Буровые машины для бурения водяных скважин: виды и классификация установок, принцип их работы

Технология добычи нефти

Нефть добывается несколькими способами, но для организации этого процесса требуется правильно обустроенная скважина.

Устройство скважин

Бурят скважины буровыми машинами на глубину до нескольких километров. При этом их делают:

• вертикальными;
• наклонными;
• прямолинейно искривленными;
• искривленными;
• прямолинейно искривленными (с горизонтальным участком);
• сложноискривленными.

Их поперечное сечение чаще всего круглое, ⌀ до 40 см.

Стенки скважин укрепляют высокопрочными металлическими обсадными трубами, при этом в пустоты между этими трубами и стенками скважины под давлением закачивают цементный раствор, которым разделяют пласты, а также хорошо защищают обсадную колонну от вод.

Технология добычи нефти

Нефть добывается несколькими способами, но для организации этого процесса требуется правильно обустроенная скважина.

Устройство скважин

Бурят скважины буровыми машинами на глубину до нескольких километров. При этом их делают:

• вертикальными;
• наклонными;
• прямолинейно искривленными;
• искривленными;
• прямолинейно искривленными (с горизонтальным участком);
• сложноискривленными.

Их поперечное сечение чаще всего круглое, ⌀ до 40 см.

Стенки скважин укрепляют высокопрочными металлическими обсадными трубами, при этом в пустоты между этими трубами и стенками скважины под давлением закачивают цементный раствор, которым разделяют пласты, а также хорошо защищают обсадную колонну от вод.

Виды водоносных скважин

Основные виды скважин на воду являются водозаборными, их не используют для других целей. Подходящий вариант для приусадебного участка можно определить самостоятельно. Выбор будет зависеть от наличия технического оснащения, финансовых возможностей, имеющихся навыков. Разновидности скважин:

1. Абиссинская. Этот вариант стоит использовать при наличии родника. Абиссинская скважина представляет собой узкий колодец длиной от 8 до 12 м. В ней всегда чистая вода, потому что загрязнения не попадают в нее с поверхности.
2. Фильтровая скважина на песок. Ее бурят на глубину от 15 до 30 м. Для этого можно использовать один из перечисленных способов: колонковый, шнековый, ударно-канатный. Источник оснащают трубой соответствующей длины диаметром от 100 до 180 мм с фильтром из сетки на заглубленном конце. Она должна быть из нержавеющей стали. Водозаборная скважина может обеспечить водой потребности загородного дома в течение 5 лет сезонной эксплуатации или 15 лет постоянного использования.
3. Артезианская скважина без оснащения устройством фильтрации. Ее бурят на глубину от 100 м. В этом случае вода будет кристально чистой, возможно и минерализованной. Это может быть как приятным, так и неприемлемым фактом. Избыточное содержание минералов делает воду непригодной для питьевых и бытовых целей. Есть большое количество ее разновидностей. Например, термометрическая скважина, ее предназначение — в измерении температуры грунта. Для этого устанавливается гирлянда температурных датчиков. Однако такие варианты не используют на приусадебных участках.

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.

Какое нужно буровое оборудование для бурения скважин на воду

Данный вопрос требует более глубокого рассмотрения, так как существует четыре основных способа бурения:

• ударный;
• шнековый;
• роторный
• с промывкой.

Каждый из них предполагает использования специально оборудования для бурения водоносной скважин.

Бурение ударным способом

В качестве основного инструмента для бурения скважины используется железная труба, к которой прикреплена желонка. Ударная часть – своего рода черпак, который выбирает на поверхность породу. Разрыхление подземных пластов производится ударами, когда трубу с желонкой, поднятую на высоту лебедкой отпускают под собственным весом в шурф.

Для выполнения работ потребуется:

• тренога из металлопроката;
• труба с желонкой;
• трос с крюком и лебедкой;
• комплект обсадных труб.

Процесс трудоемкий, а подвижность пластов требует быстроты.

Бурение шнековым способом

Способ подходит для грунтов с большим содержанием песка. В качестве бурильного оборудования для скважин небольшой глубины используется отруба, которую венчает резец. Вокруг стержень охватывают винтовые лопасти. Разрыхленная почва поднимается наружу по шнеку в результате вращения по принципу мясорубки.

Для выполнения работ потребуется специальная буровая шнековая установка, на которой закрепляются все необходимые элементы, оснащение, инструменты. Можно изготовить шнек самостоятельно из ледоруба, приварив к рабочей части Т-образную рукоять. Но так бурят абиссинский колодец, если грунт достаточно мягкий и рыхлый.

Бурение роторным способом

В качестве привода для бура используется гидравлическая или электрическая установка роторного типа, закрепленная на раме. На конце ударного инструмента находится долото из твердосплавного металла, которое разбивает породу.

Артезианские скважины бурятся иногда другим инструментом. Так, если почва глинистая, рыхлая, мягкая вместо него устанавливают ложковый бур. Это труба со спиралевидной нарезкой. Когда приходится работать с суглинками рабочим узлом является бур-змеевик. Работает по принципу штопора. Выбор зависит от типа грунта. Потребуется оснащение для промывки шурфа и запас воды.

Бурение с промывкой скважины

За один час работы можно пробурить более 13 метров. При этом водоносные пласты залегают на горизонте 40 метров. Этот метод применяется для бурения скважин на песок. Для выполнения работ необходимо организовать два контура подачи промывочной жидкости:

1. Прямая промывка. Промывочный раствор подается в шурф, вымывая породу. Отработанная жидкость вместе с размытым грунтом выбрасывается на поверхность.
2. Обратная промывка. Промывочный состав подается в выработанный шурф, чтобы вымыть почву. Жидкость откачивается на поверхность грязевым насосом.

Подача растворов производится по трубам и шлангам буровой установки. Технология предполагает, что подаваемая жидкость вымывает породу, охлаждает оборудование, а также способствует тому, чтобы обсадные трубы свободно размещались в шурфе.

Бурение скважин ударно-вращательным методом

Ударновращательное бурение применяют для бурения скважин диаметром 100…200 мм, глубиной до 30 м. При ударно-вращательном бурении породоразрушающий инструмент одновременно с усилиями, характерными для вращательного способа, испытывает динамические нагрузки, которые периодически и с большей частотой воздействуют на буровую коронку, что способствует повышению эффективности разрушения породы и резко уменьшает износ коронки по сравнению с вращательным бурением.

Особенность его состоит в том, что ударное действие и вращение бурового инструмента выполняются двумя независимо работающими механизмами – вращателем и погружным пневмоударником (рис. 2, 3).

Порода удаляется из скважины отработанным в пневмоударнике сжатым воздухом или потоком воды, нагнетаемой в скважину. Ударновращательный способ применяется при бурении крепких и трудноразрушаемых пород со значительной трещиноватостью.

Рис. 2 — Ударно-вращательное бурение

Рис. 3 — Ударно-вращательное бурение горных пород

К механизмам ударно-вращательного бурения относятся также пневматические бурильные молотки-перфораторы, используемые для бурения шпуров в породах любой крепости.

Кронблок

Данный блок системы неподвижен. Это рама, на которой расположились опоры со шкивами и оси. На осях размещаются канатные ролики.

Талевые канаты

Сделаны они из прочной качественной стали. Бывают канаты прямой и крестовой свивки. Для бурения скважин, как правило, используются последние. Диаметр каната может быть разным.

Ротор

Необходим для удержания бурильной и обсадной колонны во время спуска и подъема ее на поверхность, а также передачи вращения колонне труб (бурильных). Ротор имеет пневматический клиновой захват для такого рода работ.

Вертлюг

Нужен, для того чтобы соединить талевую систему и бурильную колонну. Также вертлюг отвечает за подачу в бурильные трубы специальной промывочной жидкости. У всех вертлюг одинаковая конструкция. Они могут быть разной грузоподъемности – от 50 до 300 тонн.

Буровой насос

Необходим для подачи в скважину специальной промывочной жидкости под давлением. Если выполняется глубокое бурение, то такие насосы обязательно должны быть способны развивать высокое давление и характеризоваться высокой производительностью. На одной буровой установке может быть смонтировано до 3 насосов, которые при помощи обвязки объединяются в одну единую систему.

Буровой шланг

Такой шланг имеет внутренний рукав из особой резины, отделанный сразу несколькими слоями крепкой ткани (прорезиненной). Эти слои чередуются с лентами из стали. Шланги выдерживают давление до 300 кгс/см2.

Оборудование для бурения скважины на воду

В целом набор необходимого оборудования для бурения может изменяться в зависимости от условий работы и необходимого конечного результата.

Буровая компания БОРА имеет все необходимое оборудование, а также комплектующие и электронику. Все товары имеют необходимые сертификаты и производятся в Европе. Качество производимого оборудования позволит использовать его в течение долгого срока и отлично выполнять любую работу.

Способы разработки скважин

Продолжительность рабочего процесса зависит от глубины водоносного горизонта. Иногда он пролегает на глубине 10 м, а порой скважину приходится углублять до нескольких десятков или даже сотен метров. Каждому методу соответствует определённая установка. Всего четыре способа бурения:

1. Роторный. Используется принцип вращения: ротор обеспечивает вращение бура. Внутрь бура доставляется вода (бурильный раствор). Она выносит наружу шлам (раздробленную породу), а бур при этом остаётся в колодце. Его постепенно наращивают, устанавливая дополнительные штанги. Существуют ещё роторные установки «сухого» бурения, работающие без растворов. Такие механизмы требуют больших усилий, а скорость бурения гораздо ниже. Роторные станки применяются на малую и среднюю глубину — не более 50 метров.
2. Шнековый. Внедрение в почву происходит за счёт шнека — штанги с расположенными винтом лопастями. Вручную можно пробурить всего лишь на два метра, например, под фундамент на сваях. Но чтобы пройти твёрдый слой глины или плотного песка необходимо приложить большое усилие. В этом случае понадобится двигатель с большим вращающимся моментом — ротор. Шнек разрыхляет грунт и выводит его наружу. На податливом грунте используются обычные буры, на твёрдом — буры с резцами, на каменистом шнековые установки бесполезны.
3. Ударно-канатный. Этот способ применяют для бурения колодцев до 300 метров. Тяжёлый груз бросают в скважину на канате. Груз состоит из таких составляющих, как долото, штанга, замок. Падая с высоты, он дробит грунт, после чего его поднимают и снова бросают. Процесс повторяется, пока ствол не достигнет требуемой длины.
4. Ударно-вращательный. Применяется для бурения шахт на глубину от 600 м и глубже. В этом случае используются телескопические ударные штанги, а также бентонитовая глина, благодаря которой укрепляются стенки шахты. Таким методом разрабатываются не только скважины для воды, но и для добычи нефти. Процесс работы обеспечивают передвижные агрегаты, расположенные на тракторе или грузовике.

Пользуясь ударно-вращательной установкой, тратится гораздо меньше физических сил. Однако конструкция довольно сложная и требует определённых затрат, так как некоторые детали нужно будет покупать или изготавливать под заказ.

Бурение с промывкой

В использовании как малогабаритных аппаратов, так и более крупных механизмов, для повышения скорости прохождения породы, рекомендуется применять сверление с промывкой. Данный способ рытья позволяет поднять скорость погружения до 10 м/час, тогда как обычный сухой метод редко когда позволяет достичь скорости более 2 м/час. Существует два вида бурения с промывкой, которые незатейливо именуются прямым и обратным способами.

Прямой – это когда в качестве промывающей жидкости, при неглубоком сверлении, используется обычная вода; она закачивается в штангу, опускается к месту работы бура и оттуда выносит грунт на поверхность.

Обратный – вода закачивается внутрь шахты, а ее отбор производится через штангу с помощью мощного насоса.

Физические способы образования скважин

Рассмотрим термический, гидравлический и электрогидравлический способы образования скважин. Термический способ применяют для бурения очень крепких пород с кристаллической структурой и рыхления мерзлых грунтов. Имеются передвижные станки термического бурения на гусеничном и автомобильном ходу и ручные термобуры. По производительности даже ручное термобурение в 10…12 раз эффективнее механических способов бурения (рис. 8).

Ручной термобур представляет собой металлическую трубку-кожух диаметром 30 мм, в которую вмонтирована реактивная горелка с форсункой, распыляющей керосин. Температура огненной струи, выбрасываемой термобуром, достигает 1800…2000 °С. Если для бурения не требуются такие высокие температуры, то вместо кислорода подводят сжатый воздух. Порода, нагреваясь, раскалывается на мелкие части, выбрасываемые струей газа наверх. Передвижными станками термического бурения можно бурить шпуры и скважины диаметром до 130 мм и глубиной до 8 м, а ручными термобурами — шпуры диаметром 60 мм и глубиной 1,5…2 м.

В мерзлых грунтах шпуры диаметром 50…70 мм и глубиной до 2 м бурят с применением горячего сжатого воздуха. Для бурения используют установку, состоящую из компрессора и калорифера. Сжатый воздух из компрессора, проходя через нагреватель, по шлангам поступает в калорифер. Струя сжатого воздуха, подогретого до 60…90 °С, по шлангу, имеющему перфорированный наконечник, подается в грунт, размораживает его и выбрасывает из шпура.

Рис. 8 — Схемы способов физического бурения: а) схема горелки: 1 – выход воды, 2 – подача кислорода, 3 – подача топлива, 4 – вода, 5 – корпус горелки, 6 – камера сгорания, 7 — упор, 8 — выход газовых струй; б) схема ручного термобура: 1 – насадка, 2 – камера сгорания. 3 – топливная трубка, 4 – щиток, 5 – штанги, 6 – воздушный кран, 7 – монометр, 8 – рукав для воздуха, 9 – топливный кран, 10 – рукав для топлива, 11 – редукционный клапан, 12 – топливный насос, 13 – топливный бак; в) схема гидравлического бурения: 1 – насосная установка для подачи воды, 2 – труба, 3 – обсадная труба, 4 – насадка

Гидравлический способ бурения. При этом способе воду нагнетают в скважину через колонну труб и специальную струйную насадку, прикрепленную к нижней части колонны. Вода размывает забой, и трубы погружаются в грунт. Гидромасса, образованная размывом грунта, под давлением воды выжимается вдоль наружных стенок обсадной трубы, извлекаемой из грунта лебедкой. С помощью гидравлического бурения можно проходить скважины глубиной до 8 м со скоростью до 1 м/мин.

Электрогидравлическое бурение основано на использовании гидравлического удара, который возникает в результате мгновенных давлений в сотни и тысячи атмосфер, создаваемых в жидкости специально сформированными электрическими высоковольтными разрядами. Для сформирования таких разрядов создана установка, позволяющая использовать электрогидравлический эффект для разрушения весьма крепких пород.

Просмотров:
178

Самодельные

Буровые агрегаты встречаются не только заводского типа. Они также могут представлять собой конструкции которые делают своими руками. Хотя стоит сразу отметить, что самостоятельное изготовление такого устройства может быть оправдано только в случае его неоднократного применения или если у вас есть в наличии большая часть комплектующих, инструмента, сварочное оборудование и гаража.

Если вы хотите построить бурильную установку самостоятельно, то следует обратить внимание на простейшую шнековую бурилку, так как ее можно изготовить самостоятельно за несколько дней. Она устанавливается на основание, к которому привариваются направляющие, по ним будет подниматься и опускаться электродвигатель с редуктором, к нему посредством вертлюга будет крепиться бур

Порядок действий следующий:

1. Начать следует с закупки материалов, чтобы изготовить основания, штанг, вертлюг. Также необходимо приобрести лебедку, электродвигатель (2–2,5 кВт) и редуктор.
2. Затем следует изготовить основание, исходя из мощности двигателя и передаточного числа редуктора.
3. Далее нужно сделать вертлюг и штанги. Эти части устройства необходимо покупать, можно заказать у слесаря, он выточит эти детали с необходимой точностью.
4. Затем необходимо собрать всю конструкцию и подготовить место для крепления электродвигателя.
5. Только после этого производится монтаж двигателя и редуктора на раму.
6. Далее необходимо закрепить лебедку и соединить ее трос с рамой двигателя.

После того как собран каркас, смонтирован движок, редуктор и лебедка, можно приступать к изготовлению бура.

Под основания устройства можно взять толстостенную трубу с диаметром не менее 50 мм

В процессе изготовления каркаса важно помнить о геометрической правильности сборки – все устройство должно быть строго соосно. Не забудьте проверить вертикальность и горизонтальность, пробить диагонали и углы наклона

Размеры каждого устройства подбираются индивидуально в зависимости от мощности двигателя.

Обычный шнековый бур также делается самостоятельно из полуторадюймовой трубы и стальных полуколец, которые навариваются на нее в виде спирали, а потом затачиваются. Наконечник изготавливается – методом наваривания стальных полос на конец трубы. Если грунт в предполагаемом месте каменистый, то лучше приобрести заводской бур из закаленной стали.

Чертеж бура на 159 мм

Электрическая лебедка значительно ускорит выемку штанг из скважины. Ее желательно оборудовать пультом управления с возможностью реверса.

Следующим шагом будет создание вертлюга. К сожалению, делать его также должен слесарь по представленному чертежу. Если специалиста нет – вертлюг придется покупать.

Схема вертлюга

Чертеж вертлюга МГБУ

Бурение ударным способом

Используется в рыхлых и мягких грунтах с галечником, разрушается горная порода по всей площади забоя под воздействием ударов бурового снаряда. Импульсы передаются сбрасыванием инструмента на тросах в скважину (канатно-ударный способ) или забиванием бура, закрепленного на штанге (ударно-штанговое бурение). Первый вариант применяется чаще. Масса снаряда 0,5-2,5 т, высота сброса 0,3-1 м, частота — 40-60 уд./мин.

Забивной снаряд — труба с режущей кромкой или долотчатой насадкой. Движение инициируется лебедкой. Удержание грунта внутри цилиндра происходит за счет сил трения.

Достоинства ударного способа:

• возможность бурения выработок большого диаметра;
• контроль уровня водоносного горизонта, исключение загрязнения реагентами для выноса шлама;
• беспроблемное использование зимой;
• продолжительный срок эксплуатации водозабора — до 50 лет.

Недостатки ударного метода: трудоемкость и невысокая скорость проходки. При искривлении скважины возникают сложности с опусканием обсадной колонны. Чтобы избежать трудностей, применяют бур длиной 2 м.