Буровые установки для бурения скважин на воду

Виды установок

Буровые установки применяют не только на суше, но и в воде. Они часто могут выполнять несколько разных видов работ. Для бурения определенной скважины выбирают установку по допустимой нагрузке на крюк. Нагрузка не должна превышать вес (в воздухе) самой тяжелой обсадной колонны. Выбирая модель оборудования и размер, необходимо учитывать климатические, геологические, дорожно-транспортные и энергетические условия. В соответствии с этими данными выбирают тип привода (электрический либо дизельный) и схему монтажа. Существует много подходов к классификации установок для бурения. Их можно подразделять по:

Дислокации: плавучие и наземные. Плавучие бывают:

ПББУ (полупогружная);
МСП (морская стационарная);
СПБУ (самопогружная)

Способу передвижения: несамоходные и самоходные.

Виду работ:

для разработки месторождений: газа, нефти и подземных вод;;
для глубинных геологических исследований.

Последние, в свою очередь, делятся на разборные и неразборные. Разборные (мелкоблочные и крупноблочные) используются для сооружения скважин глубиной до 10000 м.

Размеры буровых сооружений различны. Это могут быть небольшие станки, управление и монтаж которыми могут осуществлять два человека, или огромное оборудование, смонтированное на стальных вышках и обслуживаемые бригадой специалистов.

Подразделяются буровые установки и по виду разбуриваемой породы. На участках, перекрытых осадочной мощной толщей и твердыми породами, бурение скважин проводят при помощи следующего оборудования:

шнековая (для мягкого грунта);
ударно-канатная (применяется очень редко, только для разведочного бурения);
вращательная (в непродуктивных отложениях);
станки «Эмпайр» (при разведке бокситовых месторождений для бурения на глубину 9−12 м рыхлых отложений).,

https://youtube.com/watch?v=lXNpEdp_xAY

Можно классифицировать по способу бурения. Но главный параметр классификации — грузоподъемность, определяющая конструкцию и характеристику входящего энергетического и бурового оборудования. Грузоподъемность зависит от нагрузок при подъеме и спуске бурильной и обсадной колонны и от нагрузок.

Имеется два параметра характеристики буровых машин:

Номинальная грузоподъемность, которую определяют длительностью использования оборудования.
Максимальная грузоподъемность — определяется кратковременными перегрузками установки.

Разница между максимальной и номинальной грузоподъемностью с ростом глубины скважины увеличивается. В связи с тем, что при бурении глубокой скважины возможна кратковременная перегрузка, оборудование должно быть больше, чем при работе с неглубокой скважиной.

По грузоподъемности номинальной установки для эксплуатационного и разведочного бурения подразделяют на пять классов. При наличии большого разнообразия конструкций и глубин скважины, различных целей и условий, нельзя удовлетвориться одним типоразмером установки. Поэтому согласно ГОСТу, оборудования различаются по допускаемой нагрузке на крюк.

https://youtube.com/watch?v=cTWtOVadTs8

Производители и поставщики оборудования для бурения скважин

Одним из ведущих отечественных производителей бурового оборудования является ОАО «ИЖНЕФТЕМАШ». Компания предлагает стационарные автоматические ключи, погружные дренажные насосы, буровые штанги, штанговые насосы, смесительные установки.

«ВНИИБТ» (ОАО «БУРОВАЯ ТЕХНИКА») – крупнейшая компания, входящая в состав концерна «Интегра». Основная продукция предприятия – это турбобуры, винтовые насосы, редукторные турбобуры.

Одна из старейших компаний по созданию бурового оборудования «ГЕОМАШ» предлагает малогабаритные и самоходные установки.

«ПРОМТЕХИНВЕСТ» выпускает современные системы верхнего привода (грузоподъемность до 320 тонн) и предлагает услуги по проведению бурильных работ.

Из зарубежных компаний можно отметить немецкого производителя BAUER MASCHINEN GMBH, который специализируется на малогабаритном буровом оборудовании, а именно роторных буровых машинах.

Современное оборудование для бурения скважин, а также другие аппараты для нефтегазовой промышленности демонстрируются на ежегодной выставке «Нефтегаз».

Бурошнековое бурение технологияГНБ технология буренияОборудование для бурения шпуров

Буровая вышка

Работа буровой вышки включает в себя спуск в скважину и подъем колонны и обсадных труб, а также удержание во время бурения колонны на весу. В вышке размещены бурильные трубы, талевая система, оборудование для бурения.

Различают буровые вышки по высоте, грузоподъемности и конструкции. Высота напрямую зависит от глубины скважины. По конструкции вышки бывают:

мачтовые — нагрузка на или 1 или 2 опоры;
башенные — нагрузка на 4 опоры.

Буровая лебедка — устройство, предназначенное для спуска, удержания на весу и подъема бурильной колонны. В некоторых случаях ее используют для передачи мощности к ротору от двигателя и для подтягивания груза.

Лебедка — один из основных агрегатов установки для бурения. Она состоит из:

сварной рамы с установленными на ней подъемными и трансмиссионными валами;
гидравлического и ленточного тормозов;
пульта управления.

Буровые лебедки различаются наличием валов. Они бывают: одно-, двух- и трёхзальные. Валы связаны между собой цепной передачей.

Основной вал лебедки (в некоторых случаях единственный) — подъемный. На нем монтируются:

ленточный тормоз;
звездочки цепной передачи;
муфта, соединяющая гидравлический эклектический тормоз с валом
барабан для набивки талевого каната.

Промежуточный и трансмиссионный валы осуществляют связь между приводом лебедки и подъемным валом.

https://youtube.com/watch?v=rtMglXQeRRQ

Устройство установки

Основное преимущество малогабаритной буровой установки заключается в том, что ее можно использовать без найма специалистов. Установка, настройка и дальнейшая эксплуатация агрегата довольно просты, а потому справиться с этим может практически любой. Оборудование состоит из следующих основных элементов:

Буровой ствол с подкладной вилкой. Эти две детали являются основными для установки приспособления. Из-за того, что это единственная опора установки, необходимо проводить монтаж только на ту местность, которая была предварительно хорошо утрамбована, чтобы бур не проседал.
Далее имеется буровая насадка, которая является ключевым элементом, проводящим все бурильные работы.
Дополнительным устройством выступает конический замок. Этот элемент предназначен для того, чтобы имелась возможность съема и смены буровой насадки, если того требует ситуация.
В качестве направляющих механизмов используются боковые стоки, которые задают направление движения для бура.
Малогабаритная буровая установка снабжена очень прочной лебедкой, которая отвечает за опускание бура на глубину.
Сердцем оборудования является электрический двигатель, который преобразовывает кинетическую энергию во вращательное и поступательное движение бура.
Пульт управления машиной оснащен всего двумя кнопками — включения/выключения. Имеется защита от влаги, а потому его можно ничем не накрывать, даже если он остался под открытым небом.

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.

Цены на оборудование

Стоит отметить, что цена малогабаритной установки зависит не только от технических параметров и эксплуатационных характеристик, но и от модели прибора. Кроме того, процесс формирования стоимости осуществляется на договорных условиях.

К примеру, серия РБ модель 50/220 В будет стоить в районе 59 тысяч рублей. А модель этой же серии, но питающаяся от сети 380 В, и имеющая возможность бурить скважину глубиной 100 метров, обойдется уже в 119 тысяч рублей.

Если говорить об установках, которые относятся к серии УКБ-12/25, а также обо всех модификациях, имеющихся у этих агрегатов, они работают не только от электрических двигателей, но и от бензиновых. Это сильно расширяет возможность их применения. Однако вместе с этим сильно увеличивается и стоимость агрегата. Примерная цена такой модели для бурения скважин — 215 тысяч рублей.

Малогабаритная буровая установка для бурения скважин на воду б/у, естественно, будет стоить дешевле. Однако, покупая устройство таким образом, следует понимать, что определенный срок оно уже отслужило и, скорее всего, в скором времени выйдет из строя.

Модели и характеристики

Малогабаритные буровые установки серии РБ-50/220. Эти устройства могут идти в комплекте со штангами 1, 1,5 и 1,8 метра. Диаметр их равен 48 мм, а основным материалом для производства служит сталь марки Ст40Х. Глубина бурения у таких установок находится в пределах от 50 до 70 метров при наличии электрического двигателя мощностью в 2,2 кВт. Специалисты рекомендуют дополнительно снабжать машину грязевым насосом. Основное предназначение агрегата — это работа с грунтом, который содержит твердые частицы размером до 20 мм.

Малогабаритные буровые установки на воду серии РБ-100/380. Данные агрегаты являются более мощными представителями того же класса. Для их питания необходим генератор на 380 В. Глубина скважины, которую способно пробурить оборудование — 100 метров. Мощность электрического двигателя в машинах равна 4,4 кВт. Еще одним необходимым условием для эксплуатации такой установки является наличие грязевого насоса с параметрами 900 л/мин.

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.

Оборудование для горизонтально-направленного бурения

Горизонтально-направленное бурение предназначено для прокладывания подземных коммуникаций. Длина скважин в этом случае может достигать нескольких километров, а диаметр скважины – до 1,2 метра.

Одной из установок для горизонтально-направленного бурения является УГБ-2МГ. Это малогабаритная буровая установка для прокладывания коммуникаций электро-, газо-и водопровода. Подходит для бурения в труднодоступных местах, например, котлованах. Для подготовки к бурению не требует дополнительной подготовки. Диаметр бурения составляет от 11,5 до 22 см, длина создаваемой скважины до 30 м.

При создании установки УГБ-2М4 (ГБМ-2.4) главный упор делался на компактность оборудования. Так же как и УГБ-2МГ установка УГБ-2М4 (ГБМ-2.4) используется для прокладывания различных коммуникаций. Технические характеристики позволяют дополнительно проводить бурение скважин для воды. Чаще всего УГБ-2М4 (ГБМ-2.4) используется для проведения коммуникаций через автотрассы или других видов дорог.

Установка горизонтально-направленного бурения УГНБ-3М4 позволяет достигнуть максимальной длины бурения до 200 м. Этот мощный агрегат может пробурить скважины в любых породах.

Самоходная (на гусеничной базе) бурильная установка УГНБ-4 способна расширять скважины до 60 см, и бурить на глубину до 300 м. Дополнительный элемент для траков гусеничной ленты позволяет передвигаться по асфальтированной дороге.

Буровой инструмент

К буровому инструменту для бурения скважин относится:

Буры. Их отличия определяются состоянием грунтов. Буры бывают: конусными, скальными, траверсными, короткошнековыми, шнеками телескопическими и т.д.
Труба бурильная. Это категория бесшовных металлических труб, предназначенных для производства геологического бурения. С их помощью осуществляется спуск и подъем инструмента, передача вращательного момента на резцы, создание осевой нагрузки на инструмент, транспортировка в буровую шахту раствора или сжатого воздуха.
Труба обсадная. Используют для предотвращения осыпания грунта после бурения скважины. Скважина может состоять из одной трубы или из целой колонны обсадных труб.
Устройства для подъёма и извлечения керна. Это устройство помогает выдавливать керн с грунтом. При разведочном бурении керн сохраняется как источник информации, при рабочем его выбрасывают.
Долото. Это инструменты, которым разрушают грунт при бурении скважины. Различают долота по характеру разрушающих воздействий: режущие, скалывающие, разрушающие и т.п.
Переходники. Предназначены для соединения труб. Прежде всего, они применяются при соединении бурильной трубы с колонковой трубой.
Вилки шнековые. Применяются для удержания шнека на устье скважины.
Фильтры. Являются обязательным элементом любой скважины на воду, кроме классического колодца.
Стаканы забивные. Используются при бурении скважин забивным способом в грунтах мягких и рыхлых.
Желонка. Это цилиндр с режущим башмаком и обратным клапаном внутри. Используется в том случае, если грунт рыхлый и мягкий, и есть необходимость очищать скважину от песка.
Буровая ложка. Применяется для работы с сыпучими грунтами. Это металлический цилиндр с продольной прорезью. В ней один край заточен как резак, другой завёрнут вовнутрь. Величина прорези формируется под структуру грунта.
Хомуты обсадных труб. Предназначены для захвата обсадной трубы или колонны труб и их перемещению по скважине. Состоят из двух частей, охватывающих поверхность трубы.

Часть инструментов носят универсальный характер и используются при всех видах бурения. Другие могут использоваться только в особых случаях. Чем больше скважина, тем сложней бурение, тем больше требуется инструментов. Перечислить все из них сложно.

Талевая система

В состав талевой системы входят:

подвижная часть: талевый канат, талевый блок, штропы и крюк;
неподвижная часть — кронблок.

Талевая система установки преобразует вращательное движение лебедочного барабана в поступательное вертикальное движение крюка и уменьшает нагрузку на канат. Талевый канат пропускается через канатные шкивы талевого блоки и кронблока, один конец крепится неподвижно, другой (ходовой) крепят к барабану лебедки.

Кронблок — представляет собой раму со смонтированной на ней осью, опорой и шкивами.

Талевые блоки — сварной корпус, в котором размещены шкивы и подшипниковые узлы. Талевые блоки, применяемые в буровых установках, бывают двух типов:

блок для механизации и автоматизации, спускоподъемных с подвешенным автоматическим элеватором;
крюкоблок для ручной расстановки свечей.

В талевых системах установок для бурения применяют шестипрядные круглые канаты двойной свивки тросовой конструкции. Канаты бывают прямой свивки и крестовой. При крестовой — проволоки вьются в одну сторону, а пряди — в другую.

Достоинства и недостатки малогабаритных буровых установок

МГБУ считается популярным оборудованием на рынке буровой техники, с рядом преимуществ перед самоходными и стационарными установками. Мобильные по сути, мини оборудования отличаются: • малые размеры всей конструкции и возможность легкой транспортировки; • неприхотливость в эксплуатации, простота обслуживания и ремонта, непосредственно на участке работ; • низкая себестоимость проходки, благодаря использованию, как электродвигателя, так и ДВС; • возможность применения на ограниченной площади; • низкая стоимость; • возможность ведения операций не профессиональными работниками, численностью два человека.

Из недостатков — низкая средняя мощность и, как следствие, невозможность проходки стволов свыше 100 метров.

Виды бурения малогабаритной установкой

Скважинное бурение малогабаритными установками можно проводить двумя способами: ударным и шнековым. Методы ударного бурения:

канатный;
штанговый;
вращательный.

Бурение канатным методом проводится буровым наконечником, опускаемым и приводимым в движение специальным канатом, укрепленным на бурильной установке.

Лебедка, которая находится на установке, поднимает металлическую трубу с желонкой, отпускает, а сверху наносится удар забивной штангой по наковальне, расположенной в верхней части забивного стакана длиной не менее 2-х метров. После опускания на определенную глубину стакан вытаскивается и опорожняется.

При работе производится замена клапана с режущей кромкой, так как он подвержен износу. Если производится бурение в сыпучих породах, по мере заглубления обязательно должны быть использованы обсадные трубы с диаметром большим, чем у забивного стакана. Их опускают ниже уровня водоносного горизонта.

При работах на глинистых и суглинистых грунтах в забивных стаканах не используют клапан для удержания керна.

Штанговое бурение проводится буровым снарядом, опускаемым в скважину при помощи трубчатых штанг, для которых используются вертлюги усиленной конструкции.

При таком способе обеспечена максимальная вертикальность скважины.

При вращательном бурении задействованы два механизма работы – вращательный и пневмоударный. По коронковому хвостовику производятся удары пневматическим молотом, на который через буровые штанги производится подача сжатого воздуха.

Буровая штанга и пневматический молот приводятся в движение вращательным механизмом, состоящим из электродвигателя и редуктора.

Бурение с промывкой

Один из самых распространённых способов бурения – это бурение с промывкой

Для того чтобы аккуратно проникнуть в твёрдые подземные породы важно грамотно подобрать оборудование для бурения на воду. Бурение пластов при этом всегда происходит с добавлением бентонитового промывочного раствора для выноса отработанной породы и охлаждения бура

Смесь должна быть определённой плотности, чтобы сдерживать давление грунта и частично укрепить и стабилизировать стенки скважины. Раствор заливают в приямок рядом с будущей скважиной и преступают к работе.

Из котлована с помощью насоса буровой установки на воду смесь поступает внутрь вращающихся штанг до наконечника, выходит через его отверстия и под большим давлением поднимается по стволу скважины, вымывая на поверхность частицы разрушенной породы. По канавке смесь возвращается в приямок, затем опять в штанги, так происходит её экономичная циркуляция и оседание шлама в земляную чашу. По мере прохождения подземных пластов, рабочие наращивают штанги. По характерному звуку, работающего оборудования, опытные мастера своего дела определяют породы, которые в данный момент проходит бур.

На глубине 30-50 м бур начинает входить в твёрдый окремнённый известняк, начинается следующий этап – обсадка труб и цементация. Обсадка подразумевает крепление труб к известняку, выполняется прижиганием (прикипанием к породе) или цементацией затрубного пространства.

Густую цементную смесь подают в трубы и под воздействием мощного водного потока выдавливают в затрубное пространство. Цемент равномерно распределяется по всей длине ствола, образуя цементную рубашку. После его затвердевания вскрывают известняк.

Вскрытие известняка

Первым ключевым моментом здесь является добыча керна – образец известняковой породы. Если он в трещинах и кавернах – значит, вода находится близко, если сплошной – надо бурить глубже. Вторым ключевым моментом является поглощение – вода для промывки и выноса породы соединяется с подземными водами и её уровень резко падает. Глубина, на которой это произошло, является статическим уровнем воды в скважине. Однако бурение на этой глубине не заканчивается, надо пройти ещё 10-15 м, вскрыть как можно больше водоносного горизонта (для стабильной подачи воды из скважины) и сделать карман для шлама.

Для продления срока эксплуатации скважины, а также для исключения ржавчины в питьевой воде, в стальную обсадную трубу помещают пластиковую и межтрубное пространство герметизируют.

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:

Прямая промывка. Промывочный раствор подается в шурф, вымывая породу. Отработанная жидкость вместе с размытым грунтом выбрасывается на поверхность.
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.

Самоходные буровые установки

Это самые распространённые буровые установки. Из названия следует, что для их перемещения специальный транспорт не нужен. Установки передвигаются на базе грузовиков, гусеничных тракторов, вездеходов и даже катеров. Размеры самоходок зависят от назначения и глубины бурения.

Буровые установки на своём ходу выполняют следующие работы:

разведочное бурение при поиске запасов полезных ископаемых;
сооружение берегоукрепляющих объектов на реках, каналах, а также в портах;
буровые работы по устройству фундамента, заборов и др.;
бурение водных скважин для жилых домов, фермерских хозяйств и других объектов;
бурение крупных артезианских скважин.

Виды буровых самоходок

Самоходные буровые установки бывают гидравлическими, малогабаритными и колонкового бурения.

Установки гидравлические вручную не управляются. Для этих целей используется пульт, позволяющий автоматизировать процесс бурения. Работать на такой установке можно при любой погоде. Ещё один положительный момент: они не нуждаются в источнике электроэнергии. Питание происходит от автомобильного двигателя. Бурение обеспечивается тяжёлым буром, но при плотных грунтах бур может не справиться со своей задачей. Поэтому существует возможность увеличивать давление через гидроцилиндр.

Установки малых размеров используются для бурения скважин на глубину не более 100 м. Небольшие размеры позволяют монтировать в кузове легковой машины, например, пикапа. По характеру работ их делят на два типа: гидравлические и с электрическим двигателем. Буровые движения осуществляются с помощью электропривода, который управляет движениями троса. При этом установка перемещается вдоль мачты.

В установках колонкового бурения используется гидравлика. Сам буровой процесс проходит по кругу, как при резке теста для пельменей с помощью рюмки. При этом участок грунта в центре остаётся не тронутым. В случае бурения на воду такая установка применяется только для работ по прокладке трубу с небольшим диаметром. Установка способна формировать отверстия шириной до 60 мм и глубиной от 1200 м. Колонковое бурение проводиться в разном грунте и под любыми углами.

Плюсы и минусы

Преимущества:

для перемещения не нужно транспортное средство;
высокая проходимость установки;
достаточная скорость передвижения;
отсутствие необходимости проводить монтаж и демонтаж;
низкая себестоимость и высокая скорость работ;

Недостатки у самоходных буровых установок, конечно, тоже есть:

сложность бурения на большую глубину;
низкая мощность, что снижает возможности бурения твёрдых грунтов;
необходимость в обеспечении подъезда к месту бурения.

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