклонХранилище для промывочной жидкости, а также система трубопроводов и желобов.
Для бурения роторным способом неглубоких скважин перечисленный комплект оборудования весьма компактен (к примеру, стрела консоли складная). Это обеспечивает простоту размещения бурильного оборудования в любом удобном для производства буровых работ и последующей эксплуатации месте.
Два варианта роторного бурения
Технология роторного бурения подразделяется на два типа, которые зависят от метода подачи промывочной жидкости в забой.
- с прямой подачей;
- с обратной подачей.
Жидкость, поступающая в забой, служит не только для очистки и удаления измельченной горной массы, но и для охлаждения долота, которое сильно нагревается вследствие трения. При прямолинейном подаче жидкости насос создает избыточное давление.
Через предусмотренные в долоте проемы вода попадает в забой, подхватывает измельченную горную массу и по трубе скважины движется собственным весом. затрубное Материал, относительно главной стойки, выходит на поверхность и направляется в очистительный комплекс (вибросито, ). гидроциклон).
Технология обратной подачи предполагает, что промывочная жидкость течет к забою под действием силы тяжести, перемещаясь по скважине. В обратном направлении раствор с разрушенным материалом подается по трубе буровой штанги благодаря создаваемому насосом отрицательному давлению.
Несмотря на кажущуюся легкость обеих технологий, нюансы существенны и многочисленны.
Работы по бурению с прямым закачиванием промывочной жидкости.
Технологию иногда называют «прямым водотоком». Ее используют в песчаных, гравийных, щебенистых грунтах. Ее применяют также, если глубина водоносного горизонта не превышает 30 метров. В жидкость добавляются присадки, которые увеличивают ее плотность и стабильность ствола.
Роторное бурение подразумевает последовательное уменьшение диаметра создаваемой скважины. Вначале пробуривается скважина наибольшего диаметра, после чего … обсаживается Трубу устанавливают, а промежуток между наружной частью трубы и стенкой скважины через технологические проемы заделывают цементно-песчаной смесью.
Бурение продолжается долотом уменьшенного размера. Затем снова обсадка; новый участок имеет еще меньший диаметр и так далее. Чем реже требуется «отвлекаться» на цементирование скважины, тем выше производительность бурения, что влияет на общую стоимость процесса и скважины в целом.
Частое обсаживание приводит к уменьшению эффективного диаметра скважины, то есть того диаметра, который достигает водоносного слоя. Способ «прямой водоток» позволяет не обсаживать скважину до глубины 100 метров.
Основное давление промывающей жидкости формирует насос, установленный внутри ведущей штанги, и затрубное Жидкость со включениями измельченной горной породы течет в пространство по инерции, не повреждая стенок бурового ствола чрезмерным давлением.
Однако данный способ бурения имеет и недостатки. В частности, слишком большой… необсаженный Этот участок способствует проникновению мелкодисперсных глинистых частиц в водоносные горизонты, что может заметно уменьшить и замедлить подачу воды в выработку из водоносного пласта.
Эти частицы выступают в роли закупорок для отверстий. микроканалов В порах породы, откуда может вытечь вода, поэтому процесс обсадки при бурении важен для поддержания производительности скважины.
Технология бурения с возвратом промывочной жидкости.
При таком способе подачи жидкости ствол и забой очищаются эффективнее всего. Насос не вдавливает жидкость в забой, а засасывает ее обратно, что повышает скорость формирования скважины долотом на порядок и более по сравнению с прямой промывкой.
Скважина не загрязняется глинистыми частицами из-за потока подаваемой промывочной жидкости. Насос поднимает всё содержимое вверх. В данном случае нет необходимости в дополнительных присадках, поэтому используется чистая вода.
В итоге рассмотрим преимущества бурения с обратным водотоком.
- Диапазон увеличения скорости бурения достигает до 15 раз по сравнению с прямым потоком воды.
- Водонос не загрязняют глиняные частицы и пылеватые песчинки из нижележащих слоев. необсаженных уровней скважины;
- Благодаря качественному вскрытию водоносного горизонта, скважину можно сразу эксплуатировать: устанавливать внутреннюю обсадную колонну с фильтром и запуск насоса.
- В качестве рабочего вещества применяется обычная, а потому недорогая вода.
Недостаток этого метода состоит в необходимости использования дорогого оборудования, что увеличивает общую стоимость бурения.
Бурение обратным водотоком выполняется только при проектировании скважины для обслуживания нескольких домовладений. В случае индивидуальной эксплуатации скважины более целесообразно применение технологии роторного бурения с прямым водотоком.
Выводы и полезное видео по теме
Видео 1. Пошаговое видео о процессе роторного бурения.
Разбор роторной технологии и способов обустройства скважин: видео №2.
Видео №3. Движение воды во время роторной скважины.
Наличие и глубина залегания водоносных горизонтов меняется в зависимости от местоположения. В некоторых местах их совсем нет, например, на острове Мадейра.
При планировании скважины и определении лучшего метода роторного бурения необходимо учитывать карты залегания водоносных горизонтов.
Поделитесь опытом разработки скважин роторным способом. Расскажите о технологических особенностях, которые окажутся полезными для посетителей сайта. Оставьте комментарий в форме ниже, добавьте фотографии и задайте вопросы по теме статьи.