Типы буровых установок для бурения скважин на нефть, газ и воду: по методу бурения и виду выполняемых работ, по типу привода, месту установки и способу передвижения

Обзор типов и классификации буровых установок

Установка для бурения скважин представляет собой сложную совокупность элементов. Комплектация машины, то есть комплект элементов зависит от её назначения.

Типы буровых установок

Огромный ассортимент оборудования, который представлен моделями отечественного и иностранного производства, позволяет группировать машины по многим параметрам.

Наиболее часто используемыми классификационными критериями являются:

методика бурения скважины;
тип работы машины;
тип привода оборудования;
глубина проделываемых скважин;
способ перемещения;
место базирования устройства.

Классификация по методу бурения

На основании этого показателя выделяют следующие типы буровых установок для бурения скважин:

Машины для вращательного бурения. Техника проделывает отверстие и разрушает грунт при помощи специального инструмента. Он вращается и плотно прилегает к забою. Породоразрушающим устройством может выступать долото или усиленная коронка. Подобную технику применяют для неглубокого бурения.
Машины для вращательно-ударного бурения. Они воздействуют на грунт или породу посредством ударов по инструменту, который постоянно вращается. Породоразрушающим инструментом может быть коронка или долото, армированное усиленными вставками. Устройство этого типа может применяться для проделывания скважин до 2000 метров глубиной.
Техника для ударного бурения. Она работает на основе падающего снаряда. Также удары могут наноситься по установленному в забое снаряду.

Устройство ударного бурения применяется для проделывания скважин в рыхлых и мягких породах, в твердых грунтах система может работать не глубже 100 метров.

Установки с вибрационным бурением. Породоразрушающее приспособление снабжено колонкой бурильных труб. Через нее передается вибрационная нагрузка. Генератором вибрации выступает поверхностное устройство, а основной элемент системы — виброзонд. Подобные машины можно использовать только при бурении пород, которые подвергаются физическому уплотнению.
Техника для огнеструйного бурения. Машина разрушает породу и проделывает скважину при помощи газовых струй высоких температур. Огненные потоки передвигаются со скоростью звука и генерируются в недрах специальной горелки. Устройства подобного вида используются для грунта и пород с кристаллической основой.
Техника для разрядно-импульсного бурения. Машины воздействуют на грунт электрическими разрядами и могут использоваться исключительно для глубинного уплотнения пород.

Разделение по виду выполняемых работ

В соответствии с этим критерием установки для бурения скважин бывают:

Эксплуатационные. Машины применяются на стадии разведки пород в месторождении. Их основная цель — забор проб грунта для уточнения данных о геологии.
Разведывательные. Эта техника применяется для сбора проб грунта с месторождения. По итогам его исследования необходимо определить значение промышленного объекта.
Для бурения технических скважин. Отверстия необходимы при строительстве зданий и сооружений различного назначения, для устройства фундаментов. Также их можно причислить к типу буровых установок на нефть и газ.

По виду приводного устройства

Буровые машины бывают:

Электрические. Работоспособность системы обеспечивается питанием от электрического генератора или электрической сети. Подобные машины применяются в основном для проделывания водозаборных скважин индивидуального использования.
Электрогидравлические. Машины применяются для бурения скважин в твёрдых грунтах. Основными рабочими механизмами являются конусообразный цилиндр и диэлектрический держатель. Преимущественные сферы эксплуатации техники — строительство, разведывание месторождений, добыча полезных ископаемых.
Дизель-электрические. Особенностью машины является независимая работа основных механизмов. В действие они приводятся электрическим приводом.

Данная техника способна бурить скважины для эксплуатационных и разведывательных работ.

Дизельные. Эти машины выпускаются преимущественно малогабаритными. Они обладают высокой степенью мобильности, а работоспособность обеспечивает мощный дизель.

Классификация по способу передвижения

Исходя из этого критерия, буровая техника бывает:

Самоходная буровая установка

Передвижная или мобильная буровая установка. Модульная структура установки снабжена индивидуальной мобильной базой.

На фото мобильная буровая установка

Стационарная. Блочная система оборудована элементами для монтажа и усиленными опорами.

Стационарная буровая установка

По глубине скважин

Установки способны проделывать отверстия:

неглубокие — до 600 метров;
средней глубины — до 6000 метров;
глубокие — более 6000 метров.

Обзор типов и классификации буровых установок

Типы буровых установок

Наиболее часто используемыми классификационными критериями являются:

методика бурения скважины;
тип работы машины;
тип привода оборудования;
глубина проделываемых скважин;
способ перемещения;
место базирования устройства.

Классификация по методу бурения

На основании этого показателя выделяют следующие типы буровых установок для бурения скважин:

Машины для вращательного бурения. Техника проделывает отверстие и разрушает грунт при помощи специального инструмента. Он вращается и плотно прилегает к забою. Породоразрушающим устройством может выступать долото или усиленная коронка. Подобную технику применяют для неглубокого бурения.
Машины для вращательно-ударного бурения. Они воздействуют на грунт или породу посредством ударов по инструменту, который постоянно вращается. Породоразрушающим инструментом может быть коронка или долото, армированное усиленными вставками. Устройство этого типа может применяться для проделывания скважин до 2000 метров глубиной.
Техника для ударного бурения. Она работает на основе падающего снаряда. Также удары могут наноситься по установленному в забое снаряду.

Установки с вибрационным бурением. Породоразрушающее приспособление снабжено колонкой бурильных труб. Через нее передается вибрационная нагрузка. Генератором вибрации выступает поверхностное устройство, а основной элемент системы — виброзонд. Подобные машины можно использовать только при бурении пород, которые подвергаются физическому уплотнению.
Техника для огнеструйного бурения. Машина разрушает породу и проделывает скважину при помощи газовых струй высоких температур. Огненные потоки передвигаются со скоростью звука и генерируются в недрах специальной горелки. Устройства подобного вида используются для грунта и пород с кристаллической основой.
Техника для разрядно-импульсного бурения. Машины воздействуют на грунт электрическими разрядами и могут использоваться исключительно для глубинного уплотнения пород.

Методы бурения

Разделение по виду выполняемых работ

В соответствии с этим критерием установки для бурения скважин бывают:

Эксплуатационные. Машины применяются на стадии разведки пород в месторождении. Их основная цель — забор проб грунта для уточнения данных о геологии.
Разведывательные. Эта техника применяется для сбора проб грунта с месторождения. По итогам его исследования необходимо определить значение промышленного объекта.
Для бурения технических скважин. Отверстия необходимы при строительстве зданий и сооружений различного назначения, для устройства фундаментов. Также их можно причислить к типу буровых установок на нефть и газ.

По виду приводного устройства

Буровые машины бывают:

Электрические. Работоспособность системы обеспечивается питанием от электрического генератора или электрической сети. Подобные машины применяются в основном для проделывания водозаборных скважин индивидуального использования.
Электрогидравлические. Машины применяются для бурения скважин в твёрдых грунтах. Основными рабочими механизмами являются конусообразный цилиндр и диэлектрический держатель. Преимущественные сферы эксплуатации техники — строительство, разведывание месторождений, добыча полезных ископаемых.
Дизель-электрические. Особенностью машины является независимая работа основных механизмов. В действие они приводятся электрическим приводом.

Классификация по способу передвижения

Исходя из этого критерия, буровая техника бывает:

Самоходная буровая установка

На фото мобильная буровая установка

Стационарная. Блочная система оборудована элементами для монтажа и усиленными опорами.

Стационарная буровая установка

По глубине скважин

Установки способны проделывать отверстия:

неглубокие — до 600 метров;
средней глубины — до 6000 метров;
глубокие — более 6000 метров.

Классификация по месту установки

Наземные. Такая техника устанавливается на твёрдый грунт.
Морские. Устройства снабжены специальной платформой для надводного монтажа и опорами для подводного дна. Такой тип буровых установок используется для бурения нефтяных и газовых скважин.

Фото морских буровых установок

Буровая установка для бурения скважин на нефть и газ

Современные буровые установки для бурения на нефть и газ в России производят всего два предприятия – это «ВЗБТ» и «Уралмаш» (УЗТМ).

ОАО «Уралмаш» для работ по разведочному бурению предлагает несколько буровых установок с предельной глубиной бурения от 2,5 до 2,9 тыс.м. и грузоподъемностью до 175 т. Мобильные/передвижные установки перевозятся с помощью тягачей типа МАЗ-537 или КЗКТ-7428.

Одни из самых распространенных установок

БУ-2500/160 ДП-БМ. Дизельный двигатель. Оснащается наклонной вышкой. Блочно-модульная конструкция.
БУ-2900/175 ЭР-П. Электродвигатель с регулируемым приводом. Передвижная.
БУ-2500/160 ДЭ-П. Дизель-электрический двигатель. Передвижная.

Для бурения эксплуатационных газовых и нефтяных скважин применяются блочно-модульные кустовые буровые установки с максимальной глубиной бурения до 4,5 тыс.м. и грузоподъемностью до 270 т.

БУ-3900/225 ЭПК(ДЭП)-БМ
БУ-4000/250 ЭПК(ДЭП)-БМ
БУ-4500/270 ЭПК(ДЭП)-БМ

Они уже успешно работают на территориях Западной и Восточной Сибири, в Сургуте. Привод тиристорный. Способ бурения – турбинный или роторный. Питание к установкам подается от электросети переменного тока (ЭПК) или от дизель-электростанции (ДЭП) с мощностью от 1000 кВт. Температурный режим работы составляет от -45 до +40 С.

Все оборудование, как основное, так и вспомогательное, поставляется производителем в полной готовности и представляет собой модульную систему. Внутри самих буровых установок все предназначено для комфорта и удобства работы. Видеокамеры позволяют обслуживающему персоналу контролировать весь процесс бурения. Для управления предусмотрены переключатели, удобные современные джойстики с пультами управления, а не классические и привычные для бурильщика рукоятки. Очистка бурового раствора осуществляется с помощью 4-х ступенчатых, экологически чистых циркуляционных систем. Буровые установки, производимые заводом «Уралмаш» уже вышли на мировой уровень, они сертифицированы и соответствуют современному стандарту ISO9001. Самой массовой установкой на данный момент считается БУ-3900/225 ЭПК-БМ, с условной глубиной бурения до 3,9 тыс.м. и грузоподъемностью 225 тонн, привод электрический от электросети переменного тока. В ее разработке участвовали специалисты нефтяных компаний, чтобы она максимально соответствовала их требованиям. Можно с уверенностью сказать, что российские буровые установки гораздо больше подходят к нашим условиям эксплуатации, нежели зарубежные аналоги.

Основные характеристики БУ-3900/225 ЭПК-БМ

Допускаемая нагрузка на крюке: 2250 кН
Условная глубина бурения: 3900 м.
Высота основания (отметка пола буровой): 7,5 м.
Тип привода: электрический, регулируемый, от постоянного тока
Масса буровой установки: 1100 т.
Вышка: А-образная, секционная
Оснастка талевой системы: 5х6
Полезная высота вышки: 45 м.
Номинальная длина бурильной свечи: 24-25 м.
Основание: блочно-модульное
Расчетная мощность лебедки на входном валу: 750 кВт
Вертлюг
Статическая грузоподъемность вертлюга: 2500 кН
Максимально-допустимое давление промывочной жидкости: 32 МПа
Ротор: Р-700 с ПКР 560М
Расчетная мощность привода ротора: 630 кВт
Диаметр отверстия в столе ротора: 700 мм
Допускаемая статическая нагрузка: 2500 кН
Насос: ВНБТ-950
Мощность насоса: 950 кВт
Максимальная подача: 46 л/с
Максимальное давление: 32 МПа
Циркуляционная система*
Общий полезный объем циркуляционной системы: 168 куб.м.
Количество ступеней очистки: 4

Классификация буровых установок

Разведочное и эксплуатационное бурение на нефть и на газ в нашей стране в более чем половине случаев осуществляется с помощью буровых установок с дизельным приводом. Все это потому, что работы ведутся в тех районах, где электричества отсутствует в радиусе нескольких сотен километров. Дизельный приводы постоянно совершенствуются, растет их мощность и техническая составляющая. Но кроме основного бурового инструмента, энергии требуют и обслуживающее освещение, и такие агрегаты как компрессоры, центробежные насосы. Для этих целей каждая буровая установка комплектуется дизельной электростанцией на 100-200 кВт мощности. Обслуживают их специалисты по дизельный двигателям и электрики.

ЭПК установки, т.е. те, что питаются от электросети, имеет ряд преимуществ перед дизельными аналогами. В первую очередь – это масса, которая на 20% меньше. Во-вторых – их обслуживание проще и экономически более выгодно. В-третьих – скорость бурения, она зачастую выше благодаря более высокому КПД у электродвигателей. А так же в их конструкции заметно меньше деталей, узлов и агрегатов, которые имеют свойство быстро изнашиваться в тяжелых условиях работы (в которых обычно и работает большинство наших буровых установок). Но по большому счету, отличие установок с электроприводом от дизельных заключается лишь в самом приводе и все.

Конструкция типовой А-образной буровой установки для бурения скважин на нефть и газ

Для того, чтобы перемещать вычешно-лебедочный блок со всем оборудованием и бурильными трубами в пределах куста, все установки кустового бурения оборудуются специальным механизмом, который двигает всю эту махину по рельсам. Тот же механизм отвечает за горизонтальное выравнивание собственно в процессе самого бурения.

Что касается выбора класса буровой установки, при разработке газового или нефтяного месторождения, то тут основными показателями являются сама конструкция скважины и глубина бурения по проекту.

Буровые вышки делятся на два типа: башенные и А-образные. Для прямого, визуального контроля за процессом бурения в середине любой вышки устанавливается специальный балкон. В нем дежурит один из помощников бурильщика. Кронблок монтируется на верхней площадке вышки, соединяясь талевым канатом с талевым блоком.

Современные А-образные вышки оснащаются АСП механизмом (Автомат Спуска Подъема труб). А основания вышки могут быть разными, но к ним предъявляются несколько важных требований: прочность/устойчивость, надежность при многократных транспортировках, монтажепригодность.

Основным механизмом любой буровой установки для бурения скважин на нефть и газ является буровая лебедка. Она занимается подъемом и спуском бурильных и обсадных труб и передачей вращения ротору. Место монтажа самого ротора это центр буровой площадки. Ротор передает вращение бурильной колонне при роторном типе бурения. Так же ротор удерживает на весу всю колонну бурильных и обсадных труб. А с помощью карданной передачи или с какого либо другого индивидуального привода уже ротор приводится в движение через ту самую буровую лебедку.

Буровой раствор, под большим давлением, подается в бурильную колонну с помощью вертлюга. Его подвешивают на прочный крюк и соединяют с гибким буровым рукавом, который в свою очередь подсоединен к стояку. Вообще вертлюг можно назвать промежуточным звеном между этим самым буровым рукавом, талевым блоком и буровой колонной.

Буровая установка

Буровые установки для разработки и разведки нефтяных и газовых месторождений в общем виде включают в себя:

– Циркуляционное оборудование (буровые насосы, вертлюги, емкости, манифольды)

– Буровые сооружения (буровые вышки, мостики, основания вышки, стеллажи)

– Оборудование для приготовления буровых растворов (шламовые насосы, гидроворонки, гидромешалки)

– Силовое оборудования для привода лебедки, буровых насосов, ротора (дизельные двигатели, электрические двигатели)

Все буровые установки комплектуются приводом главных механизмов (дизельный с механической трансмиссией или электрический с цифровой системой плавного регулирования)

В некоторых случаях возможна комплектация независимым приводом ротора

Кинетическая основа буровой установки – подъемный механизм
Подъемный механизм запускается при возникновении динамической нагрузки.
Динамические нагрузки возникают при спускоподъемных операциях вследствие действия ускорения или замедления, а также упругих колебаний, создаваемых во время переходных процессов.

В качестве источников динамических нагрузок выступают толчки и удары, возникающие при подхвате колонны труб и переходах талевого каната на последующий слой навивки. Динамической нагрузке также могут способствовать зазоры и монтажные смещения в сочленениях узлов и деталей подъемного механизма и его привода.

Применение буровых установок

Буровые установки применяются:

Для бурения неглубоких скважин (до 25м) и скважин небольшого диаметра(76-219 мм) при сейсморазведке.
Для бурения скважин средней глубины (до 600м) – структурных и поисковых скважин на твердые полезные ископаемые
Для бурения глубоких скважин (до 6000м). Добыча нефти и газа, а так же для разведки новых нефтяных и газовых месторождений.
Сверхглубокое бурение скважин (до 15000м) для добычи нефти и газа и разработки новых месторождений.
Бурение скважин на воду.
Капитальный ремонт нефтегазовых скважин.
Испытания скважин на нефть и газ.

По функциональному назначению буровые установки делятся на:

установки для инженерно-геологических изысканий
установки для добычи воды, работ по водопонижению и геотермальному теплоснабжению, для различных гидрогеологических работ
установки для строительных работ (бурение под свайные и микросвайные основания, для установки анкеров)
установки для геологоразведочных работ
установки для сейсморазведочных работ
установки для сооружения опор ЛЭП

Конструкция буровых установок

Исполнительные органы (главные) – лебедка, ротор, вышка, талевая система, вертлюг, буровой насос, циркуляционная система.

Энергетические органы – дизельные двигатели, электродвигатели, приводы, силовая гидросистема, пневмо-гидросистема

Вспомогательные органы -механизмы передвижения, вспомогательная лебедка, металлоконструкции, системы освещения, системы водоснабжения, системы отопления, системы вентиляции и др.

Органы информации – контроль параметров бурения

Органы управления

Буровая вышка

Буровая вышка – это ключевой узел в оборудовании буровых установок. Выполняет следующие функции:

Поддержание бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой.
Спуско-подъемные опреации с обсадными и бурильными трубами

3. Размещение талевой системы и средств механизации спускоподъёмных операций, в частности механизмов АСП, КМСП или платформы верхового рабочего, устройства экстренной эвакуации верхового рабочего, системы верхнего привода и вспомогательного оборудования.

Размещение бурильных труб

Классификация буровых вышек

По назначению – для капитального ремонта скважин и соответствующих агрегатов, для морских буровых установок, для передвижных буровых установок, для стационарных буровых установок.

По конструкции – мачтовые, башенные.

Буровые лафеты

Буровые лафеты – навесное буровое оборудование. Составляющая буровых установок. Лафеты устанавливают на экскаваторы и гидравлические экскаваторы. Общая масса – от 10 тонн. Буровой лафет обычно состоит из ходового механизма с гусеничным двигателем встроенного гидравлического механизма для тяги (подачи вперед) и бурового функционирования.

Навесные буровые лафеты применяют при работах по частичному упрочнению грунтов, бурении пневмоударником, или при отборе керна, а так же для бурения скважин под сваи, для сооружения скважин на воду и для анкерного бурения.

Роторы

Роторы предназначены для вращения бурильного инструмента и поддержания колонны бурильных труб при бурении скважин.

Лебедки – основной механизм спускоподъемного комплекса буровой установки. Предназначены для выполнения следующих операций:

Спуск и подъем обсадных труб и буровых труб

Буровая установка, виды мобильного устройства

До сих пор для многих существует проблема обеспечения себя автономным водоснабжением. Несмотря на довольно развитую структуру водопроводных сетей во многих регионах получить питьевую воду можно только при обустройстве собственного колодца или скважины. Копка колодца вручную — это трудоёмкая и невыполнимая задача. Скважина — это единственно приемлемый вариант решить проблему, а поможет в этом буровая установка, которая эффективно работает на любом грунте.

Особенности установок

Лучше, конечно же, привлечь профессионалов для изготовления колодца, но бурение установкой промышленного типа стоит довольно дорого, поэтому чаще приходится отказываться от такого варианта.

В этом случае применяются малогабаритные бурильные установки, которые вполне можно собрать самостоятельно. Трудно будет тем, кто первый раз сталкивается с таким видом работ. Для этого понадобятся хотя бы небольшие слесарные навыки. Конструкция, изготовленная своими руками, не только значительно сократит материальные затраты при разработке собственного колодца, но и окупится, если понадобится выполнять работы на соседних участках.

Скважина представляет собой сооружение в форме цилиндра, уходящее вглубь земли и укреплённое с помощью специального жёсткого каркаса. Изготовление таких конструкций выполняется установками для бурения, которые появились достаточно давно, так как применялись для добычи полезных ископаемых. Позже стали использоваться и для бурения водяных скважин. Функциональность буровых установок позволяет выполнять операции для различных целей:

Изготовление отверстий небольшого диаметра, которые используются для решения различных инженерных задач.
Бурение разведочных скважин. Выполняются они для получения сведений о состоянии грунта, водоносных горизонтах.
С целью поиска или добычи жидких или газообразных ископаемых, например, нефти.
Бурение скважин для воды.

Используются несложные механизмы для изготовления неглубоких отверстий. Существуют и их разновидности:

Трубчатый колодец. Это неглубокий ствол — до 12 м, который предназначен для разработки верхних водоносных горизонтов.
Скважина на песок. Колодец средней глубины — до 30 м. Срок эксплуатации такой системы около 15 лет, затем ствол может заилиться или забиться песком. Тогда нужно будет чистить его или бурить новый слой.
Артезианская скважина. Глубина ее может достигать 100 м и разрабатывается для нескольких частных домостроений, поэтому для изготовления отверстий применяются специальные технологии и механизмы. Срок службы таких источников воды доходит до 50 лет. Буровые установки наделены высокой мощностью и сложностью.

Разработка скважин — искусная работа, так как результат невозможно предсказать, а каждая конструкция уникальна.

Процесс заключается в следующем: в грунте нужно сделать глубокую и узкую шахту непосредственно к водоносному слою и установить в неё обсадную трубу, чтобы укрепить стенки выработки. Во время сооружения системы приходится извлекать достаточное количество грунта, причём он может быть разным: от крупных камней до песка, смешанного с водой.

Виды конструкций

Современные станции в газовой и нефтяной отрасли кардинально отличаются от устройств водяных скважин. Там мощный бур свободно проходит через мёрзлый грунт и скальные породы. К тому же способен функционировать под давлением на большой глубине. Поэтому в промышленных отраслях применяются стационарные платформы, в быту передвижные и самоходные буровые установки.

Изготовление скважин на воду в таком мощной технике не нуждается. Сегодня существует большое разнообразие малогабаритных буровых установок, в том числе и самостоятельного изготовления, для бурения колодцев для воды.

Многие из них наделены ручным приводом, но эффективность недостаточна для качественного выполнения работ. Их свободно можно использовать для бурения стволов небольшой глубины и по мягким почвам. Поэтому лучше отдать предпочтение установке с механическим приводом. Она обеспечит хорошую производительность и бурение глубоких скважин.

В зависимости от состояния почвы и требуемой глубины шахты, существует три вида мобильных установок:

Устройство для вращательного бурения. В конструкцию включён буровой шнек, который при вращении разрушает грунт. Такая техника предназначена для неглубокой разработки.
Установки для вращательно-ударного бурения. Процесс выполняется за счёт ударов по вращающемуся элементу. Разрушающим породу элементом является долото, усиленное режущими вставками. Приспособление такого вида может использоваться для изготовления скважин глубиной до 200 метров.
Станок для ударного бурения. Он выглядит в виде треугольного каркаса с прочным основанием. К нему крепится гибкий высокопрочный трос с байлером и стамеской, которые запускаются в шахту. Также удары могут наноситься по снаряду, установленному в забое. Байлер выхватывает породу из скважинного канала и поднимает её на поверхность. Хотя это трудозатратный метод, подобные конструкции легко устанавливаются и функционируют с высокой производительностью.

Установка для ударного бурения используется на мягких подвижных породах. На твёрдых грунтах способна заглубляться не более, чем на 100 метров.

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:

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.
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.
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.
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

Это наиболее эффективный способ разработки скважины глубиной до 35 м, обеспечивающий скорость проходки до 12 м/ч. Этот показатель значительно превышает производительность других методов. Процесс включает в себя прямую и обратную промывку скважины:

При прямой промывке раствор поступает в скважину для вымывания грунта и выброса его на поверхность.
При обратной раствор также подаётся в ствол, но затем выполняется откачка грунтовой массы при помощи насоса.

Вязкий промывочный раствор, кроме охлаждения режущих элементов и очистки скважины от пород, выполняет ещё одну функцию — укрепляет стенки скважины, препятствуя их обрушению, даже если разрабатываются песчаные или глинистые почвы.

Преимущества малогабаритных станков

Портативные буровые установки для бурения скважин используются для разработки колодцев до 200 метров. Такие конструкции имеют малый вес, они легко собираются, разбираются, а также транспортируются. Некоторые из них можно перевозить в прицепе или багажнике автомобиля.

Ещё одним достоинством такого вида оборудования является то, что к рабочему месту её можно доставить вручную и нет необходимости организовывать удобный подъезд. Такие конструкции часто называют переносными. Следовательно разработка скважины выполняется в любых местах, где невозможен въезд тяжёлой техники.

Функционируют переносные устройства для бурения чаще от электрической сети в 220 В. Но есть такие модели, которым необходимо питание 380 В. Они применяются гораздо реже из-за того, что не везде имеется такое питание.

Бурение малогабаритной установкой обходится гораздо дешевле, чем другими видами агрегатов. Сейчас они очень востребованы, благодаря простому и доступному способу применения. Множество фирм предлагают свои услуги по разработке скважин, используя как отечественные, так и заграничные модели. Производство выпускает большое количество разновидностей установок и в продаже можно подобрать относительно недорогое оборудование для водоносных скважин.

Одним из основных недостатков малогабаритной установки является невысокая средняя мощность. Поэтому рабочий процесс будет более длительным по сравнению с крупногабаритной техникой. К тому же производительность установки значительно падает на глиняных и скалистых почвах.

Нужно учитывать, что все качества малогабаритных конструкций: положительные и отрицательные достаточно условны, и рассматривать их следует в соответствии с конкретными целями и условиями эксплуатации. Конструкция у них довольно простая и понятная, но характеристики абсолютно разные: производительность, метод бурения, срок службы, стоимость. Поэтому разработку скважины лучше поручить настоящим профессионалам, ведь процесс бурения имеет множество тонкостей и сложностей, в которых трудно сразу разобраться.

1. Буровые установки для глубокого бурения на нефть и газ, основные характеристики и классификация.

Буровая установка – это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций. Современные буровые установки включают в себя следующие составные части:

буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг, ротор, привод, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции, пневмосистема);

буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркасно-панельные укрытия);

оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спускоподъемных операций, пневматический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);

оборудование для приготовления, очистки и регенерации промывочного раствора (блок приготовления, вибросита, песко- и глиноотделители, подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и промывочного раствора);

манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-запорные устройства, буровой рукав);

устройства для обогрева блоков буровой установки (теплогенераторы, отопительные радиаторы и коммуникации для разводки теплоносителя).

В 1959 г. была принята отраслевая нормаль Н900-59, регламентирующая основные характеристики буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. В ней предусматривалось пять классов буровых установок, различающихся по грузоподъемности (50, 75, 125, 200 и 300 т). Ее заменила нормаль Н900-66 с изменениями и дополнениями. На основе этой нормали был разработан и действовал ГОСТ 16293-70, взамен которого ввели ГОСТ 16293-82.

Из параметров, включаемых в стандарты буровых установок, выделяется главный параметр, наиболее полно характеризующий эксплуатационные возможности буровой установки. В период действия нормалей Н900-59 и Н900—66 в качестве главного параметра принималась номинальная грузоподъемность, значение которой приводилось в шифре буровой установки (например, БУ80БрД или Уралмаш 125БД).

В ГОСТ 16293-70 были представлены девять классов буровых установок, различающихся по максимальной нагрузке на крюке, допускаемой в процессе проходки и крепления скважины, и по условной глубине бурения скважины, определяемой исходя из массы 1 м бурильной колонны, равной 30 кг. После введения ГОСТ 16293-70 в шифр буровой установки вместо номинальной грузоподъемности была внесена условная глубина бурения (например, БУ2500ДГУ или БУ3000БД).

В ГОСТ 16293-82 включено 11 классов буровых установок, главными параметрами которых являются допускаемая нагрузка на крюке и условный диапазон глубин бурения.Соответственно в шифре новых буровых установок указывают условную глубину бурения и допускаемую нагрузку на крюке (например, БУ1600/100ЭУ). К важным отличительным признакам, указываемым в шифре буровой установки, относятся тип силового привода (Д – дизельный, ДГ – дизель-гидравлический, ДЭР – дизель-электрический регулируемый, Э – электрический на переменном токе, ЭП – электрический на постоянном токе и др.) и монтажеспособность буровой установки (У-универсальная монтажеспособность).

Выпускаемые буровые установки периодически обновляются более производительными и надежными моделями, отвечающими возрастающим требованиям бурения и новейшим достижениям науки и техники. Повышение производительности и надежности буровых установок – предпосылка успешного выполнения непрерывно возрастающих объемов бурения. Во многих случаях смена выпускаемых моделей происходит в связи с изменением параметров буровых установок.

В комплектные буровые установки входят буровое оборудование и сооружения, оборудование системы циркуляции промывочного раствора, комплекс механизмов АСП для автоматизации спускоподъемных операции, регулятор подачи долота и др.

Широко распространены буровые установки на базе комплектов основного бурового оборудования Уралмаш. Для морских буровых установок Уралмашзавод выпускает буровое оборудование ПБУ 6000/60ПЭМ и ППБУ 6000/200ППЭМ. На предприятиях бурения эксплуатируются снятые с производства буровые установки БУ80БрД, БУ80БрЭ, Уралмаш ЗОООЭУК. Уралмаш 3000ЭУ, Уралмаш 4000Э-1, Уралмаш 4000Д-1, Уралмаш 6500Э, Уралмаш 6500ДГ, а также отдельные опытные модели.

Буровые установки БУ2500ДГУ и БУ2500ЭУ разработаны взамен буровых установок БУ80БрД и БУ80БрЭ-1. Основное и вспомогательное оборудование этих установок монтируется на отдельных блоках, транспортируемых гусеничными тяжеловозами.

На вышечном блоке размещаются вышка, буровая лебедка с коробкой перемены передач, ротор, трансмиссии лебедки и ротора, вспомогательный привод, ключ АКБ-ЗМ2, вспомогательная лебедка, консольно-поворотный кран, пульт бурильщика и некоторое другое оборудование. Основание этого блока представляет собой металлическую платформу с опорами. Лебедка со вспомогательным тормозом и рамой образует лебедочную секцию вышечного блока. Коробка перемены передач, трансмиссия лебедки и вспомогательный привод с рамой входят в приводную секцию вышечного блока. Приводной блок БУ2500ДГУ состоит из трех секций: дизельной, трансмиссионной и воздухосборников. В дизельной секции установлены три силовых агрегата, мощность которых через карданные валы передается цепному суммирующему редуктору. В трансмиссионной секции установлены цепной суммирующий редуктор и две компрессорные станции. Цепной редуктор позволяет передавать мощность силовых агрегатов буровой лебедке, насосам, ротору и одной компрессорной станции (вторая компрессорная станция имеет индивидуальный электрический привод). В секции воздухосборников располагаются два воздухосборника, агрегат подогрева воздуха АПВ 200/140, фильтр-влагоотделитель и маслоотделитель.

Насосный блок состоит из двух насосных секций с пультом управления насосами, необходимыми коммуникациями и компрессором высокого давления для зарядки пневмокомпенсаторов. Каждая насосная секция включает раму, трехпоршневой насос одностороннего действия НБТ-600 и привод.

Дизель-генераторный блок состоит из основания с укрытием, двух дизель-электрических агрегатов, станций управления, сливных баков и аккумуляторных батарей.

Приемные мостки для укладки и подачи на буровую площадку бурильных и обсадных труб, а также других механизмов и инструмента состоят из стеллажей, горизонтальных и наклонных трапов.

Секционная конструкция позволяет при необходимости транспортировать буровую установку более мелкими частями, состоящими из отдельных секций рассмотренных блоков.

Установка БУЗОООБД с пяти дизельным приводом применяется для бурения эксплуатационных и разведочных скважин в неэлектрифицированных районах. Она комплектуется на заводе-изготовителе комплексом механизмов ЛСП для автоматизации спускоподъемных операций, вышкой, основанием и каркасом укрытий.

БУЗОО0БЭ1 — модификация БУЗОООБД. Благодаря электрическому приводу эта установка имеет более простую кинематическую схему и большую производительность (планируемая проходка в год соответственно 5700 и 3540 м).

БУ30О0ЭУК поставляется с буровыми сооружениями, обеспечивающими универсальный монтаж и транспортировку (крупными и мелкими блоками, а также поагрегатно). Она предназначена дли кустового бурения скважин в условиях Западной Сибири. БУЗОООЭУК-1 — модификация БУЗОООЭУК и отличается от нее эшелонным расположением блоков, позволяющим значительно увеличить число разбуриваемых скважин в одном кусте (БУЗОООЭУК позволяет пробурить 16 скважин в кусте). Модернизированная буровая установка БУЗОООЭУК-1М имеет допускаемую нагрузку на крюке 2000 кН против 1700 кН в установках БУЗОООЭУК.

В БУЗОООДГУ используются дизель-гидравлические силовые агрегаты СА-10 с дизелем 6ЧН21/21 мощностью 475 кВт вместо дизелей В2-450. В лебедках БУЗОООЭУ используется электромагнитный вспомогательный тормоз вместо гидродинамического. Двухпоршневые насосы двустороннего действия У8-6МА2 заменены более эффективными трехпоршневыми одностороннего действия УНБТ-950. Установки БУЗОООДГУ и БУЗОООЭУ в отличие от БУЗОООБД и БУЗОООБЭ поставляются с основаниями для универсального монтажа и транспортировки.

БУ4000ГУ-Т предназначена для экспорта в страны с тропическим климатом. Конструктивное исполнение и состав поставки учитывают требования заказчиков. Параметры ее соответствуют мировым стандартам.

БУ4000Д-1 и БУ4000Э-1 отличаются от комплексов Уралмаш ЗДЦ-76 и Уралмаш 4Э-76 тем, что буровое оборудование поставляется заводом-изготовителем вместе с буровыми сооружениями, комплексом механизмов АСП, регулятором подачи долота, краном для обслуживания мостков, талевым механизмом с оснасткой 5×6 или 6×7 в зависимости от пожелания потребителя.

БУ5000ДГУ и БУ5000ЭУ снабжены комплексом механизмов АСП, регулятором подачи долота, насосами УНБ-600 и буровыми сооружениями для универсального монтажа и транспортировки. Установка БУ5000ДГУ имеет дизель-гидравлический привод на базе силовых агрегатов СА-10.

БУ6500Э и БУ6500ДГ, заменившие Уралмаш 200Д-1У и Уралмаш 200Э-1 Г , оснащены комплексом АСП, насосами У8-7МА-2, дизель-гидравлическим приводом от агрегатов 1 АДГ-1000, современным электрооборудованием и буровыми сооружениями для мелкоблочного монтажа.

Комплект бурового оборудования Уралмаш 6000ПЭМ предназначен для плавучих самоподъемных буровых установок тина Уралмаш 6000/60 ПБУ, используемых для бурения скважин при глубине моря 60 м. Комплект оснащен регулируемым электрическим приводом лебедки, насосов и ротора, комплексом АСП, благодаря которому степень механизации спуско-подъемных операций достигает 75 %.

Комплект бурового оборудования Уралмаш 6000/200ППЭМ предназначен для плавучих полупогружных буровых установок.

Буровая установка состоит из комплекса сооружений и механизмов для удержания на весу бурильной колонны, ее подачи, спуска, подъема и наращивания, комплекса оборудования для обеспечения циркуляции бурового раствора в скважине, его очистки от выбуренной породы и газа, восстановления его свойств, а также оборудования для вращения бурильной колонны.

Оборудование для герметизации устья скважины состоит из глухих и проходных плашечных превенторов, универсальных и вращающихся превенторов и системы их управлении.

Независимо от способа вращательного бурения для выполнения всех операций основная схема буровой установки и состав ее оборудования почти во всех случаях одинаковые и различаются только параметрами и конструкцией.

На рис. 14.1 показан общий вид, а на рис. 14.2 приведена функциональная схема буровой установки для глубокого вращательного бурения с промывкой скважины буровым промывочным раствором.

Буровая установка состоит из вышки, поддерживающей на весу бурильную колонну, силового привода, оборудования дли вращения и подачи бурового долота, насосного комплекса для прокачивания бурового раствора, устройств для его приготовления и очистки от выбуренной породы и газа и восстановления качества, комплекса оборудования для спуска и подъема колонн для смены изношенною долота, оборудования для герметизации устья скважины, контрольно-из мерительных приборов и других устройств. В комплект буровой установки также входят основания, на которых монтируют, а иногда и перевозят оборудование, мостки, лестницы, емкости для топлива, раствора, воды, химических реагентов и порошкообразных материалов.

Рис. 14.1. Состав и компоновка буровой установки:

I – крон блок;2 — вышка;3 – паши вышки: • – талевый канат;5 – талевый блок;6 – крюк;7 – вертлюг;8 – буровой рукав;9 – успокоитель талевого каната;10 – автоматический буровой ключ; // – подсвечник;12 — ротор;13 — лебедка;14 – коробка передач:15 –наклонная передача;16 – силовые агрегаты;17 -компрессорная станция;1Н – циркуляционная система;19 – буровой насос;21) – манифольд;21 – суммирующий редуктор силовых агрегатов;22 – регулятор подачи долота:23 – гидродинамический тормоз;24 – гидроциклоны; 2/ – вибросито;26 – основание лебедочного блока;27 – приемные мостки и стеллажи:28- коксольно-поворотный кран

Рис. 14.2. функциональная схема буровой установки:

1— переводник к центратор: 2. 3 — переводники ведущей трубы и вертлюга;4 — крюк; 5 — ведущая ветвь каната; 6, 7, 9 — трансмиссии лебедки и ротора:8 — линия высокого давления;

10 — зажимы ротора

Максимальная скорость бурения скважины достигается, когда характеристики применяемого оборудования наиболее полно удовлетворяют требованиям режимов бурения. Физико-механические свойства горных пород, определяющие их буримость, изменяются в широких пределах, поэтому буровая установка должна позволять изменять в достаточно широком диапазоне параметры режимов бурения К факторам, определяющим режим бурения, можно отнести соответствие типа и размеров долота условиям бурения, осевую нагрузку на него, частоту его вращения, количество и качество прокачиваемой жидкости или газа, время работы долота на забое.

Время работы долота на забое зависит от тина и конструкции долота, качества его изготовления, свойств разбуриваемых пород и режима эксплуатации долота Средняя продолжительность пребывания долота на забое (в ч): для шарошечных долот при турбинном бурении в твердых породах 1,5-3, в мягких – 3-15, при роторном бурении в твердых породах 20-100, в мягких – 80-250, для режущих и истирающих долот при турбинном бурении 10-30, при роторном – 30—60, для алмазных долот в твердых породах 10-20 ч, в средних и мягких породах до 200. Все механизмы и агрегаты буровой установки должны обеспечивать бесперебойную работу в течение указанного времени.

Эти данные ориентировочные. По мере применения долот новых типов и улучшения режимов бурения время пребывания долот на забое может увеличиваться.

Для наращивания бурильной колонны процесс бурения останавливают через каждые 6, 9 или 12 м углубления скважины. Время, затрачиваемое на наращивание, составляет 3-10 мин.