Что из себя представляют установки для бурения скважин на воду и как они работают

Противовыбросовое оборудование, применяемое при бурении скважин

Противовыбросовое оборудование представляет собой разные установки, обеспечивающие безопасность процесса во время работ по герметизации устья нефтяных или газовых скважин. Противовыбросовое оборудование отвечает за подъем-спуск бурильных труб, оперативное управление гидроприводом, обеспечение герметизации и создание противодавления на дегазацию и забой.

Основные составляющие установок – это:

• превенторы, которые герметизируют устье скважины;
• манифольды, необходимые для обвязки превенторов с целью воздействия на скважину;
• системы дистанционного управления задвижками манифольда и превенторами.

Как соорудить шнековую буровую установку

Чаще всего для изготовления скважин используют шнековые агрегаты. Конструкция установки проста и состоит из таких элементов:

1. Квадратной либо прямоугольной рамы для установки направляющих стоек.
2. Направляющих опор для монтажа приводного механизма (мотора-редуктора).
3. Троса с блоком и лебедкой для подъема бурильных штанг.
4. Вертлюга для передачи вращающего момента от привода и подачи промывочного раствора в ствол скважины.
5. Шнека или бура.

В некоторых случаях установка может комплектоваться транспортировочными колесами. Направляющие стойки длиной 2-2,5 м изготавливают из труб круглого либо квадратного сечения. В качестве привода используется электрический мотор-редуктор со скоростью вращения 50-70 об/мин. На выходном валу устанавливают вертлюг, посредством которого вращение передается буровой штанге. Этот элемент должен выдерживать большие нагрузки, поэтому для его изготовления применяют прочный материал. Кроме того, он оборудуется герметичной камерой для подачи воды.

Простой бур самостоятельно изготовить несложно. Делается бур из обычной стали.

Герметичность достигается точностью изготовления и применением прокладочных материалов. Если элемент будет изготовлен некачественно, то, пробурив несколько скважин, его придется менять. Некоторые мастера приобретают деталь заводского производства, которая при правильной эксплуатации позволит пробурить не 1 десяток скважин.

В качестве рабочей части используют либо набор шнеков, либо бур, выполненный из нескольких сегментов. В первом случае в качестве бурильной штанги используют трубу круглого или 6-угольного сечения. В нижней части приваривают 3- или 4-реберный наконечник с победитовыми резцами. На тело штанги монтируют несколько витков шнековой спирали (чаще всего диаметром 180-200 мм). Между сегментами сверлят отверстия для выхода промывочного раствора. Это облегчает процесс бурения и охлаждает детали.

Для соединения штанг используют шестигранное сочленение. Фиксация замка осуществляется при помощи пальца. Иногда применяют резьбовую сборку, но она требует больше времени на монтаж. Вода внутрь штанги подается центробежным насосом из емкости, а шлам из ствола откачивается грязевым насосом в приямок.

Бурение на участке с неглубоким залеганием водоносного горизонта проводится штангой с расположением шнековых витков по всей длине. Достигнув вязких грунтов, штангу нужно периодически извлекать для очистки. При таком бурении промывочный раствор в скважину не подается. Этот способ изготовления ствола более длительный, т. к. много времени уходит на подъем и чистку шнеков.

Использование нефтяных систем

Собираются системы для добычи нефти из модулей и агрегатов. Основой для рабочего оборудования являются металлические вышки с опорами.

Монтируют их поэтапно:

1. Подготавливают земельный участок для размещения системы, при этом проверяют всю технику на работоспособность.
2. Участок размечают и убирают с него все, для чего характерна повышенная огнеопасность.
3. Собирают опорную часть и крепят к ней вспомогательную установку.
4. Собирают оси, стол ротора и центр будущей скважины.
5. Устанавливают опорную вышку и вспомогательное оборудование. Монтаж выполняют подъемным краном.

Транспортировка буровой техники — сложная работа.

Она состоит из:

1. Расчета способа перевозки.
2. Выбора подходящего маршрута для перевозки с учетом всех имеющихся уклонов на местности и качества дороги.
3. Проверки и подготовки всех приспособлений, которыми будет фиксироваться перевозимая техника.
4. Погрузки.

Транспортируют буровую установку до месторождения с помощью полуприцепных механизмов, если это позволяют делать габариты агрегата.

Разновидности аппаратов

Малогабаритная буровая установка (МГБУ) может иметь разную конструкцию, что напрямую влияет на принцип ее работы. Принято выделять несколько видов аппаратов.

Буровая установка (МГБУ)

Шнекового типа

Шнековая буровая установка имеет рабочий инструмент в виде стержня с лопастями (шнек). Для проделывания отверстий небольшой глубины под свайный фундамент оборудование проводится в действие вручную. Если скважина имеет значительную глубину при бурении необходимо использовать мощный двигатель со значительным крутящим моментом.

При помощи шнекового оборудования частицы породы извлекаются из глубины без промывки. Это снижает эффективность работы установки, поэтому она подходит для бурения в грунтах невысокой плотности.

Ударно-канатная установка

Состоит из прочной рамы (чаще всего в виде треноги), а в качестве основного рабочего инструмента используется долото или желонка. Ударный механизм опускается вниз при помощи троса вручную или с применением мотора-редуктора.

Ударно-канатная установка

Роторная установка

Подразумевает вращательное бурение с подачей воды, которая вымывает частицы породы наружу. Оборудование данного типа может приводиться в действие вручную, например, для устройства винтовой сваи. Для устройства скважин со значительной глубиной применяется электрический привод.

Установка для роторного бурения

Преимущества малогабаритных установок для бурения скважин

Небольшие по мощности буровые установки не подойдут для бурения артезианской скважины или для добычи нефти. Несмотря на это они активно используются для частных хозяйств.

Малогабаритные бурильные аппараты отличаются следующими преимуществами:

Схема малогабаритной буровой установки

• отсутствие сложностей при эксплуатации;
• не занимают много места, мобильные;
• во время применения оборудования отсутствует вред для окружающей территории, что актуально на участках с существующей застройкой и ландшафтным оформлением;
• существует возможность эксплуатации в ограниченном по площади пространстве – в гаражах, подвалах;
• оборудование легко в транспортировке на любые расстояния;
• малогабаритные устройства работают от обычной розетки в 220 В, или от мобильного источника питания;
• бурение при помощи таких аппаратов осуществляется быстро, без проведения подготовительных работ.

Характеристики буровых установок

• Назначение буровой установки
• Грузоподъёмность/глубина бурения
• Тип привода
• Способ бурения
• Тип шасси (для самоходных установок)
• Крутящий момент (кНм)

БУРОВЫЕ НАСОСЫ

Основной элемент бурового насоса представляет собой пор­шень, совершающий возвратно-поступательные перемещения в цилиндре и создающий давление для движения объема жид­кости. Буровые насосы обычно используют для обеспечения циркуляции большого количества бурового раствора (19— 44 л/с) по бурильным трубам через насадки на долоте и об­ратно на поверхность. Следовательно, насос должен создавать давление, достаточное для преодоления значительных сил со­противления, и перемещать буровой раствор.

Применяют насосы двух типов:

двухцилиндровые насосы (дуплекс-насосы), включающие в себя два поршня двойного действия (в этом типе насоса пор­шень создает давление одновременно при поступательном и об­ратном ходе);

трехцилиндровые насосы, в состав которых входят поршни одинарного действия (в этом типе насоса поршень создает дав­ление только при поступательном ходе).

Регулировать объем и давление можно, изменяя внутренний диаметр цилиндра (путем использования цилиндровых втулок разных диаметров) или размеры поршня.

Это интересно: Как рабтает аппарат для разгонки нефтепродуктов АРН-ЛАБ-03?

Гидробурение

Осуществляется мощной струей воды из специального бурового инструмента. Преимущество технологии в том, что возможно гидробурение скважин в каменистой почве.

Нагрузка струи обеспечивается весом штанги и бурильной оснастки. В установку заливают специальный раствор, который потом направляется в подготовленный приямок.

Последовательность гидробурения своими руками:

• В первую очередь устанавливается малогабаритная конструкция или МБУ для гидробурения.
• Начинать работы лучше всего с утра.
• Если бурение происходит в песчаной почве, то необходим большой запас жидкости.
• Перед работой глина смешивается в раствор в подготовленном приямке. Замес выполняется посредством строительного миксера. Консистенция должна напоминать кефир.
• Далее по шлангам подается раствор к работающему буру.
• Постепенно жидкость шлифует стенки и углубляется в почву. Раствор используется по кругу.

Эта технология содействует дополнительному усилению стенок образующегося источника.

Методы бурения

Методы бурения классифицируют по двум параметрам.

В зависимости от применяемого механизма бурение может быть:

• Механическое;
• Ручное.

Варианты исполнения скважины

В зависимости от принципа работы буры:

• Ударно-вращательный метод;
• Ударный;
• Вращательный.

Рассмотрим, чем примечательная каждая технология бурения скважин на воду и как она выполняется.

Ручной способ

Ручное бурение скважины вполне подходит для самостоятельного выполнения процесса при наличии всех нужных инструментов. Такой колодец будет не более тридцати метров, почву пробивают до достижения слоя воды.

Для этого понадобятся обсадные трубы, штанги, лебедка и буровые головки разных параметров. При создании более глубокой скважины, нужна бурильная вышка для подъема и погружения бура.

Если штанги не нашлось, сделать ее можно, соединив трубы шпоном или резьбой. К концу нижней штанги крепят буровую головку. Процесс выглядит следующим образом:

Шнек-бур и станок для бурения скважин своими руками

1. Над местом предполагаемой скважины размещают вышку так, чтоб она была несколько выше длины штанги.
2. Лопатой выкапывают небольшое углубление для бура.
3. Вставить бур в углубление и вращать его. Возможно, понадобится помощь, потому что при углублении движение бура будет затрудняться.
4. Пробив полметра, остановитесь, выньте бур и прочистите его от налипшей земли.
5. Достигнув водяного слоя, откачайте три-четыре ведра грунтовой воды.

Последнее действие необходимо для устранения грязной воды и может быть выполнено погружным насосом.

Роторный способ

Это вращательный метод, который чаще всего используется при бурении глубокой скважины. Для этого понадобится специальная установка, оснащенная трубой. В этой трубе имеется вращающийся вал и долото. Воздействие на долото выполняется за счет гидравлической установки. Грунт из пробуренной скважины вымывают специальным раствором.

Таким образом, труба располагается над местом бурения и при вращении вала и долота пробивает почву. Жидкость может подаваться по стволу сверху вниз, тогда раствор, вымывая землю, выходит наружу через затрубное пространство. Такой способ называют прямой промывкой.

Может быть применена и обратная промывка, при которой раствор самотеком идет в затрубное пространство и после пробивания выкачивается погружным насосом.

Ударно-канатный способ

Метод основан на падении максимально тяжелого инструмента, обычно забивного стакана, с вышки в месте предполагаемой скважины. При  желании самостоятельно применить ударно-канатную технологию, потребуется:

• Прочный канат;
• Забойный стакан – обычно прочная металлическая труба, подвешенная на канате;
• Инструменты для уборки грунта.

Технология и последовательность действий:

Ударно-канатный способ – технология бурения

1. Изготавливают вышку в форме треноги из стальных труб или крепких бревен. Высота зависит от длины забойного стакана и должна превышать ее на 1,5 метра.
2. Забойный стакан изготавливают из стальной трубы, на конце которой находится режущее приспособление.
3. К верхней части стакана крепят трос.
4. Регулируя трос, стакан быстро отпускают на место пробоя.
5. Землю из стакана извлекают через каждые пробуренные полметра.

Для создания глубокого колодца привлекают установки типа УГБ-1ВС.

Шнековый способ

Бурение скважины шнеком

Метод взял свое название от основного применяемого инструмента – шнека или Архимедового винта. Он выглядит как буровая штанга, к которой приваривают лопасти спирально. Вращая такой шнек, земля выносится на поверхность и собирается.

Для более глубокого колодца понадобится аренда малогабаритной легкоперевозимой буровой установки, так как самостоятельно изготовленный шнек бурит не более чем на десять метров в глубину.

Стоит отметить, что шнековый способ подойдет только в том случае, если грунт богат песчаной породой. Кроме того, если шнек сталкивается на своем пути с камнем, придется искать другое место для пробивания грунта и остановить работу.

Колонковый способ

Колонковая технология все реже используется в наши дни для бурения скважин под воду. Чаще применяется для гидрогеологических исследований. Для этого используется оборудование типа ЗиФ-650, которое извлекает столб грунта, создавая так называемую колонку.

Схема колонкового долота для бурения скважины под воду

Разрушение грунта проводится кольцевым способом, затем он вымывается. Скорость такого обустройства достаточно высокая, кроме того, позволяет пробивать твердые породы, но требует больших затрат на аренду серьезного геологического оборудования.

Эксплуатация нефтяных систем

Установка нефтяных систем производится блоками или агрегатами. В качестве монтажных основ используют облегченные опоры. Перед установкой машины осуществляется подготовка площадки, на которой будет вестись работа по сборке самой машины и сопутствующего оборудования. Подготовка включает в себя разметку и освобождение пространства от пожароопасных предметов. Опорную часть всей системы составляют лебёдочно-роторный блок и приключенные к нему болтами хозяйственная и вспомогательная установки. Далее собираются вертикальные оси, стол ротора и будущий центр скважины. В заключительном этапе монтируются вышка и примыкающее к ней оборудование. Сборка производится специальным машинным краном.

Карта расположения мест расположения буровых установок на нефть

По способу монтажа буровые машины для добычи нефти бывают:

• поагрегатные, когда сборка ведётся отдельными узлами и элементами;
• мелкоблочные, когда монтируются отдельные составляющие блочных систем;
• крупноблочные, когда заранее собранные системы скрепляются между собой на месте проведения работ.

Доставка буровой установки для бурения скважин на нефть установки к месту работы — сложный процесс. Транспортировку оборудования производят при помощи тягача и модульных систем. Если размер установки позволяет, то используют полуприцепной механизм. Весь процесс транспортировки устройства к площадке добычи условно можно разделить на этапы:

1. проводится расчёт, согласно которому решается вопрос о средствах транспортировки;
2. подготовка маршрута перевозки с учётом надёжности дорожного полотна, естественных уклонов и препятствий;
3. подготовка крепёжного оборудования, которое должно надёжно зафиксировать элементы системы в процессе движения;
4. погрузка.

По способу передвижения нефтяные установки бывают:

• самоходные, имеющие собственную моторную базу;
• передвижные, которые перемещаются при помощи специальных машин;
• стационарные, транспортировка которых возможна по частям или блокам.

На видео принцип работы буровой установки на нефть:

Что нужно для обустройства скважин – оборудование

Для обустройства скважины можно применять стальные трубы.

Трубы.  Чаще всего для этих целей используют стальные трубы. Некоторые люди делают выбор в сторону оцинкованных труб, так как они дешевле, имеют более легкий вес и стойкие к коррозии. Но указанный вариант надо выбирать только в том случае, когда вода будет использоваться исключительно в технических целях. Это обусловлено тем, что в воде постоянно будет растворяться цинк, а он негативно влияет на здоровье человека. Если говорить о пластиковых трубах, то они безвредные, но имеют небольшую прочность и плохо противостоят смещениям грунта, поэтому их срок службы до 25 лет, тогда как стальные трубы будут служить не менее 50 лет. Оптимальным вариантом для скважин считается установка стальной трубы с пластиковым вкладышем

Такие трубы имеют высокие эксплуатационные характеристики, но их стоимость значительно выше, чем просто металлических труб.
Насос. Так как воду из скважин подает насос, то его выбору необходимо уделить особенное внимание. Экономить на покупке качественного насоса нельзя, так как если он выйдет из строя, то его замена будет стоить вам не только дополнительных расходов, но и времени, а также физических усилий. Если скважина неглубокая, то будет достаточно установить насос типа «Водолей» или «Малыш»

Хорошее качество и долговечность имеют насосы таких торговых марок, как PEDROLLO, GRUNDFOS, EBARA, SPERONI, WILO, NOCCHI. Для того чтобы насос не оборвался и была возможность проведения его ремонта, он должен быть установлен на страховочный трос. При выборе насосного оборудования необходимо учитывать такие показатели скважин, как статический и динамический уровень воды.
Фильтр. Так как в воде может содержаться песок, то для предотвращения его попадания в насос и в трубопровод на конце скважин должен быть обязательно установлен специальный сетчатый фильтр.
Кессон. Для того чтобы защитить скважину от попадания в нее грунтовых вод и чтобы в зимний период не произошло замерзание ее устья, устанавливают такое сооружение, как кессон. Обычно это камера, которая имеет размеры в диаметре до 1 метра и в глубину до 2 метров, она должна превышать глубину промерзания грунта для указанной местности.
Гидроаккумулятор. Данное устройство представляет собой напорный бак, он используется для установки предела повышения давления, позволяет уменьшить количество включений насоса и сглаживает возможные гидравлические удары.

Глубина бурения

Расположение водоносных слоев относительно поверхности почвы зависит не только от региона и гидрологических особенностей. Играет роль, вода какого качества является целью бурения. Специалисты различают три ключевых водоносных пласта различных по качеству воды, мощности запасов влаги, глубине залегания.

Недалеко от поверхности (3-10 м) находится первый водяной пласт, называемый верховодкой. Это как раз та вода, до которой можно без особых сложностей пробиться, если бурить своими руками. На пути бурения крайне редко попадаются твердые породы, поэтому, имея небольшой опыт и несложный инструмент, есть возможность устроить абиссинский колодец (так называется скважина для добычи влаги из верховодки). Мощность поверхностных водяных пластов небольшая, поэтому на дебет выше 0,5 м3 в час не стоит рассчитывать. Качество воды в большинстве случаев невысокое, которого хватает только для обеспечения технических потребностей.

Залегание песчаных водоносных пластов находится на глубине 10-35 м. Здесь удовлетворительная по качеству вода, значительнее мощность притока (дебет до 1 м3). Бурить своими руками до песчаного водоноса вряд ли целесообразно, хотя опыт показывает, что некоторым усердным водяным «старателям» это удавалось, если горизонт находился на небольшой глубине (до 15 м). В большинстве же случаев для устройства колодца «на песок» применяют механизированные методы бурения.

Глубже всего расположены известняковые водоносы (30-250 м), до которых бурением своими руками точно не добраться при самом поверхностном их расположении относительно поверхности почвы. Для того, чтобы достать рыхлый известняк, несущий самую качественную артезианскую воду, иногда не всякая бурильная техника подойдет. Приток воды здесь намного выше (3-5 м3) и зависит от мощности пласта и совершенства скважины. Теперь рассмотрим применяемые сейчас способы бурения скважин на воду, в том числе выполнимые своими руками.

Буровые установки глубокого бурения

Установки на глубокое бурение применяются для различных научных, поисковых, добывочных и строительных работ, где требуется устройство масштабных по размерам ям и скважин:

При разведывательном и установочном сверлении нефтяных и газовых скважин на суше используется буровое оборудование с возможностью углубления в толщу земли на глубину до 1000-10000 метров. Такие установки могут быть как самоходными, так и несамоходными, использующими разные виды бурения:

1. Вертикального направления столба получаемых отверстий,
2. С наклонным расположением скважины,
3. Кустовое бурение групп разведочных отверстий,
4. Буровые работы многозабойного типа.

Буровые установки для бурения скважин под водой, в морских глубинах, где работы осложняются отдалением устья скважины от основания буровой установки посредством толщи воды. Здесь используется несколько разных типов агрегатов с возможностью подводного бурения:

1. Стационарные установки с наличием морской платформы,
2. Стационарные установки с наличием гравитационной платформы,
3. Самоподъемные бурильни,
4. Полупогружные аппараты,
5. Специализированные буровые суда.

Для глубокого бурения взрывных скважин на разработках полезных ископаемых используются мощные перфораторы либо установки колонкового типа, а в труднодоступных местах кроме колонков применяются телескопные перфораторы. Эти агрегаты чаще всего устанавливают на самоходных шасси.

Основные способы бурения скважин

Для того обеспечить постоянное водоснабжение дома питьевой водой, есть два основных – шнековое и роторное.

Схема работы шнека 1 – скважина; 2 – реборды; 3 – разбуренная порода; 4 – долото.

1. Шнековое бурение скважин. Для указанного способа используется специальный лопастный резец. После того как происходит разрушение породы, она удаляется шнеком, и таким образом выполняется бурение скважин. Этот способ подходит в том случае, когда работа ведется в мягких породах и на глубинах до 30 м. Для проведения работ используют небольшие самоходные установки. Если на пути бурения скважин с использованием указанного метода встречаются камни или твердые породы, то его использование становится невозможным. Такие скважины обычно имеют диаметр от 127 до 133 мм.
2. Роторное бурение скважин. Для проведения работ с использованием указанного способа используются более мощные установки, обычно они установлены на базе автомобилей. Работа проводится при помощи долот разного диаметра с последующей промывкой буровым раствором. После того как порода измельчена, ее вымывают при помощи промывочного раствора. Чтобы создать дополнительную нагрузку на долото, используют специальные утяжеленные трубы. После того как прошли первый участок, в скважину опускают обсадную трубу, это необходимо, чтобы не допустить осыпания неустойчивых пород. Далее, бурение скважин проводится внутри обсадной трубы долотом меньшего диаметра, расстояние между трубой и породой заливают цементным раствором. После того как пробурили скважину, ее промывают и сдают в эксплуатацию. Этот тип скважин может иметь диаметр от 127 до 324 мм, все зависит от глубины данного сооружения, мощности и типа используемого насоса.

Лопастные виды долот

В зависимости от типа своей  конструкции, а также от оснащенности твердосплавными элементами, долота лопастного типа используют при бурении:

• мягких пород;
• пород  средней твердости;
• мягких пород, в которых есть малоабразивные средние пропластки;
• при необходимости разбурить  цементные пробки  или металлические детали нижней части  обсадных трубных колонн;
• при необходимости расширения скважинного ствола.

В настоящее время на практике применяются следующие виды лопастных долот:

• двухлопастные с проточной промывкой (диаметр варьируется от 76-ти до 165,1 миллиметра);
• трехлопастные с проточным или гидромониторным видом промывки (диаметры – от 120,6 до 469,9 миллиметров);
• трехлопастные долот с  истирающе-режущим принципом действия с проточной промывкой или промывкой с помощью гидромонитора (диаметр – от 190,5 до 269,9 миллиметров);
• шестилопастные истирающе-режущие долота с двумя типами промывки (диаметр – от 76-ти до 269,9 миллиметров);
• пикообразные с проточной промывкой (диаметр – от 98,4 до 444,5 миллиметров).

В настоящее время промышленность производит такие типы долот лопастного вида (к пикообразным – не относится):

• долота для бурения мягких пород (литера М);
• для мягких пород со среднетвердыми  пропластками (МС);
• для абразивных мягких абразивных пород со среднетвердыми  пропластками (МСЗ);
• для среднетвердых пород (С);

Пикообразные лопастные долота бывают двух видов:

• применяемые для расширения скважинного ствола (литера Р);
• для разбуривания металлических элементов и  цементных пробок в нижней части обсадной колонны (Ц).

Достоинства самодельных бурильных установок

Самодельные малогабаритные скважинные установки обладают следующими преимуществами:

Самодельная бурильная установка.

• небольшие размеры, что позволяет не испортить ландшафт приусадебного участка;
• длительный эксплуатационный период, возможный благодаря промывочной жидкости, из-за которой оборудование не перегревается;
• простота использования — с бурением можно справиться даже в одиночку;
• экономическая выгода — для бурения не нужно оплачивать работу специалистов, покупать дорогостоящее буровое оборудование.

Самодельная скважинная система выгодна, когда пользователь хочет не только проводить работы на своей территории, но и помогать другим людям.