Кустарные способы
Буровые работы для создания скважинной шахты являются трудоемкими. Однако некоторые владельцы загородной недвижимости предпочитают выполнять их самостоятельно. Скважина своими руками обойдется намного дешевле услуг специализированной компании. В этом случае возможно пробурить шахту глубиной только до 40 м. Потому что у владельца земельного участка нет в наличии специального бурового оборудования.
Ударно-канатный метод
Для реализации этого метода нужно сделать желонку. Она создается из отреза трубы, у которой делают острый край и клапан. Такой инструмент способен пробурить шахту на глубину до 30 м и более.
Этапы выполнения работ:
- создание небольшого углубления для упрощения буровых работ;
- установка треноги с блоком поверх углубления;
- на блок устанавливается трос с желонкой;
- в углубление с высоты не менее 1,5 м роняют желонку;
- сверху по желонке наносится несколько ударов для захвата большего количества грунтового шлама и ускорения процесса бурения;
- в отверстие шахты устанавливают обсадную трубу или колонну, это позволит предотвратить разрушение стенок.
При создании скважины при помощи ударно-канатной технологии стоит углублять ее до второго водоносного слоя. Это позволит увеличить срок эксплуатации, получить более чистую воду. Вместо желонки часто используют цилиндрический бур в виде стакана. Он не оснащен клапаном, но позволяет ускорить процесс выполнения буровых работ. Особенно в вязких и суглинистых грунтах. Комплексное использование цилиндрического бура и желонки тоже способствует более быстрому производству работ и является предпочтительным.
Роторный способ
Для реализации технологии нужно сделать роторный механизм, работающий от приводящего вала. Для разрушения грунтовой породы используют утяжеленные буровые конструкции. Они служат в качестве долота. Ручное бурение скважин на воду таким методом отличается трудоемкостью. При создании установки нужно учитывать необходимость в промывании. Для этого используют вертлюг, с помощью которого транспортируется промывочная жидкость. Она проникает в забой через специальные насадки.
Поднятие и опускание буровой части установки осуществляется при помощи нескольких труб общей длиной от 25 до 50 м. При поднятии вынимают грунтовый шлак. После того как бур очищен, применяют промывочную жидкость.
Первые способы добычи
«Если в стране будет найден источник нефти, царь ее сделается всемогущим» Примета вавилонян
До конца Средневековья люди собирали нефть и асфальт только в местах их естественных выходов на поверхность – из горных пород и водных источников. Позже появился более продвинутый способ добычи – колодезный.
История нефти
По описанию Геродота на греческом острове Занте (совр. Закинф) в Ионическом море люди добывали нефть длинными шестами с миртовой веткой на конце. С веток нефть сливали в неглубокую яму, и по мере ее наполнения разливали по сосудам.
Знакомы с нефтью уже в XV веке были индейцы племени Сенека, населявшие территории от современного штата Нью-Йорк до реки Аллегейни штата Пенсильвания. Сенеки для сбора нефти приспособили перья и ткань. Если на поверхности водоема обнаруживалось черное пятно, его накрывали тканью. Затем, когда ткань пропитывалась нефтью, ее отжимали в корыто. Нефть добавляли в краску для тела или использовали при растираниях как тонизирующее средство. А вязкий природный битум служил материалом для крепления наконечников стрел и копий.
В трудах древних историков (Корнелий Тацит, Страбон) часто встречаются упоминания о добыче битума в Мертвом море. Отделившиеся куски битума всплывали на поверхность, людям оставалось только их собрать. Кочевники Набатеи, населявшие в IV веке до н.э территорию от Мертвого моря до Акабского залива, продавали битум в Египет.
На месте древнего поселения Тиритаки (совр. Керченский полуостров), основанного около VI века до н.э., при раскопках была найдена амфора с нефтью. Вероятно, нефть в ней сохранилась благодаря тому, что амфора долгое время лежала в земле под углом, а соломенная пробка пропиталась нефтью. Окисляясь, нефть превратилась в твердую смолу, обеспечив полную герметичность сосуда. Предполагается, что здесь использовался ямный способ добычи – в вырытую неглубокую яму, быстро наполнявшуюся нефтью, опускали куски шерсти или войлока, а затем отжимали в сосуды. Подобные ямы были найдены на Таманском полуострове, Иране, Ираке, Ферганской долине.
В «Истории» Геродота рассказывается о нефтяных колодцах Персии. Нефть из колодца вычерпывали половиной винного бурдюка, а затем отстаивали, чтобы примесь асфальта и песка осела, а нефть осталась на поверхности.
Арабский географ Масуди (X век н.э) и Марко Поло (путешествующий по миру в 1272 г.) упоминают о нефти в Баку. По их словам здесь находилось два источника: из одного добывали черную и синюю нефть, из другого – белую и желтую. Марко Поло писал, что добытую нефть грузили на верблюдов и развозили по всей стране. Вплоть до XIX века Баку являлся крупным поставщиком нефти в Иран, Индию, государства Средней Азии. В Индии нефть ценили последователи зороастризма, пользуясь ею для поддержания «вечного огня» в своих обрядах.
В Европе, на территориях современных Германии, Польши, Румынии, Италии и Франции, в средние века были известны выходы нефти. Технологию добычи здесь переняли от арабов. Даже когда питьевую воду уже стали получать с помощью скважин, нефть все еще добывали с помощью собирания с поверхностей водоемов и ям.
Другая, долгое время остававшаяся закрытой от других, древняя цивилизация Китая также не была в стороне. Пока в других частях света нефть отжимали из тряпок и черпали из колодцев, в Китае уже освоили бурение. В 250 году до н.э. инженер-строитель Ли Бин изобрел ударно-канатный способ бурения скважин. И, хотя для этого использовались бамбуковые шесты с медными приспособлениями, а бурить одну скважину могли годами, удавалось проникнуть на глубину в 1000 метров. Для сравнения — глубина первой давшей нефть скважины Э. Дрейка составляет всего 21 метр. Помимо этого Китай первым научился транспортировке газа при помощи трубопровода из бамбука. После маньчжурского завоевания в XVIII веке китайцы утратили свои знания, а добыча нефти и газа практически прекратилась. И только в XIX веке технология бурения была снова привезена в Китай из Европы.
Способы роторного бурения скважин
Роторное бурение скважин используется для получения подземных вод, нефти, газа или грунта для строительства. Одним из ключевых элементов в этом процессе является ротор, который вращается и удаляет породу из скважины. Существует несколько способов роторного бурения:
- Сухое бурение: В этом методе не используется жидкость для смазки или охлаждения ротора. Такой способ часто применяется в каменных или песчаных грунтах, которые могут служить естественным смазком.
- Мокрое бурение: Этот метод используется, когда грунт слишком твёрдый для сухого бурения. Во время бурения из ротора подается специальная жидкость, которая смазывает и охлаждает ротор, а также выводит грунт на поверхность.
- Насосное бурение: При этом методе бурения используются насосы для перекачивания жидкости через ротор. Такой подход позволяет эффективно перекачивать грунт с дна скважины.
Выбор способа бурения зависит от типа грунта, глубины скважины и других факторов. Инженеры обычно выбирают оптимальный метод на основе опыта и знаний о геологической разновидности региона.
Вращательное
Вращательное бурение – это метод бурения скважин, при котором используется вращательное движение бурового инструмента. Оно позволяет осуществлять устойчивое проходку скважины даже в самых сложных геологических условиях.
Основным элементом вращательного бурения является ротор – механизм, который приводит в движение буровую колонну. Ротор установлен на буровой установке и подключен к источнику питания.
Применение вращательного бурения позволяет работать в горных и труднодоступных районах без особых проблем. Бурение таких скважин выполняется с применением различных типов оборудования и технологий, каждая из которых оптимизирована под конкретные условия и задачи.
Одним из преимуществ вращательного бурения является возможность выполнения скважин большой глубины, что используется для извлечения полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений.
Ударное
Ударное роторное бурение – это метод бурения скважин, который основан на использовании ударных механизмов для бурения. В отличие от обычного роторного бурения, где сверление происходит при помощи вращающихся кольцевых буровых головок, ударное роторное бурение сочетает вращение с ударами для пробивания горных пород и земли.
Применение ударного роторного бурения приводит к более высоким скоростям сверления и значительной экономии времени и денег. Ударные механизмы, используемые в ударном роторном бурении, могут применяться для скважин глубиной от 200 до 3000 метров и больше.
Некоторые преимущества использования ударного роторного бурения включают более быстрое и дешевое бурение скважин, возможность бурения скважин в труднодоступных местах, уменьшение числа неудачных бурений и снижение затрат на обслуживание оборудования.
Однако, ударное роторное бурение может привести к повреждениям оборудования, увеличить риск аварий и привести к образованию карстовых полостей.
Вибрационное роторное бурение
Вибрационное роторное бурение – это один из видов роторного бурения, который позволяет получить доступ к сложным геологическим горизонтам. В отличие от других методов бурения, вибрационное роторное бурение не использует вращение сверла для разрушения горных пород. Вместо этого, используется вибрация и ударная нагрузка, которые разрушают породу и прорывают путь для продвижения сверла.
Для выполнения вибрационного роторного бурения используется особая установка, которая состоит из гидравлического двигателя, привода сверла и системы вибрации. При работе установки привод сверла не вращается, а двигатель создает порывы в трубе, которые передаются на сверло. Эти порывы порождают вибрацию и ударные нагрузки, которые разрушают породу.
Особенностью вибрационного роторного бурения является возможность преодоления сложных геологических формаций, таких как кристаллические породы, глины, сланцы, песчаники и т.д. Кроме того, этот метод позволяет увеличить производительность бурения и сохранить целостность буронабивных обсадных труб.
Особенности технологии роторного бурения скважин
Процесс бурения организован так, что из-за вымывания слоя почвы из шахты буровая колонна с каждым движением углубляется все ниже. Периодически ее необходимо наращивать добавлением других труб.
Процесс бурения выполняется ступенчато:
- Пройдя первые рыхлые слои грунта, колонну поднимают, а в шахту опускают обсадную трубу.
- Зазор по кругу заполняют раствором цемента.
- После застывания цемента в шахту подают долото с меньшим диаметром, и работа продолжается дальше.
Таких аналогичных шагов может выполняться несколько, а затем в шахту опускается перфорированная на конце эксплуатационная труба. В зависимости от качества почвенного пласта и глубины выбирают количество и массу труб, вид долота, скорость его вращения и материал кромок, давление промывочной жидкости. Специфика такова:
- Легкие породные пласты проходят с максимальной скоростью и наибольшей промывкой.
- Скалистые почвы требуют пониженной частоты и уменьшенного давления жидкости.
Помешать работам могут грунтовые твердые включения – валуны – на пути ротора, который может заклинило, или почвы, активно поглощающие промывку. Также замедляет процесс нехватка воды в месте проведения работ и наличие большого глинистого слоя. Глина, смешиваясь с водой, закупоривает водяное русло и требует дополнительной тщательной промывки.
Смена породоразрушающего инструмента
Несмотря на тщательно просчитанную геометрию лопастей и армирование твёрдыми сплавами, долото буровое всегда будет самым изнашиваемым инструментом роторной буровой установки. Его регулярная замена — неотъемлемая составляющая рабочего процесса. Для этих целей используются так называемые «свечи» — блоки из нескольких труб. В зависимости от высоты буровой вышки и глубины скважины, длина свечи может варьироваться от 20 до 50 м. С целью упростить свинчивание, трубы оснащают замками с конической резьбой.
Как работает
Основная особенность работы таких буровых установок заключается в том, что необходимо использование рамной или же решетчатой вышки. Она нужна для закрепления подъемного оборудования, а также других комплектующих оборудования. С её помощью можно опускать и поднимать в шахту скважины детали бурильной колонны.
Установка может иметь двигатель, работающий на электричестве или внутреннего сгорания. Отлично может подойти двигатель ДВС, на котором обустроено оборудование. Для того чтобы передавать вращательные движения от двигателя к ротору, устанавливается привод. Также он может выполнять задачу по изменению диапазона оборотов.
Ведущая труба, которая воспринимает крутящий момент от ротора, характеризуется тем, что сохраняет функцию перемещаться беспрепятственно по направлению оси. На оси стола предусмотрено наличие отверстия, может демонтироваться. Её также можно заменить на трубы различного типа. Такая деталь получила название рабочего вкладыша.
схема роторноого бурение скважин
Отдельные трубы составляют бурильную колонну. Они соединяются с ведущей трубой. Также предусмотрено соединение их между собой с помощью разъемных муфт. Вращательные движения по трубам передаются на долото. Затем долото вращательными движениями с помощью рабочих кромок воздействует на грунт, разрушая его. Характерно, что долото может иметь несколько типов рабочих установок. На него можно устанавливать алмазные, изготовленные из твердых сплавов, а также композитных материалов. Также существует несколько типов, различных по форме кромок – с шарошками или режущая. Это требуется для максимально удобной работы в условиях различных пород грунтов.
Осевое усилие от ротора не воспринимается буровой колонной. Чтобы не допустить появление изгиба труб, из которых делается колонна, её нужно держать в растянутом положении. Необходимо, чтобы было давление на зону забоя от рабочих органов. Над долотом создается усилие, которое достигается благодаря высокой массе труб, используемых специально для увеличения массы. Сила тяжести распределяется неравномерно. Большая часть приходится на долото, а остальная – на растягивание буровой колонны, которая находится в подвешенном состоянии.
Приводной вал, который располагается сверху, подвешивают к талевой системе с использованием вертлюга. Он также используется, чтобы добиться свободного вращения груза. По вертлюгу и полые трубы, расположенные в буровой колонне к соплам долота, нужно подавать жидкость для промывки.
Когда жидкость попадает на поверхность, она переходит к процессу очистки. Из нее удаляются буровые продукты. Это осуществляется при использовании фильтров различного типа.
После того как насосы пройдут очистку, сюда нужно снова закачать жидкость. Достаточно часто используются ступенчатые поршневые насосы. Роторное бурение скважин в условиях различных типов пород, а также на разных ресурсах, нужно использовать разные виды жидкостей для промывки. Если делаем отверстие в скалистой почве, можно использовать обычную воду. Но в условиях рыхлых, требуется сделать раствор воды и глины. Иногда можно продуть, используя воздух.
Способы бурения скважин – методы обустройства
Человек, который заботится о здоровье, заинтересован в использовании природной воды. Но не везде можно выкопать колодец, чтобы получить воду нормального качества и с дебитом, не зависящим от сезонности. Выход — бурение скважины. И это дело не из легких и не дешевых. Главные требования к скважине – это долговечность и надежность, необходимый запас питьевой воды. От способа бурения зависит результат.
В сооружении скважин применимы два способа бурения: вращательный и ударный. Вращательный метод бурения — разрушение пород путем непрерывного вращения с приложением нагрузки на ось разрушающего породу инструмента. Этот метод делится на роторное, колонковое и шнековое бурение.
Роторный метод
Роторный способ используется наиболее часто. Ротор вращает бурильный инструмент. Вынос горной породы из забоя выполняется глинистым раствором. Он закачивается в скважину по бурильной колонне (прямая промывка), а порода выносится по стволу скважины. Или раствор подается по нему, и тогда разрушенная порода удаляется через обратную промывку. Достоинства роторного способа:
- высокая скорость бурения;
- бурение в породах с разной твердостью и на разную глубину;
- минимальная металлоемкость скважины, так как крепят ее стенки одной обсадной трубой.
Наряду с преимуществами есть недостатки:
- требуется расглинизация водоносного горизонта для получения нормального дебита;
- при бурении нужна вода и качественная глин;
- трудность бурения в породах с сильным водопоглощением и с валунно-галечниковыми включениями;
- трудность при бурении в зимнее время с минусовыми температурами.
Этот способ рекомендован для бурения в породах с различной твердостью и с хорошо изученным геолого-гидрологическим разрезом для вскрытия заранее разведанных водоносных горизонтов.
Колонковый и шнековый способ
Колонковое бурение применяется для обустройства неглубоких и разведывательных скважин, из-за небольшого диаметра бурения. При вращении бурового снаряда коронка разрушает породу только по кольцу, внутри которого остается колонка этой породы (керн).
Отличие шнекового бурения от предыдущего метода — процесс разрушения породы из забоя. Для её транспортировки наверх используется спиральный шнек. Этот метод бурения используется в мягких породах и при глубине скважин до 50 м. Минус — бурить таким способом в плывунах или водонасыщенных песках нельзя.
Ударная методика
Ударное бурение заключается в разрушении породы ударами долота, которое периодично поднимается и опускается над забоем. Удаление породы из забоя происходит с помощью желонки. Ударно-канатный способ бурения до 40-х гг. был основным методом, но позже его вытеснил роторный. Недостатками его являются:
- большая металлоемкость скважины вследствие большого расхода обсадных труб;
- низкая скорость бурения;
- ограничение по глубине бурения до 200 м.
Преимущества ударно-канатного метода бурения:
- качественное вскрытие водоносных горизонтов;
- возможность точно установить геологический разрез;
- высокий дебит воды из скважины;
- справляется с бурением в водопоглотительных породах и в валунно-галечниковых отложениях.
Применение ударно-канатного способа оправдано в районах с плохо изученными гидрогеологическими условиями, при вскрытии и проходке водоносных горизонтов любой мощности и в местах, где нет возможности использовать промывочный раствор, при бурении с начальным диаметром более 500 мм.
Обустройство скважины
Для обустройства скважины на участке чаще применяется вращательный метод — шнековый, реже роторный или колонковый способ бурения. Бурильная установка не всегда может заехать на участок, тем более развернуть буровую вышку. Шнековый метод не требует больших установок, а при небольшой глубине и диаметре может производиться вручную.
Ручным способом бурят в мягких породах, постепенно забуриваясь в забой. Если забурить с одного прохода сразу на большую глубину, то достать шнек будет проблематично. Для облегчения работы в забой понемногу заливают глинистый раствор или воду.
Глубина пробуренных вручную скважин небольшая и раскрывает верхние водоносные горизонты, которые не имеют хороший дебит. Сделать скважину самостоятельно — реально, но для надежной и продолжительной работы лучше обратиться к специалистам.
Может быть, вам будет интересно ознакомиться с такими темами:
Видео
Может быть, вам будет интересно просмотреть видео о способах бурения и обустройстве скважин:
1 Какие особенности технологии роторного бурения?
Роторное бурение скважин это технология, подходящая в том случае, когда необходимо получение большого объема наиболее экологически чистой воды, со стабильной, долговечной работой всей системы. В таких условиях роторный способ бурения находится вне конкуренции.
В целом, роторные буровые установки при их эксплуатации имеют следующие преимущества перед аналогами:
- Добыча воды в большом объеме;
- Ротор-бурение имеет длительный срок эксплуатации;
- Большие объемы воды поставляются стабильно, без перебоев и проблем;
- Высокое качество добываемой воды.
Роторы буровых установок способны добывать из источника такое количество воды, что ее хватит не только на водоснабжение дома, но и на наполнение различных резервуаров (таких, как бассейн), полив и на нужды еще пары-тройки других зданий. Благодаря этому можно находиться с соседями в условиях кооперации, тем самым не затрачивая колоссальные деньги на обустройство водозабора.
Технология роторного бурения зарекомендовала себя как долговечную и стабильную. Соблюдая все инструкции по работе с роторной системой бурения, и эксплуатации пластиковых труб в ее конструкции, пользователь может быть уверен в том, что срок эксплуатации такой системы будет не менее двух десятков лет.
При необходимости бурения глубоких скважин на воду обычно применяют ротор-бурение. Механизм работы такой системы выглядит так: в бурильную трубу загружают вращающийся вал, который имеет прочный наконечник — долото (например, долото PDC). Нагрузка на долото достигается работой гидравлической установки.
Благодаря данному механизму работы можно достигнуть любой глубины скважины для добычи воды. Промывают скважину от находящегося в ней грунта специальным бурильным раствором, который по трубам подается двумя различными способами:
Процесс бурения
- Закачивается с помощью специального насоса в бурильную трубу, а затем самотеком попадает наружу через затрубное пространство (так называемая «прямая промывка»);
- Раствор самотеком проходит в затрубное пространство, а потом с помощью насоса выкачивается вместе с грунтом из бурильной трубы (так называемая «обратная промывка»).
Ротор-бурение такими методами используют даже на нефтяных скважинах.
При этом обратная промывка хороша тем, что благодаря ней добывается больший дебит скважины, потому как водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно. Впрочем, без привлечения сложнейшего и высокотехнологичного оборудования при таком методе работы не обойтись, и такое ротор-бурение выйдет весьма затратным по деньгам.
Ротор-бурение прямой промывкой несколько дешевле первого варианта, и именно поэтому для большинства владельцев своих участков данных метод наиболее приемлем и адекватен в ценовом вопросе.
1.1 Оборудование для проведения работ
Оборудование, которое применяется при роторном бурении, включает следующие компоненты:
- Вышка;
- Буровая установка и привод к ней;
- Ротор;
- Поршневые насосы;
- Буровой вертлюг;
- Талевая система из кроноблока;
- Система очистки специальными жидкостями;
- Вибросито;
- Желоб;
- Гидроциклоны (необходимые наиболее часто для нефтяных скважин).
Важно отметить, что существуют не только стационарные роторные установки (такие, как на нефтяных скважинных добычах). Существуют и передвижные версии, что оборудованы специальной платформой, крепящейся на прицепе
Компактная буровая установка роторного бурения
При этом в передвижной версии присутствуют всё перечисленное оборудование кроме системы жидкостной очистки. Благодаря данному варианту роторной установки, обладающей маневренностью и способностью изменять свое положение в кратчайшие сроки, можно сэкономить деньги на этапе выбора необходимой скважины.
Классификации нефтяных буровых установок
Существует несколько общепринятых классификаций, в основе каждой из которых лежит определённый критерий.
По виду конструкционной системы буровые машины бывают:
- мачтовые, в которых механическая часть базируется на двух опорных элементах;
- башенные, в них присутствуют четыре опорных механизма. На каждый элемент нагрузка распределяется равномерно.
- передвижные преимущественно служат для разведывательных работ, в частности для забора проб грунта;
- стационарные используются для добычи полезных ископаемых.
По месту монтажа вышки бывают:
- наземные монтируются на грунт;
- морские устанавливаются на морское дно.
Виды буровых установок на нефть
