Бурильное оборудование: виды, назначение, способы бурения

Оборудование для бурения применяется во многих сферах – добывающей промышленности, строительстве, коммунальном хозяйстве. В зависимости от цели, типа грунта и других факторов применяются различные методы и машины.

Бурение шнековым способом

Этот способ подходит для мягких, песчаных почв и непригоден для монолитных скалистых пород. Шнековое бурение применяют как в промышленных масштабах, так и для частных хозяйств.

Буровое оборудование в данном случае представляет собой передвижное устройство с ручным или механизированным буром, закрепленным на регулируемую штангу.

Сам бур представляет собой трубу обвитую стальной лентой – шнек и заострённые наконечник. Отсюда и пошло название метода бурения – шнековый.

Особенностью этого вида является то, что порода поднимается на поверхность по ленте шнека, без использования специальной промывочной жидкости. Поэтому работать можно при низких температурах.

Разработка шнеком ведется в горизонтальном и вертикальном направлениях. Вертикальные скважины используют под сваи и для добычи воды. Обычно глубина разработки на воду составляет от 50 до 80 м.

Рабочий процесс выглядит следующим образом: первый проход делают на глубину одной штанги, затем выключают установку, поднимают и наращивают штангу, после продолжают бурение.

Несмотря на то, что охлаждение бура во время работы происходит от почвы, более эффективными считаются шнеки с полой центральной трубой. По ней посредством гидравлического насоса подают воду или воздух, тем самым уменьшая силу трения о грунт и ускоряя разработку.

Во время работы измельченный грунт поднимается по ленте шнека на поверхность. Но часть его все равно осыпается на дно забоя. Поэтому по завершении бурения требуется прочистка и промывка ствола перед установкой обсадных труб.

Кроме того, шнековое бурение иногда применяется для организации абиссинского колодца в частных домах. Здесь установка отличается небольшой мощностью и малым диаметром шнека, поскольку максимальная глубина такого колодца до 15 м, а диаметр трубы до 4 см.

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.

Важно! Чем реже приходится делать обсадку, тем быстрее продвигается бурение, а значит общие расходы на разработку будут меньше.

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.

Бурение ударным способом

Ударный способ бурения самый простой по сравнению с двумя предыдущими. Собрать такую установку можно даже самому. Независимо от производителя, она состоит из:

• треноги, которая устанавливается прямо над местом бурения;
• ударного элемента – представляет собой заостренную трубу вестом до 80 кг;
• гибкого металлического троса, к которому крепится груз;
• лебедки для подъема и опускания груза.

Принцип действия установки понятен из названия. Лебедка резко опускает ударный элемент с высоты треноги, нанося удар о землю. Затем груз поднимается в исходное положение и снова опускается. Поскольку удар приходится каждый раз в одно и то же место, то грунт постепенно разрушается и образуется углубление.

Ударное бурение применяется не только для скважин, но и для формирования шпуров. Это цилиндрическое углубление в породе длинно до 5 м и диаметром до 75 мм.

Один из главных недостатков этого способа – риск преждевременного осыпания грунта. Поэтому после окончания работ в скважину обязательно спускаются обсадные трубы.

Еще один из минусов – это трудоемкость процесса. Поэтому в случае большой глубины залегания вод работы могут затянуться надолго.

К достоинствам ударного бурения относят:

• возможность работы при отрицательных температурах;
• большой объем разовой выемки почвы;
• возможность разработать скважину большого диаметра;
• небольшие затраты на проведение работ.

Бурение с промывкой скважины

Промывка скважины применяется для двух целей: охлаждения бурового оборудования и вымывания частиц разрушенного грунта. В качестве жидкости может выступать, как техническая вода, так и специальные буровые растворы.

В основном растворы используют при большой глубине выработки, когда по ходу движения могут встречаться различные природные пласты: водные, газовые, нефтяные. Эти пласты должны остаться нетронутыми, поскольку в случае их смешивания, есть риск загрязнения верхних водоносных слоев. Поэтому, когда идет бурение, вся скважина заполнена буровым раствором определенной плотности, который не дает пластам проникнуть внутрь разработки.

При роторном бурении скважины применяют прямую и обратную подачу промывочной жидкости.

Во время прямой подачи жидкость из резервуара подается насосом в буровую колонну на долото с отверстиями. Жидкость попадает на дно забоя и вместе с разрушенной почвой поднимается по кольцевому каналу – промежутку между колонной и стенками скважины – и оттуда в очистительный комплекс.

Во время обратной подачи вода самотеком поступает в скважину, а выбрасывается наверх по бурильной трубе под действием сильного обратного давления, создаваемого насосом или эрлифтом.

Второй способ считается более эффективным по нескольким причинам:

1. Высокая скорость бурения. Насос в этом случае отсасывает жидкость из забоя, а не вдавливает её;
2. скважина лучше очищается, ведь насос откачивает с жидкостью весь шлам;
3. в качестве жидкости можно использовать обычную воду, поскольку не нужно никаких добавок для размыва частиц грунта.

К минусам обратной очистки можно отнести высокую стоимость оборудования.

Какое оборудование потребуется для бурения водной скважины

Сделать скважину на воду можно разными способами. Окончательный выбор зависит от нескольких факторов:

• необходимой глубины;
• диаметра скважины;
• назначения;
• свойств грунта, который прорабатывается в процессе.

Однако независимо от выбранного способа бурения, для организации скважины на воду потребуется основное буровое оборудование и дополнительный инструмент.

Основными частями любого бурового станка являются:

• механизм подъема и опускания буровой колонны;
• рабочий орган – сам бур с наконечником. Он будет разным для каждого вида бурения;
• лебедка и система талей, которые отвечают за опускание обсадных и буровых труб;
• некоторые установки оснащены циркуляционной системой для приготовления промывочных растворов.

К дополнительному инструменту относятся насосы, вертлюги, буровые шланги, стыковочные элементы для обсадных труб, детали для обустройства оголовка скважины, силовые приводы и моторы.

Автор: Андрей Соломин