Что такое роторное бурение скважин на воду
Особенности роторного бурения скважины на воду
Роторное бурение представляет собой наиболее технологичный и быстрый способ устройства водоносных скважин.
Особенности бурения роторным способом
Технология роторного бурения скважин подразумевает использование для заглубления вращающейся штанги с насадкой в виде коронки или шарошки на конце. Но, в отличие от того же шнекового способа, отработанный грунт из стволовой шахты удаляется не при помощи поднятия всей буровой колонны, а методом его растворения и последующей откачки мотопомпой.
Это весьма высокотехнологичная процедура, для которой требуется особое оборудование.
Установка для роторного бурения состоит из следующих узлов и агрегатов:
Ход работы
Роторное бурение скважин на воду производится следующим способом. На месте будущей скважины устанавливается роторная буровая. После включения двигателя, вращающий момент, посредством редукторной передачи, переходит на вертлюг. К вертлюгу жёстко крепится буровая штанга, которая начинает вращаться вместе с ним, разрыхляя почву и углубляясь в неё.
Одновременно с этим, через вертлюг внутрь буровых труб при помощи насоса закачивается жидкий раствор. Для его хранения обычно применяют специальные ёмкости, либо бочки. Он разжижает грунт, разрыхлённый буром, после чего данная взвесь удаляется из скважины мотопомпой. Раствор, после откачки, пропускается через сетчатые фильтры, задерживающие мелкие камни, и вновь отправляется в ёмкость.
Таким образом, уменьшается расход раствора, и предотвращается излишнее затопление окрестной территории. После достижения установкой водоносного горизонта, буровая колонна вынимается, и в скважину опускаются обсадные трубы. После прокачки скважина готова к использованию.
Совет буровика
Благодаря совместному действию вращения буровой колонны и размывания разрыхлённого грунта, эффективность роторной технологии значительно превосходит все прочие способы. Поэтому, если вы желаете обустроить на своём участке глубинную артезианскую скважину с чистой водой и большим дебитом, следует использовать именно роторный способ бурения скважин.
Кроме того, применение специальных буровых растворов позволяют укрепить стенки шахты, предотвращая их осыпание в процессе бурения. В некоторых случаях специально разработанные растворы позволяют без особых рисков буриться даже через плывуны, придавая текучему грунту свойства густого геля, и препятствуя его оплыванию в пробуриваемую скважину..
Среди основных минусов данного способа – его относительная дороговизна. Если ударные или забивные буровые приспособления можно без особого труда создать собственными руками, то установка для роторного бурения требует наличия множества заводских агрегатов – вертлюг, мотопомпа, насос, а также начальных навыков буровика.
Технология роторного бурения скважины
Развитие технологии бурения скважин в последнее время сильно набирает обороты. Большим спросом пользуется именно роторное бурение как наиболее надежный, эффективный, безопасный способ, который дает возможность проделать отверстие в земле до 100 м за пару дней.
Преимуществом работы роторных буровых установок является отсутствие осевого давления на бурильный механизм, что снижает себестоимость процесса, повышает эффективность работы, увеличивает долговечность инструмента. Промывка в процессе работы происходит за счет воды или специальной жидкости. Предлагаем подробнее рассмотреть способ бурения, узнать его тонкости, преимущества и недостатки.
Отличительные особенности
Что касается особенностей, то современные роторные установки представляют собой грузовой автомобиль, на котором располагается бур. Это не только добавляет маневренности, но и позволяет обслуживать самые отдаленные участки, дачные и частные комплексы. Бурение вращательным роторным способом является самым эффективным на сегодняшний день, что позволяет пробивать самые плотные слои грунта.
Но нельзя сказать, что бурение можно произвести за считанные часы. Это сложная и тяжелая работа, требующая непрерывной подачи воды, что позволяет исключить заклинивание керна.
Возможность роторного бурения на большую глубину определяется наборной длиной бура. При помощи таких установок можно бурить скважины на известняк, которые являются самыми экологически чистыми и не требующими дополнительной фильтрации в некоторых случаях. Такие скважины располагаются на глубине от 80 м. Некоторые из них приравниваются к артезианским (больше информации о глубине залегания вод для скважины найдете в специальной статье).
Оборудование для роторного бурения скважин
Говоря об оборудовании для роторных бурильных установок, следует выделить саму вышку. Вышка обязательно имеет привод. Если мы берем в расчет мобильные установки, то в качестве двигателя выступает автомобильный мотор. Кроме прочего, в конструкцию входит напорная магистраль, предназначенная для непосредственного бурения, подъемное оборудование, система промывающей жидкости вертлюг, насосы и прочее узлы.
Преимущества и недостатки
Что касается преимуществ технологии роторного бурения, то здесь выделяю следующее:
Среди недостатков можно выделить необходимость тщательной подготовки к каждому роторному бурению. То есть, нужна геологоразведка, поскольку в зависимости от породы грунта необходимо подбирать специальное оборудование, которое применяется для породоразрушения, иначе долото может выйти из строя.
Среди прочих недостатков нужно выделить сложность бурения в зимний период времени.
Бурильная установка может быть разрушена под действием замерзшего грунта (рекомендации о том, в какое время года лучше всего бурить скважину, а также преимущества и недостатки каждого сезона для начала бурительных работ, найдете в нашем специальном материале).
Что касается мощности, то здесь все зависит от роторной части.
Принцип осуществления роторного бурения скважин
Энергия двигателя передается ротору, который преобразует ее в энергию вращения бура. Труба ротора использует ведущий момент и начинает вращаться в заданном направлении. Основная часть ведущей трубы является разъемной, что позволяет увеличивать ее длину, постепенно углубляясь в скважину. Соединение осуществляется за счет муфт.
Вращение передается на керн, который работает по принципу раздробления горной породы. Режущая коронка может быть изготовлена из алмазных сплавов, композитных материалов и других твердосплавных веществ. Конструкция кромок тоже может отличаться.
Благодаря распределенному весу утяжеляющей трубы, усилие создается непосредственно на долото, что является особенностью роторной установки. В связи с этим распределенная сила тяжести растягивает подвешенную буровую колонну, не позволяя ей разрушаться под нагрузкой. Через вертлюг (систему очистки жидкостью) подается промывочная жидкость. Она попадает на режущие элементы долота.
Продукты бурения удаляются при помощи решетчатых, вибрационных и инерционных фильтров, что зависит от конструкции установки.
Подача воды должна идти практически непрерывно, поскольку иначе буровая установка быстро выйдет из строя.
Есть разновидности, которые способны очищаться посредством подачи сжатого воздуха.
Как происходит роторное бурение:
Обсадные трубы
Роторный способ бурения скважин предполагает установку обсадных колонн. Это процесс предполагает монтаж емкостей в виде труб, толщина стенок которых защищает грунт от движения. Именно это спасает скважину от обрушения, позволяя пользоваться долгие годы водой на собственном участке. Глубина залегания обсадной части трубы индивидуальна и зачастую зависит от предварительной геологоразведки.
В среднем, для центральной части России, глубина установки металлической обсадной трубы фиксирована значением от 15 до 30 м включительно.
Предпочтительно использовать сразу несколько обсадных труб. В случае с водой, сначала устанавливается металлическая труба большего диаметра, которая защищает движения земной коры на глубине до 30 м, и только потом сквозь нее, с учетом уменьшения общего диаметра скважины, устанавливается пластиковая труба, составные части которой скручиваются по резьбе.
Чем больше глубина скважины, тем меньше диаметр самой последней установленной трубы.
В то же время, диаметр обсадной части рассчитывается индивидуально с учетом установки насоса для колодцев. Рекомендуют, чтобы насос в скважине располагался ровно по вертикали, чтобы вокруг него было свободное пространство по 2-3 см.
Как происходит спуск и обстановка обсадной трубы при роторном бурении скважины:
Промывочная жидкость в буровых роторных работах
Роторное бурение скважин на воду предполагает использование жидкости для промывки.
За счет промывки грунта специальным бурильным раствором увеличивается срок службы бурильного механизма, поскольку он охлаждается в процессе работы. Кроме того, бурильная промывочная жидкость вымывает опавший грунт, посторонние включения.
В процессе работы могут быть использованы растворы на полимерной основе, нефтяные эмульсии, вода, аэрированный раствор.
Поэтому, говоря о работе роторной установки по бурению скважин на воду, имеют в виду совокупность 2 узлов. Первое транспортное средство выполняет непосредственное бурение, второе доставляет воду и применяется в вопросах обустройства очистки скважин.
Роторная буровая установка
Буровая установка и привод представляет собой вышку величиной от 12 до 15 м. Эта вышка, в случае с мобильной установкой, монтируется на грузовой автомобиль. Зачастую это ЗИЛ или Камаз, что добавляет проходимости.
В роли привода используется мотор ТС. Чем мощнее двигатель, тем эффективнее и быстрее работа.
На вышке располагается бурильная труба, которая вращается в конкретном направлении. Окончанием трубы является долото, состоящее из двух, трех или четырех режущих механизмов. При вращении трубы долото вращается и прорезает грунт.
В конструкции имеется лебедка, что позволяет по окончанию бурения поднимать буровой механизм на поверхность. Эта же лебедка поддерживает буровую трубу, давая возможность специалистам из бригады наращивать глубину во время работы. Труба имеет полую структуру, что позволяет поднимать остатки отработанного грунта на поверхность. Либо же через трубу подается вода или другая промывочная жидкость, которая охлаждает бурильное долото, а также позволяет вымывать и размягчать грунт.
Из чего состоит и как работает роторная буровая установка:
Профессиональная промывка скважин осуществляется использованием специального раствора, это — раствор глины в воде. Ее закачивают с помощью рабочей трубы и присоединяют к вертлюг, здесь раствор выполняет работу, после чего выкачивают, где раствор отстаивают и используют вновь. Особенностью такого раствора является возможность не только вымывать отработанный грунт, но и укреплять стенки скважины после высыхания. При небольших глубинах и несильной загрязненности для выкачивания могут использоваться фекальные насосы.
По телевизору нам нередко предоставляют сюжеты разведывательной проходки и эксплуатации шахты нефтяного назначения за счет приведения в работу породоразрушающего устройства внутри отверстия. Во время процесса происходит оборачивание снаряда по кругу с одновременным валовым давлением на поверхностный массив. При этом задействуют электрический двигатель или газотурбинные стационарные установки. Однако компактность устройства, высокая производительность и простота применения позволяет внедрять технологию роторного бурения скважин на воду на частных земельных участках с породами любого типа.
Немного истории
Ударный способ получения ресурса используется более двух тысяч лет. Но в 1901 году произошел прорыв в данной отрасли, американский инженер Льюис придумал совершенно новый метод вращательной проходки на нефть с одновременной непрерывной промывкой забоя глинистым раствором. Годом позже в Азербайджане, который входил в Российскую империю, началась добыча подобным образом. Самый пик производства пришелся на 20 гг. прошлого столетия. В современный момент выработка претерпела незначительные изменения, в частности, велись разработки совершенствования породоразрушающих механизмов, изобретались и внедрялись в отрасль совершенно новые жидкости для промывки и повышалась надежность отдельных частей и элементов системы. В итоге роторный метод бурения практически вытеснил со сцены классический ударный, используемый веками.
Определение технологии создания забоя сверлением
Ответ находится в вопросе. За счет вращательного движения происходит последовательное разрушение пластов грунта под воздействием твердосплавных рабочих элементов. Для повышения эффективности процесса в случае прохождения земли с высоким сопротивлением применяется ударное углубление. В конечном итоге, сам прием очень похож на то, как мы в быту сверлим стену перфоратором. В мягких почвах (суглинки, песчаники) мероприятие больше напоминает сверление обычной дрели. Особенностью можно считать огромное удлинение относительно диаметра, что заставляет применять специальные методики по выведению отработки. Для обеспечения этого используется разного вида жидкости с присадками, которые под давлением подаются в зону разрушения и выводят фрагменты на поверхность. Конечно, это не одна проблема при решении столь сложной задачи.
Грунт часто не достаточно устойчив и склонен к деформации, обрушению. Тогда совершенно необходимо использование обсадного оборудования. Это могут быть металлические или бетонные трубы, в редких случаях опалубка создается внутри шахты. В нашей статье мы не будем углубляться в эту отдельную тему.
Особенности бурения авангардным роторным способом
Все, что находится под нами, изучено недостаточно, поэтому на каждом этапе встречаются свои проблемы. Осадочные породы достаточно просты. С точки зрения разрушения, бур легко проходит через такие слои. Но вероятны вкрапления элементов с высокой твердостью. В целом основной «болячкой» таких скважин является неустойчивость стенок и необходимость их укрепления.
Ниже находятся более древние пласты, успевшие слежаться в «камень» (известняк, песчаник, сланец и т. д.). Простому бытовому устройству это уже сделать не по силам. Здесь необходимо применять серьезное оборудование. Но при этом стенки ствола не так склонны к обрушению, и во многих случаях не требуют дополнительного укрепления.
Достаточно часто бурильщики встречаются с базальтами и гранитами. Если первый материал не вызывает проблем, то второй предъявляет очень высокие требования к исполнительному органу. Обычно рабочая головка имеет несколько степеней вращения, то есть грань, непосредственно взаимодействующая с породой, также перемещается в своей оси. Это позволяет выйти на новый уровень работ и повысить эффективность агрегата в целом.
Комплектация роторной буровой установки
В зависимости от расстояния до поверхности и сложности поставленной задачи конструкция и технологические особенности системы могут быть совершенно различными.
MBFT-75 Мембрана на 75GPD
SF-mix Clack до 0,8 м3/ч
SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч
При этом они имеют общие черты:
Разнообразие конструкций и инженерных решений сильно зависит от свойств и особенностей грунтов. Существуют модели, работающие по иным принципам, например, силовая аппаратура устанавливается в непосредственной близости к точке бурения и передвигается в процессе углубления. В таком случае отпадает необходимость во многих классических приспособлениях. В России данная методика используется крайне редко.
Большинству людей интересен момент создания автономного, не зависящего от централизованного обеспечения, источника питьевой жидкости. Достаточно много организаций осуществляют такую деятельность. Квалифицированную консультацию можно получить в каждой из них, например, в компании «Вода Отечества». Стоит учесть, что добыча влаги из нижних горизонтов попадает под понятие «извлечение полезных ископаемых» и требует разрешения. Поэтому прежде чем приступить к реализации плана стоит тщательным образом изучить юридическую сторону и проконсультироваться у специалистов.
Преимущества и недостатки бурения скважин вращательным роторным способом
Каждая технология имеет свои плюсы и минусы. Рассуждать о достоинствах не приходится тогда, когда решение вопроса достигается исключительно одним известным подходом.
Оценим конкурентоспособность этого метода добычи воды:
Сложности в деле могут быть следующие:
Формула реализации роторного бурения скважин
Суть заключается в разрушении слоев по фронту проходки вращающимся рабочим механизмом. При малых расстояниях от поверхности возможно, как и при ударном методе, извлечение продуктов подъемом керна. Но на длинных стволах более 10-15 метров процесс становится слишком затратным по времени. Поэтому была разработана технология «вымывания» осколков, песка, мелкого гравия постоянным напором воды. Так как чистая жидкость недостаточно эффективна для достижения цели, были созданы специальные взвеси. Оптимальным составом является пульпа, содержащая большое количество глины. За счет вязкости и высокой плотности удается транспортировать в вертикальном направлении даже тяжелые фрагменты.
Что такое обсадные трубы
Верхние слои земли, а также все осадочные породы склонны к обрушению. В таких случаях необходимо искусственно создавать барьеры между отверстиями и грунтом. Для этого по мере прохождения внутрь опускаются полые цилиндры. Они могут быть металлическими, асбестовыми или композитными.
SF-mix ручной до 0,8 м3/ч
Аэрационная установка AS-1054 VO-90
Процесс содержит в себе следующие этапы:
Для чего нужна промывочная жидкость
За счет движения водяного потока производится захват и подъем частиц, разрушенных коронкой. Для повышения эффективности применяется густой глиняный раствор. В нем не оседают твердые вещества под воздействием гравитации. Для этого лучше всего подходит специальные сорта глины, не склонные к быстрому выпадению в осадок. В зависимости от производителя пропорция может быть разной. Главным показателем рабочей смеси является вязкость, за счет которой и извлекаются фрагменты пласта. Для повышения стабильности состава применяют щелочные добавки.
Что это такое — установка роторного бурения скважин
Чтобы просверлить отверстие, нам необходимо иметь вращающуюся ось с режущей частью на конце. В мягких породах прекрасно справляется с задачей шнековый наконечник, в более твердых – фреза из устойчивого материала. Для правильного ориентирования штанги в пространстве используют вышку, позволяющую вертикально поднять единичный фрагмент. Наверху устройства устанавливают лебедку, с помощью которой производится перемещение (опускание и подъем). В нижней точке создается конструкция, обеспечивающая фиксацию штанги в момент наращивания. В этой же зоне размещается силовая установка, приводящая систему в движение. Также необходимо оборудование насосной станции, создающая подачу промывочной жидкости.
Набор бурового инструмента
Под это понятие попадает три основных вида изделий:
Ко всем этим элементам предъявляются очень высокие требования. Насадка испытывает на себе большие абразивные нагрузки. Штанги подвергаются сильным скручивающим усилиям. С каждым метром прохода эти параметры только возрастают. Также не стоит забывать и о давлении, создаваемым столбом промывочной жидкости. Поэтому все части создаются из очень качественной стали особых сортов.
Использование воды
У этого ресурса две основных роли:
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)
Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)
Виды роторного бурения
Прямая подача промывки
Глиняная взвесь накачивается через трубчатый рабочий инструмент. Поток захватывает осколки, перемещая их от центра к периферии, и дальше вверх по стволу. Недостатком является тампонирование взвесью естественных протоков в стенках. Но при этом не требуется частой установки обсадки. Насос работает с однородным составом, что существенно упрощает конструкцию. Абразивное воздействие максимально на внешней части инструментов. Из-за этого значительно продлевается срок службы. Крупные вкрапления (галька, большие осколки) не создают помех для отведения основной массы. Этот вариант получил наиболее широкое распространение из-за своей универсальности. Для него не помеха песчаные линзы, пласты известняков. Очень стабильно происходит процесс и в глиняных субстанциях.
Бурение с применением обратного тока
Промывочный состав подается «самотеком» в зазор между стенками шахты. А удаление осуществляется созданием отрицательного давления в отверстии штанг. Неприятным моментом такой технологии является размытие стенок. Поток, движущийся вниз, захватывает частицы с окружающих поверхностей, что не позволяет делать длинные проходы без обсадки. Но при этом существуют более низкие требования к качеству промывочной смеси, так как внутренний ток имеет гораздо более высокую скорость. Часто заливается просто чистая вода. Этот вариант совсем непригоден при прохождении через пески. В благоприятных условиях существенно повышается скорость произведения работ. Поэтому данный прием применяется в тех случаях, когда это возможно по геологическим показаниям.
Выводы
Бурение — это сложное мероприятие, зависящее от многих факторов. Наиболее универсальным из современных методов является вращательный, так как при нем возможно оперативно подобрать нужную коронку и режим при изменении свойств встречающихся грунтов. Этот способ подходит к вязким субстанциям, сыпучим слоям, к трассам, имеющим вкрапления из валунов и гальки. Соответствующие насадки позволяют преодолевать известняковые щиты и другие твердые породы.
Пожалуй, самым большим недостатком можно считать высокую стоимость оборудования и, соответственно, работ. Но при отсутствии предварительной геологической разведки такие установки позволяют решать задачу даже при появлении очень сложных препятствий. Без должного опыта и знаний разобраться в тонкостях такого процесса достаточно сложно. В этом вам помогут специализированные организации, имеющие богатый опыт, например, компания «Вода Отечества». Вам предложат наиболее оптимальный способ для решения вопроса.
В нашей статье мы предлагаем вам посмотреть два видео на тему технологии вращательного роторного бурения скважин: