Достоинства роторного бурения скважин и 4 преимущества

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.

Определение и основные принципы работы

Роторное бурение – это технология бурения глубоких скважин методом поворота вращающегося бурового инструмента, который называется ротором. В процессе работы ротор создает большое количество вращательной энергии, которая передается на долото, расположенное в его нижней части.

В основе роторного бурения лежит принцип механического действия на породу долотом, при этом порода разрушается и забирается в виде бурового шлама на поверхность

Важно отметить, что долото является ключевым элементом, который обеспечивает качество бурения и продолжительность его работы

При роторном бурении, буровая колонна, состоящая из нескольких частей, опускается в скважину и продвигается вниз. В процессе бурения, буровая колонна закрепляется на платформе — буровой установке, которая выполняет функцию подачи буровых растворов, контроля качества, а также обеспечивает глубинное размещение энергообеспечения, необходимого для работы на месте.

Роторное бурение широко используется в горной промышленности, при добыче полезных ископаемых, в строительстве, а также при проведении геологоразведочных работ. Роторное бурение позволяет проводить работы более эффективно и быстро, вне зависимости от диаметра скважины и глубины залегания полезных ископаемых.

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.

Особенности роторного бурения

Одна из основных особенностей роторного бурения – использование роторного стола. Роторный стол является центральным элементом установки и предназначен для привода и подачи крутящего момента на буровую колонну. Благодаря этому роторное бурение обеспечивает достаточно высокую скорость бурения, что позволяет существенно ускорить процесс достижения целевого слоя.

Кроме того, роторное бурение позволяет осуществлять одновременную подачу бурового раствора и доливку бурового шлама, что позволяет контролировать давление и обеспечивает стабильные условия работы буровой колонны.

Еще одной важной особенностью роторного бурения является возможность выполнения роторного долбления. Роторное долбление используется для пробивки цементных керна – центрального отверстия в осевом направлении скважины после завершения бурения

Это позволяет обеспечить дополнительную стабильность и герметичность скважины.

И наконец, роторное бурение отличается своей гибкостью и применимостью в различных условиях. Благодаря использованию специальных долот и инструментов, роторное бурение позволяет преодолевать препятствия в виде твердых горных пород, песчаников и глинистых отложений, а также проводить бурение скважин под различными углами.

Преимущества	Недостатки
Высокая скорость бурения	Неэффективен при бурении скважин с малым диаметром
Возможность контролировать давление	Требуется сложное и дорогостоящее оборудование
Гибкость и применимость в различных условиях	Высокие затраты на заработную плату и обслуживание

Роторное бурение

Буровое долото

Для бурения таким способом используется непрерывно вращающееся долото и глинистый промывочный раствор. Долото разбивает породы, в том числе и скальные, на мелкие фрагменты, а раствор выносит эти куски грунта на поверхность.

Чтобы бурение было эффективным, требуется грязевой насос. Он будет перекачивать глинистый раствор и обеспечит его непрерывное поступление.

При роторном бурении может применяться обратная промывка. Она позволяет ускорять процесс. Водоносный пласт достигается гораздо быстрее и качественнее. При обратной промывке раствор подается в затрубное пространство, а возвращается по трубе.

У метода роторного бурения имеется несколько преимуществ. Помимо того, что этим способом можно бурить скальные породы, следует отметить более высокую скорость прохождения. Несколько ниже стоимость работ.

Среди недостатков метода отмечают сложности работы в холодное время года. Требуется утепление системы циркуляции промывочной жидкости. Пробу с водоносного слоя можно снять только после обсадки и пуска скважины. Известковые пласты загрязняются глиной и водой раствора.

Какой способ бурения выбрать

Выбор метода зависит от типа грунта, диаметр сечения шахты, глубины бурения. Кроме того, учитываются следующие критерии:

• объем воды, необходимый для обеспечения домовладения;
• частота использования скважины;
• качество жидкости;
• стоимость монтажа глубинного колодца.

Колонковый способ хорошо подойдет при работе с пластичными глинистыми породами. Роторное бурение применяется в том случае, если участок находится на скальном грунте. Если требуется неглубокая скважина с небольшим дебетом, разрешается применять шнек.

При обустройстве неглубоких скважин нужно учитывать внешние факторы: условия климата и погоды, сезонные изменения водного горизонта. Влияние оказывает близкое нахождение сельскохозяйственных полей, вредных производств. Если планируется обустройство артезианской скважины, то требуется разрешение санэпидстанции, оформление соответствующих документов.

Особенности применения роторного бурения в различных отраслях

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.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Роторный механизм начинает работать от приводящего вала, который передает вращательный импульс от электрического мотора. Иногда применяют стандартный двигатель. Само вращение проиходит от главных вкладышей, в разрезе они полностью схожи с верхними трубами. При этом по форме могут отличаться.

Между ними и оборудованием для разрушения породы устанавливают утяжеленные конструкции бурильного типа. Они обладают большой массой, которая действует на долото, обеспечивая тем самым необходимую нагрузку для функционирования устройства.

Верхняя область системы прикрепляется к вертлюгу. По данному устройству транспортируется жидкость для промывания. Она проникает в забой через специальные насадки и требуется для поддержания функционирования всей системы.

Поднятие и опускание выполняется свечами. Это несколько труб. Их длина составляет 25-50 м. За счет нагрузки, которая осуществляется благодаря дополнительным деталям, пласты разрушаются под действием долота. Благодаря тому что жидкость подается регулярно, инструмент успевает остывать. Одновременно с этим из забоя вымывается шлак. После очищения жидкость применяется снова.

Глубина скважин

Бурение скважин роторным способом обеспечивает возможность достижения значительных глубин. В зависимости от целей, для которых предназначена скважина, глубина бурения может варьироваться.

Скважины могут буриться на глубину от нескольких десятков метров до нескольких километров. В основном, глубина скважин определяется следующими факторами:

1. Геологические условия	Состав, плотность и прочность горных пород в определенном районе могут существенно влиять на глубину скважин. Сложные геологические условия требуют преодоления больших глубин, чтобы достичь нужного уровня пласта.
2. Технические требования	В зависимости от технических требований к скважине, например, для добычи нефти, глубина бурения может быть значительной. Необходимость достижения определенного уровня пласта может потребовать прокладки скважины на значительную глубину.
3. Экономические факторы	Глубина бурения скважин также может зависеть от экономических факторов. Рентабельность проекта и потенциальная прибыль от добычи ресурсов могут влиять на определение глубины бурения.

Определение оптимальной глубины скважин требует комплексного анализа различных факторов

Важно учитывать геологические особенности месторождения, технические требования и экономическую составляющую при принятии решения о глубине бурения скважин роторным способом

Особенности технологии

Долото бурения скважин

Долота для бурения скважин классифицируются по различным признакам, таким как тип соединения с буровым инструментом, принцип работы и форма рабочей поверхности.

Примерами распространенных типов долот являются:

Тип долота	Описание
Буровик	Долото с конической рабочей поверхностью, используемое для бурения мягких пород.
Зубчатое долото	Долото с зубчатой рабочей поверхностью, позволяющей эффективно преодолевать твердые горные породы.
Режущее долото	Долото с острыми режущими кромками, используемое для бурения глинистых и песчаных пород.
Коронка	Долото с карбидными вставками, которое применяется для бурения жестких и абразивных пород.

Каждый тип долота имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор долота зависит от геологических условий и требуемого результата.

Долота для скважинного бурения служат основным инструментом для преодоления геологических преград и обеспечения прогрессирования бурового ствола. Они являются ключевым элементом в процессе механического бурения скважин, обеспечивая эффективность и производительность работ.

Способы самостоятельного бурения

На сегодняшний день мастерами-самоучками на дому разработано несколько способов бурения скважин на воду вручную. Рассмотрим самые действенные из них.

Ручной шнековый метод

К способам самостоятельного бурения относят бурение шнеком, которое пользуется популярностью за счет доступности выполнения. Благодаря шнеку удается пробурить неглубокую скважину (до 40 м), воды из которой хватит на целый дом.

Шнековое бурение скважин основано на применении винтообразного стержня (шнека), на который крепятся стальные лопасти с буровым наконечником. Рабочие внедряют шнек в почву подобно штопору. Постепенно углубляясь, винтообразный стержень разрушает многочисленные почвенные горизонты. Отработанная земля выносится наверх металлическими лопастями.

Различают следующие разновидности шнеков:

• конструкции с углом от 30 до 60 градусов;
• стержни с режущими лопастями.

Первый вид шнеков удобнее для использования, так как лопасти с меньшим углом препятствуют опаданию измельченного грунта. В результате не происходит засорения скважины.

Работа малогабаритных шнековых конструкций схожа с работой ручного бура, но в движение их приводит электродвигатель.

Технология колонкового бурения

Колонковая технология бурения скважины отличается быстротой выполнения работ. Благодаря специальному оборудованию (похожему на трубу с колонкой) удается пробурить не один метр почвенного горизонта. 16-ти сантиметровая в диаметре труба способна быстро внедряться внутрь, подтягивая за собой специальный шланг.

Верх такой трубы имеет узел крепления, на который в процессе погружения наращивают полутораметровые штанги. Поэтапно наращивая технологическую колонну, получают необходимой глубины скважину.

Прочный металлический сплав составляет основу коронки с заточенными краями для резки плотных вкраплений. В зависимости от физико-механического состава почвенного слоя выбирают соответствующие размеры и формы коронок. При вращении трубы в почве формируется небольшое отверстие.

Долото помогает разбить на осколки структуру сверхтвердых скальных пород, после чего погружают трубу с коронкой.

Установка после бурения скважины колонковым способом обсадных труб укрепляет стенки конструкции. Чтобы не допустить поломки прибора, систематически глиняным раствором либо чистой водой заполняют снаряд.

Далее показано, какие инструменты понадобятся для колонкового бурения скважины под воду:

Ударно-канатный способ

Ударно-канатный метод основан на разбивании грунта за счет тяжелого бурового прибора, опущенного с высоты в 200 м. При этом следует использовать специальный буровой инструмент, включающий в себя:

• трос с забивным стаканом;
• лебедку, прикрепленную к другому краю троса;
• треногу.

Благодаря лебедке уменьшается прилагаемая сила, а редуктор с мотором позволяет автоматизировать всю работу. Основу забивного стакана составляет металлическая труба с заточенной кромкой для резки. Такая установка разбивает породы любой твердости. Желонка помогает извлекать рыхлые породы при бурении водоскважины.

Канатно-ударное бурение выглядит как разбивание специальным инструментом почвенного горизонта с удалением режущей желонкой захваченного хлама. Последний поднимается на поверхность. После освобождения стакана от хлама начинают очищать снаряд желонку.

Алгоритм работы выглядит так:

1. Копка ямы (1×1 м) глубиной около 0,5 м.
2. Установка в ее центре садового бура с последующим его заглублением до появления влажного песка.
3. Установка на его место конструкции с обсадными трубами с последующим фиксированием ее в почве кувалдой.
4. Извлечение желонкой обрушенной обсадки.
5. Наращивание обсадной трубы соответствующими отрезками с последующим их свинчиванием.

За несколькими ударами на поверхность обязательно поднимают желонку либо стакан для очищения их от грунта. Далее можно увидеть, как происходит бурение скважины под воду ударно-канатным методом:

Ударно-вращательный метод

Бурение скважины данным методом основано на использовании инструмента, способного одновременно выполнять вращение и удары. Благодаря этому работа протекает быстрее и в течение короткого времени удается обустроить необходимое гидротехническое сооружение. Особенно эффективна установка при неоднородности геологии.

Бурение ударно-вращательным методом возможно с задействованием треноги, благодаря которой погружение и извлечение бура происходит быстрее. Методика незаменима на рыхлых почвенных горизонтах, а также при извлечении глинистых включений – суглинков с супесями.

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.

Характеристика способа

Извлекаемый на поверхность керн – цилиндрический столбик материала, его отбирают на пробу и транспортируют наверх с помощью шнекового подъемника – много способен сказать исследователям недр.

Пласты видны в разрезе, подобных точных показателей не сможет дать ни один из ныне существующих способов бурения.

Кольскую сверхглубокую скважину пробурили этим способом. Была достигнута отметка 12,262 тыс. метров – уникальный результат в разведывательном бурении.

А еще колонковый способ незаменим при бурении скважин для поиска воды, технология дает надежный результат – 100%. Стоит разобраться и в тонкостях самой технологии, в инструменте для ее реализации, изучить все плюсы и минусы.

Использовать колонковую технологию несложно, специалисты могут работать со всеми видами пород, вплоть до глубины 1 тыс. метров, когда срезы пластов подаются на поверхность с определенной периодичностью.

Использование роторного бурения в различных областях

Роторное бурение – это эффективный метод разведки и добычи полезных ископаемых, а также исследования геологического строения земных пород. Благодаря своим преимуществам, роторное бурение используется в различных областях, включая:

1. Нефтегазовая промышленность. В нефтегазовой отрасли роторное бурение используется для разведки и разработки месторождений нефти и газа. Бурение осуществляется с целью обнаружения подземных пластов, определения их геолого-технических характеристик и извлечения нефти и газа.
2. Строительная отрасль. Роторное бурение применяется на строительных объектах для осуществления земляных работ, установки фундаментов и скважин, строительства туннелей и других инфраструктурных сооружений. Бурение позволяет преодолеть твердые породы, осуществить обоснование грунта, а также создать необходимые отверстия для укрепления конструкций.
3. Геологическое исследование. В рамках геологического исследования роторное бурение позволяет получить информацию о составе грунта и пород, глубине залегания пластов, их характеристиках и других параметрах. Такие исследования проводятся для прогнозирования наличия полезных ископаемых, изучения условий геологических процессов и строительства, а также для проведения экологических и инженерно-геологических исследований.
4. Археология. Роторное бурение используется для проведения археологических исследований и раскопок. Бурение позволяет проникать в глубину земли, раскапывать и изучать старинные поселения, артефакты, а также осуществлять обследование и изучение подземных сооружений.
5. Геотермальная энергетика. Роторное бурение используется для осуществления поисков и разработки геотермальных ресурсов. Благодаря этому методу возможно получение горячей воды и пара, который затем могут быть использованы в качестве надежных источников альтернативной энергии.

Роторное бурение является мощным и универсальным методом, который нашел применение в различных отраслях. Благодаря своей эффективности и точности, роторное бурение позволяет проводить разведку и добычу полезных ископаемых, выполнение строительных работ, геологические и археологические исследования, а также разработку альтернативных источников энергии.

Роторные установки для бурения: достоинства и недостатки

К преимуществам роторных буровых установок относится их высокая эффективность, маневренность, огромные экономические и практические выгоды применения. Так, применение такого оборудования позволяет бурить скважины на большую глубину, независимо от твердости породы. Также немаловажным плюсом является скорость работы и сравнительно невысокие затраты на обеспечение возможности бурения.

Что касается недостатков, то их не так уж и много:

•  Нельзя использовать, если грунт на объекте промерз.
•  Из-за глинистости промывочной жидкости усложняется процесс изучения слоев почвы.
•  Изменение мощности во время бурения.

Персонал

Если предприниматель не обладает необходимой квалификацией, ему придется найти сотрудников, имеющих опыт в бурении скважин на воду. Конечно, множество полезных данных о подземных водах в том или ином регионе можно обнаружить в интернете, но подобные знания не заменят практических навыков. Для работы нужны:

• Гидрогеолог. Необходим преимущественно на начальном этапе, пока бизнесмен не изучит обслуживаемые районы. Можно просто платить ему за консультации.
• Буровой мастер. Должен в совершенстве знать технологию бурения скважин и правила проходки разных пород.
• Подсобные рабочие. В их задачи входят подготовка буровой площадки, монтаж и демонтаж оборудования, погрузочные работы.
• Водители. Для управления автомобилями нужны два человека. Можно обойтись своими силами, если у предпринимателя и мастера будут соответствующие права.

На начальном этапе владелец бизнеса сможет лично выполнять административные функции. Но если количество заказов сильно возрастет, ему придется нанять бухгалтера и менеджера по работе с клиентами. Штат небольшой фирмы будет выглядеть так:

Сотрудники буровой фирмы

Должность	Ставка, руб.	Кол-во	Сумма, руб.
Буровой мастер	30000	1	30000
Подсобный рабочий	16000	2	32000
Водитель автоцистерны	20000	1	20000
Страховые взносы	–	–	24600
Консультации гидрогеолога	10000	1	10000
Итого:	116600

Как можно заметить, зарплаты сотрудников несколько уступают среднему рыночному уровню. Для материальной мотивации персонала  разницу компенсируют премией с каждого заказа в виде фиксированной суммы или процента от стоимости работ.