Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Роторное бурение скважин: основные способы и методы, механические

Сегодня роторное бурение скважин – один из самых распространенных методов, который востребован не только в промышленности, но и на частных владениях Когда требуется добыча большого количества чистой по своему экологическому составу воды и бесперебойная эксплуатация системы в течение продолжительного количества времени, наиболее оптимальным считается роторное бурение скважин. Этот метод известен давно и пользуется неизменной популярностью у владельцев частных домов, проживающих в загородном секторе.

    • Основные способы бурения скважин
    • Распространённые механические способы бурения
    • Преимущества механической роторной установки
    • Другое оборудование для механического бурения
    • Инструменты для роторного бурения скважин (видео)

Основные способы бурения скважин

Бурение скважин может происходить вручную, когда не нужно прибегать к тяжёлой технике. Но обычно такой метод применяется для неглубоких источников воды.

Роторное бурение является разновидностью вращательной технологии, так как основной рабочий механизм (долото) безостановочно вращается внутри скважины

В этом случае применимы следующие виды бурения:

Роторное ручное бурение осуществляется с помощью спиралевидного бура и приспособления в форме ложки для разных видов почвы. Как правило, если грунт гравийный, применяется спиральное приспособление, проделывающее в земле вертикальную выемку. Бурение песчаной почвы производится с использованием цилиндра со специальными отверстиями – спиралями.

Ударно-канатный способ применим к загородным участкам, но может использоваться и небольшими организациями, занимающимися разработкой новых источников воды.

Принцип работы бурильной установки заключается в пробивании грунта конструкцией «стакана», подвешенного к треноге и с ускорением опускающегося с помощью лебёдки вниз. Так как «стакан» внутри полый, почва оказывается внутри него, а позднее вытряхивается.

К сожалению, такое бурение продуктивно только на мягких грунтах. Когда почва не удерживается в трубе по причине сыпучести, используется желонка. По сравнению с роторным методом, этот вид бурения более длительный и тяжёлый, зато канал скважины получается гораздо качественнее и аккуратнее.

Самый лёгкий и простой способ бурения грунта до 8 метров глубины – абиссинский. Для пробивания берётся стержень из стали диаметром около 3 см, имеющий остро отточенный конец. Минусом считается, что без точного знания расположения грунтовых вод, можно потратить время на безрезультатный труд. Кроме того, для откачки воды можно воспользоваться лишь насосом поверхностного типа, погружающего в скважину шланг для водозабора. Но такое приспособление не способно создать приемлемый напор.

Распространённые механические способы бурения

Механические методы прокладки применяются для известняковых скважин, отличительной особенностью которых является чистейшая по качеству вода. Такие глубокие источники ещё называют артезианскими и могут давать постоянный, большой объём качественной воды, но поднять её с приличной глубины возможно только с использованием сложных механизмов.

На сегодня роторный способ бурения скважин один из самых производительных и прогрессивных

Для такой работы необходимы основные механические методы бурения, такие как:

Посредством этих технологий можно получить скважины, отличающиеся большим диаметром. При бурении на глубину свыше 20 метров, в любом случае, не обойтись без предназначенного для этого оборудования, поскольку оно в состоянии преодолеть сопротивление каменистых труднопроходимых слоёв грунта.

Преимущества механической роторной установки

Качественное буровое оборудование для глубоких скважин производит бурение посредством долота, зафиксированного на буре и приводящегося в движение с помощью ротора.

Бурение скважин роторным способом нашло, пожалуй, самое широкое распространение в современной действительности

Установка на базе ротора и высокая технологичность процесса даёт значительные преимущества при эксплуатации:

  • Сделанная скважина обладает высокими эксплуатационными характеристиками, способна регулярно поставлять большой объём воды;
  • Уровень воды не снижается, поступает она постоянно;
  • Гидравлическая конструкция имеет продолжительный срок работы;
  • Вода из глубинных источников не содержит железа и считается питьевой.

Таким образом, это выгодный способ обеспечить наличие чистой воды, которой, к тому же, хватит на полив съедобных культур, водоснабжение в доме, технические и хозяйственные нужды.

Другое оборудование для механического бурения

Существуют и другие механические способы создания шахт для добывания воды. Когда предстоит добывать воду на песчаном грунте или гравии, чаще всего применяется шнековое бурение.

Шнековое бурение целесообразно производить в мягких и рыхлых породах

Особенностью технологии является удаление грунта из скважины посредством вращательных движений шнека – специального стержня с лопастями.

Оборудование обладает достаточно компактными габаритами и подходит для небольших участков, где не может применяться тяжёлая грузовая техника внушительных размеров.

Достоинствами шнекового бурения считается:

  • Быстрое выполнение работы, за счёт высокой скорости процесса;
  • Втирание почвы при её удалении, формирование качественного канала скважины;
  • Отсутствие дополнительных механизмов для удаления породы;
  • Не требуется промывка.

Недостаток шнекового сооружения заключается в небольшой глубине и применении только на мягких почвах.

Другой вид механического бурения – колонковый, не слишком популярен, поскольку больше подходит для разведочных работ из-за малого диаметра забойного устройства. Чтобы затем расширить ствол скважин, приходится пускать в ход долото, а породу, которая остаётся в забое удалять промывочной жидкостью. Главный плюс установки в том, что она самоходная.

Инструменты для роторного бурения скважин (видео)

Несмотря на то, что роторные установки не удобны для эксплуатации зимой, они по-прежнему остаются на первом месте среди других видов механического оборудования, так как могут обеспечить самое качественное и надёжное по всем параметрам бурение в любых видах грунтовых пород. Относительная компактность, скорость бурения, применение на разных типах почвы делает их востребованными как на территориях землевладельцев, так и в промышленных масштабах.

Роторный способ бурения нефтяных скважин

Роторное бурение скважин представляет собой один из видов вращательного бурения. Суть заключается в том, что породоразрушающий инструмент, расположенный внутри скважины, приводится в действие за счет электродвигателя или газотурбинного оборудования.

Роторное бурение наиболее распространенный метод, так как достаточно эффективен и прост в применении. Чаще всего он используется для бурения разведочных и эксплуатационных нефтяных скважин, однако, за счет компактности, применяется и для создания скважин с водой на частных участках

Технология роторного бурения впервые была применена в США в начале 1880-х годов, и с тех пор претерпевала незначительные изменения, положительно сказавшихся на её эффективности. В частности, совершенствовались породоразрушающие инструменты, изобретались новые промывочные жидкости, повышалась прочность отдельных элементов. Кроме того, совершенствовалась и сама технология бурения, за счет чего данный метод и является сейчас одним из основных способов создания забоя и почти полностью заменил стандартный ударный метод. Обо всем, что нужно знать о роторном способе бурения – далее в статье.

Оборудование для роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту, нефтяная, газовая или любая другая скважина требует довольно внушительного списка оборудования. Без любой из этих частей работа установки невозможна. В перечень элементов, необходимых для осуществления роторного бурения, входит:

  • вышка;
  • буровая установка;
  • ротор;
  • буровые поршневые насосы;
  • вертлюг;
  • талевая система;
  • система очистки жидкостью.

Вертлюг – это элемент, через который промывочная жидкость попадает в колонну. Он подвешен на один крюк талевой системы. Кроме этого, в неё входит кроноблок и блок.

Система очистки промывочной жидкостью также состоит из ряда элементов:

Роторный способ бурения скважин часто требует мобильности конструкции, поэтому её часто размещают на специальных платформах.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Бурение скважин роторным методом очень распространенно. Он имеет огромное количество преимуществ перед стандартным ударным способом:

  1. Скорость. Бурение роторным способом производится значительно быстрее ударного.
  2. Универсальность. Спектр применения метода гораздо шире, так как за счет применения различных долот можно работать с разными видами грунтов.
  3. Размер. Вся установка занимает относительно немного места в отличие от конструкций для ударного метода.
  4. Мобильность. За счет малых габаритов, установку можно разместить на подвижной платформе.
Будет полезно:  Котлы отопления: отопительные для частного дома, какой выбрать лучше, рейтинг видов газовых котлов, какие бывают

Вращательное роторное бурение скважин, тем не менее, имеет и некоторые ограничения.

Так, в зависимости от грунта и пород, следует подбирать соответствующие долота.

Наличие очень твердых объектов на пути пролегания скважины может стать помехой, если не использовать специальное породоразрушающее оборудование.

Кроме этого, проблему представляет:

  1. Глинистый раствор. Он нередко вызывает проблемы при исследовании пластов, а также не всегда является рентабельным в некоторых случаях.
  2. Невозможность работы в зимнее время. Промерзлый грунт является серьезным препятствием для бурения роторным способом.
  3. Мощность установки. Она напрямую зависит от ротора, который является уязвимым элементом системы.

В условиях промерзлых почв, предпочтительным вариантом является ударная методика. Разумеется, нефтяная или любая другая скважина будет буриться дольше, однако в итоге желаемый результат будет получен.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Несмотря на кажущуюся простоту технологии, принцип работы роторного оборудования довольно сложен. Сам ротор приводится в действие за счет приводного вала, который передает вращение от электродвигателя. Иногда используется двигатель внутреннего сгорания.

Само вращение принимают ведущие вкладыши ведущих вкладышей. Их сечение полностью аналогично сечению верхней рабочей трубы, которое по своей форме может быть абсолютно разным.

Основой для бурильной колонны являются специальные трубы. Именно между ними и породоразрушающим инструментом монтируются УБТ – утяжелённые бурильные трубы. За счет их огромного веса на долото оказывается достаточная для эффективной работы нагрузка.

Верхняя часть рабочей трубы подсоединяется к вертлюгу. По этой системе подается промывочная жидкость, которая попадает на забой через насадки долота – она нужна для поддержания работоспособности всей роторной бурильной установки.

Подъем или спуск обеспечивают свечи – несколько бурильных труб с длиной от 25 до 50 метров. Под действием нагрузки, которую обеспечивают утяжеленные бурильные трубы, долото и разрушает породу. За счет регулярно поступающей жидкости инструмент охлаждается, а параллельно с этим забой прочищается от шлама. Жидкость используют повторно после её очистки.

Обсадные трубы

Разумеется, нельзя просто пробурить скважину и оставить её без малейших укрепляющих конструкций. Грунт – довольно неустойчивая субстанция, способная менять свое положение. Именно поэтому риск обрушения забоя довольно велик.

Чтобы этого не произошло, на некотором расстоянии от поверхности в бурении делается перерыв, во время которого устанавливается обсадная колонна. За счет неё исключается осыпание стенок или же завала пробуренного пути, а также препятствует проникновению воды. Самая первая колонна часто называется кондуктором и она позволяет осуществить перекрытие неустойчивых пород, тем самым придавая надежности пробуренной скважины.

Как правило, такую колону ставят не ранее отметки 30 м, и не позже отметки 600 м. Если скважина нефтяная, то обсадные конструкции устанавливаются с как можно меньшим расстоянием до поверхности.

Роторный способ бурения применяется для многих типов грунта, потому, при установке колон приходится ориентироваться на текущие геологические условия. Так, иногда возникает необходимость использовать сразу нескольких обсадных колон для повышения надежности забоя. Чем меньше диаметр трубы, тем глубже она опускается. Очевидно, что самая небольшая по диаметру будет находиться глубже всех остальных.

Наиболее глубокая колонна – эксплуатационная, перфорируется снизу. Через эти отверстия нефтяная, газовая или водяная масса в неё и поступает.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Бурение скважин вращательным роторным способом можно сделать эффективнее, если использовать подходящий метод промывки. На данный момент в качестве жидкости применяются:

  • полимерные растворы;
  • аэрированные растворы;
  • нефтяные эмульсии;
  • вода.

Также применяется продувка воздухом. В случае, если работы планируются на участках с низким пластовым давлением, используется специальный газ.

С помощью промывки забой не только избавляется от лишних примесей, осыпавшихся пород и крупных предметов.

Роторное бурение скважин – это довольно трудоемкий процесс, требующий учета многих факторов. Тем не менее, он является одним из самых эффективных методов и широко применяется в самых разных условиях.

Роторная буровая установка

Достоинства роторного бурения скважин и 4 преимущества

Когда требуется добыча большого количества чистой по своему экологическому составу воды и бесперебойная эксплуатация системы в течение продолжительного количества времени, наиболее оптимальным считается роторное бурение скважин. Этот метод известен давно и пользуется неизменной популярностью у владельцев частных домов, проживающих в загородном секторе.

Основные способы бурения скважин

Бурение скважин может происходить вручную, когда не нужно прибегать к тяжёлой технике. Но обычно такой метод применяется для неглубоких источников воды.

В этом случае применимы следующие виды бурения:

Роторное ручное бурение осуществляется с помощью спиралевидного бура и приспособления в форме ложки для разных видов почвы. Как правило, если грунт гравийный, применяется спиральное приспособление, проделывающее в земле вертикальную выемку. Бурение песчаной почвы производится с использованием цилиндра со специальными отверстиями – спиралями.

Ударно-канатный способ применим к загородным участкам, но может использоваться и небольшими организациями, занимающимися разработкой новых источников воды.

Принцип работы бурильной установки заключается в пробивании грунта конструкцией «стакана», подвешенного к треноге и с ускорением опускающегося с помощью лебёдки вниз. Так как «стакан» внутри полый, почва оказывается внутри него, а позднее вытряхивается.

К сожалению, такое бурение продуктивно только на мягких грунтах. Когда почва не удерживается в трубе по причине сыпучести, используется желонка. По сравнению с роторным методом, этот вид бурения более длительный и тяжёлый, зато канал скважины получается гораздо качественнее и аккуратнее.

Самый лёгкий и простой способ бурения грунта до 8 метров глубины – абиссинский. Для пробивания берётся стержень из стали диаметром около 3 см, имеющий остро отточенный конец. Минусом считается, что без точного знания расположения грунтовых вод, можно потратить время на безрезультатный труд. Кроме того, для откачки воды можно воспользоваться лишь насосом поверхностного типа, погружающего в скважину шланг для водозабора. Но такое приспособление не способно создать приемлемый напор.

Распространённые механические способы бурения

Механические методы прокладки применяются для известняковых скважин, отличительной особенностью которых является чистейшая по качеству вода. Такие глубокие источники ещё называют артезианскими и могут давать постоянный, большой объём качественной воды, но поднять её с приличной глубины возможно только с использованием сложных механизмов.

Для такой работы необходимы основные механические методы бурения, такие как:

Посредством этих технологий можно получить скважины, отличающиеся большим диаметром. При бурении на глубину свыше 20 метров, в любом случае, не обойтись без предназначенного для этого оборудования, поскольку оно в состоянии преодолеть сопротивление каменистых труднопроходимых слоёв грунта.

Преимущества механической роторной установки

Качественное буровое оборудование для глубоких скважин производит бурение посредством долота, зафиксированного на буре и приводящегося в движение с помощью ротора.

Установка на базе ротора и высокая технологичность процесса даёт значительные преимущества при эксплуатации:

  • Сделанная скважина обладает высокими эксплуатационными характеристиками, способна регулярно поставлять большой объём воды;
  • Уровень воды не снижается, поступает она постоянно;
  • Гидравлическая конструкция имеет продолжительный срок работы;
  • Вода из глубинных источников не содержит железа и считается питьевой.

Таким образом, это выгодный способ обеспечить наличие чистой воды, которой, к тому же, хватит на полив съедобных культур, водоснабжение в доме, технические и хозяйственные нужды.

Другое оборудование для механического бурения

Существуют и другие механические способы создания шахт для добывания воды. Когда предстоит добывать воду на песчаном грунте или гравии, чаще всего применяется шнековое бурение.

Особенностью технологии является удаление грунта из скважины посредством вращательных движений шнека – специального стержня с лопастями.

Оборудование обладает достаточно компактными габаритами и подходит для небольших участков, где не может применяться тяжёлая грузовая техника внушительных размеров.

Будет полезно:  Почему земля в теплице зеленеет: что делать, покрывается белым налетом, зеленая почва и грунт, причины плесени

Достоинствами шнекового бурения считается:

  • Быстрое выполнение работы, за счёт высокой скорости процесса;
  • Втирание почвы при её удалении, формирование качественного канала скважины;
  • Отсутствие дополнительных механизмов для удаления породы;
  • Не требуется промывка.

Недостаток шнекового сооружения заключается в небольшой глубине и применении только на мягких почвах.

Другой вид механического бурения – колонковый, не слишком популярен, поскольку больше подходит для разведочных работ из-за малого диаметра забойного устройства. Чтобы затем расширить ствол скважин, приходится пускать в ход долото, а породу, которая остаётся в забое удалять промывочной жидкостью. Главный плюс установки в том, что она самоходная.

Инструменты для роторного бурения скважин (видео)

Несмотря на то, что роторные установки не удобны для эксплуатации зимой, они по-прежнему остаются на первом месте среди других видов механического оборудования, так как могут обеспечить самое качественное и надёжное по всем параметрам бурение в любых видах грунтовых пород. Относительная компактность, скорость бурения, применение на разных типах почвы делает их востребованными как на территориях землевладельцев, так и в промышленных масштабах.

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

Способы бурения скважин: технологические принципы и особенности основных методов

Устройство водозаборной скважины сопряжено с применением различных методов бурения. Рыхлые и насыщенные водой грунты извлекают с помощью желонки. Для проходки по глинистым и скальным породам используют способы бурения скважин, основанные на вращательном и вибрационном принципе.

В работе задействованы механизмы, позволяющие производить разработку грунтов различных типов и на разную глубину. Мы расскажем, как подобрать оптимальную технологию бурения, позволяющую быстро и безупречно пройти выработку для устройства водозабора.

Для наглядного представления предложенной нами информации текст дополнен полезными схемами, фото-подборками, видео-руководствами.

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения.

Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Будет полезно:  Теплицы своими руками в домашних условиях: парник как сделать на подоконнике, зимний дом, на окне комнатная

Различают три основных способа механического бурения:

  • Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
  • Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
  • Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на четыре основных вида бурения:

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Специфика колонкового бурения

Колонковое бурение – механический вращательный метод, при осуществлении которого глинистый или плотный песчаный грунт извлекается в виде керна цилиндрической формы. Буровой снаряд для колонкового бурения представляет собой толстостенную металлическую трубу.

Вверху колонкового бурового снаряда расположено приспособление для присоединения штанг, необходимых для наращивания буровой колонны. Внизу – коронка, вид которой подбирается в зависимости от категории подлежащего бурению грунта.

При проходке колонковым методом грунт разрушается кольцеобразной коронкой. Внутренняя часть керна при этом сохраняется в не разрушенном виде. Для облегчения процесса бурения по твердым и полутвердым суглинкам, глинам, скальным породам на забой подается промывочная жидкость.

Шлам с забоя иногда удаляют промывкой – нагнетанием в ствол выработки большого количества воды. Чаще всего промывку заменяют продувкой сжатым воздухом, поставляемым компрессором внутрь трубы. Данный тип бурения позволяет бурить скважины глубиной до 1000 метров и диаметром от 8 до 20 см.

Механическое колонковое бурение производится буровыми установками типа ЗИФ, УГБ, УКБ, монтированных на автомобили типа КАМАЗ, КРаЗ, трелевочные тракторы и т.д. В варианте для ручного бурения колонковую трубу укорачивают, называют колоколом или стаканом. С последним, перевернутым вверх дном предметом обихода, конструктивно схожа колонковая труба.

Бурение колонковым способом используется в следующих случаях:

  • геологоразведка полезных ископаемых;
  • бурение разведочных скважин;
  • устройство водоносных скважин любой глубины, в том числе безфильтровых скважин в скальных породах.

Для устройства частных скважин на воду в некоторых случаях колонковый способ используется перед тем, как начать шнековое или роторное бурение, выполняя одновременно разведывательную и подготовительную роль.

В устройстве частных скважин колонковое бурение используется в комплексе с ударно-канатным. Глинистые слои проходят колонковой трубой. Пески неплотного сложения, гравий и галечник с песчаным заполнителем, которые не задерживаются в колонковой трубе, извлекают из ствола желонированием.

По эффективности колонковый метод несколько уступает шнековому способу бурения водозаборных скважин. Шнеком бурят быстрее, но он не позволяет полностью освободить ствол от пробуренной породы. Их редко используют в паре. А уж если приведется, то шнеком проходят первые несколько метров.

Используемое оборудование и инструменты

Для колонкового бурения используются следующие инструменты:

  • буровые коронки из алмазного или другого твёрдосплавного материала (сталь, вольфрам, победит);
  • колонковая труба;
  • труба для отвода шлама;
  • штанги, требующиеся для наращивания буровой колонны;
  • муфтовые соединения, переходники между трубами, промывочный сальник.

При бурении в скальных породах буровая коронка быстро изнашивается и подлежит замене. Материал коронки – дорогостоящий, выдерживающий колоссальные нагрузки, наибольшее распространение получили алмазные буровые варианты.

Все используемые в процессе бурения инструменты должны соответствовать соосности, т.е. располагаться ровно относительно оси бурения.

Технология колонкового бурения

Главная особенность колонкового бурения – прохождение породы с полным её сохранением в колонковой трубе. Т.е. при работе бурильного оборудования коронка по кольцу разрушает грунт, который по мере заглубления проталкивается в колонковую трубу и удерживается в ней за счет собственной плотности.

При извлечении наполненной трубы из ствола выработки, ее освобождают от керна путем простукивания кувалдой.

Поэтапный процесс колонкового бурения выглядит следующим образом:

  • бурильную коронку соединяют с колонковой трубой;
  • колонковая труба соединяется со штангами, которые наращиваются по мере углубления;
  • верхняя штанга закрепляется в буровом станке;
  • бурильный станок вращает буровую колонну и постепенно “ввинчивает” ее в грунт;
  • колонковая труба постепенно наполняется керном – заклинившим в ее полости грунтом;
  • после проходки 50 – 70 см буровая колонна извлекается на поверхность, штанги по очереди отсоединяются до тех пор, пока не извлечется колонковая труба;
  • трубу освобождают от выбуренной породы;
  • опорожненный снаряд снова опускают на забой, наращивая буровую колонну штангами.

Действия производятся в описанном порядке до тех пор, пока скважина не вскроет водоносный горизонт и не заглубится на 50 см в нижележащую водонепроницаемую породу.

Если фиксация верхнего водоносного горизонта не является целью проходки, то верхние слои можно бурить с промывкой. В этом случае насос продаёт промывочный раствор через шланг внутрь труб. Затем раствор выносит выработанный грунт на поверхность.

Веские достоинства и недостатки

В сравнении с ударно-канатным и роторным способом механического бурения колонковое производится довольно быстро, значительно сокращая время проведения работ. Главный его недостаток – невозможность подъема рыхлых грунтов и насыщенных водой галечников. Медленно продвигается по скальным породам, для проходки валунов требуется долото.

К достоинствам колонкового бурения относят:

  • высокую производительность и возможность бурить скважины глубиной свыше 100 м;
  • сокращение нагрузок на бурильное оборудование за счёт разрушения глинистой породы, сравнимым с ее вырезанием;
  • возможность применения мобильной буровой установки компактных габаритов.

Колонковое бурение – один из самых скоростных методов разработки водозаборных выработок. Скважину на песок с его применением можно пройти за один рабочий день. Разрабатываемая вручную водозаборная выработка отнимет намного больше времени.

Особенности шнекового бурения

Этот тип бурения сегодня наиболее часто используется при устройстве водоносных скважин в частных хозяйствах. Особенностью шнекового бурения является то, что разрабатываемая порода полностью удаляется из створа скважины без привлечения дополнительного оборудования. Метод напоминает ввинчивание, позволяет бурить на глубину и одновременно удалять ненужный грунт.

Используемый для бурения инструмент называется шнек. Представляет собой металлический стержень с лопастями. Завинчиваясь в грунт, шнек разрушает породу, которая задерживается на его лопастях. Из-за специфики конструкции шнеком невозможно полностью освободить забой от отвала. Поэтому его в основном применяют для проходки верхних слоев.

Бурение с использованием шнека не требует больших усилий и финансовых затрат, поэтому сфера применения данного способа достаточна широка: геологоразведочные скважины, прокладка коммуникаций, устройство буронабивных скважин и частично бурение на воду.

Его сейчас активно применяют для устройства абиссинских колодцев, чтобы не забивать полностью скважину-иглу в плотный грунт, а слегка облегчить процесс погружения ствола в заранее разрушенную породу.

Метод подходит для разработки водоносных скважин глубиной до 30 м на мягких и рыхлых грунтах и до 20 м на средне-плотных. После проходки шнеком и установки обсадки, ствол скважины обязательно очищается желонкой от неизвлеченной породы.

Шнек категорически не подходит для работы в скальных породах! Его используют для частичной проходки скважин до 120 м, при этом данный метод комбинируется с другими: роторным, ударно-канатным, колонковым.

Ссылка на основную публикацию