Буровой станок – принцип работы

Буровое оборудование для открытых горных работ
Обзор буровых станков

В настоящее время буровзрывные работы остаются основным способом подготовки крепких горных пород к последующей разработке. Несмотря на множество недостатков данного способа эффективной альтернативы ему до сих пор не существует.

Буровые станки

Для одной из основных технологических операций буровзрывных работ – бурения взрывных скважин – на открытых горных работах применяют буровые станки, оснащенные различным буровым оборудованием. Типоразмеры буровых станков определяются диаметром буримой скважины: 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм.

По отечественной классификации буровые станки разделяются по способу бурения на три типа.

Первый тип – станки СБР, которые бурят путем вращения резцового инструмента, установленного на шнековой штанге. Применяют при бурении пород крепостью до f=6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Номинальный диаметр буримых скважин – 125 и 160 мм.

Второй тип – станки СБШ, которые бурят путем вращения шарошечных долот. Номинальный диаметр скважин – от 160 до 400 мм. Применяются при бурении пород крепче f≥6.

Третий тип – станки СБУ, которые бурят ударно-вращательным способом погружными пневмоударниками. Применяются для бурения пород крепче f≥6 с диаметром скважин от 100 до 200 мм.

Условное обозначение станка включает диаметр скважины в мм и глубину бурения в м, например, СБШ-250МНА-32: диаметр скважины 250 мм, глубина скважины до 32 м.

Станки с резцовым инструментом

Скорость бурения, а соответственно и производительность бурового станка зависят от свойств породы разрушаться под воздействием бурового инструмента, от вида бурения, конструкции бурового инструмента. На относительно некрепких породах успешно применяют станки с резцовым буровым инструментом. Стружка отделяется при значительном осевом усилии резцами, установленными на буровой коронке. При вращении штанги посредством винтовой навивки шнека порода удаляется из скважины. При использовании гладкой штанги мелочь удаляется сжатым воздухом.

На карьерах СНГ традиционно широко распространены станки СБР-160А-24 производства ОАО «Карпинский машиностроительный завод» и более ранние СВБ-2М. Это машины на гусеничном ходу с электроприводом. На гусеничную тележку опирается сварная рама, на раме расположены маслостанция, шкафы управления, мачта с направляющими для перемещения бурового става и вращателя, кассеты для хранения шнеков, механизмы свинчивания-развинчивания, подачи бурового става. Также на станке установлены гидроцилиндры выравнивания станка и подъема мачты, компрессорная станция, смонтированы гидро- и пневмосистемы, электрическая часть. По сравнению с устаревшими станками СВБ-2М у станка СБР-160А-24 увеличена высота мачты, механизированы трудоемкие операции по сборке-разборке бурового става, увеличена мощность приводов основных механизмов, гидропривод поднятия-опускания мачты, более просторное машинное отделение, обогреваемая кабина и др. На базе СБР-160А-24 создан СБР-160Б-32 с увеличенной глубиной бурения. Кыштымский машзавод предлагает более мощный и универсальный станок СБР-200-32, который может бурить также шарошечными долотами (диаметр 160 мм), для чего необходимо использовать прицепной компрессор.

Резцовые коронки бурового инструмента различаются числом перьев (лезвий), способом их крепления, формой режущей кромки, расположением резцов на коронке. Коронки могут быть с перьями как сплошной формы, так и со съемными резцами. Обычно коронки со сплошным исполнением режущей кромки применяют на породах крепостью до f=4 по шкале Протодьяконова. Резцовые коронки ступенчатой формы, оборудованные резцами, предназначены для бурения пород крепостью f 6. 8 станками вращательного бурения с резцовыми коронками малоэффективно: значительно повышается износ резцов, имеет место сильная вибрация става, скорость бурения низкая. По крепким породам более эффективным является шарошечное бурение. Трехшарошечное долото под большим осевым усилием (до 30 тс при диаметре бурения 250 мм) подается на забой. На шарошках установлены твердосплавные зубки различной формы (сферической или баллистической, т. е. клиновидной). Шарошки обкатываются по поверхности забоя (частота вращения долота 2,5. 0,8 с –1 ), и зубки под большим усилием внедряются в породу, создавая максимальные напряжения сдвига в разрушаемом слое. От породного массива отделяются чешуйки, которые выносятся из скважины сжатым воздухом. Шарошечное бурение наи­более эффективно при больших диаметрах скважин.

Станки шарошечного бурения

Самыми распространенными станками шарошечного бурения являются станки СБШ-250МНА-32 (модификация СБШ-250-55), 3СБШ-200-60 (на базе 3СБШ-200Н), 6СБШ-200-32 и их более ранние версии.

Станок СБШ-250 производства ОАО «Рудгормаш» (Воронеж) смонтирован на унифицированном гусеничном ходу УГ-60. На поперечных балках гусеничной тележки установлена рама станка с машинным отделением. В машинном отделении размещены винтовой компрессор, маслостанция, гидронасосы, электрические шкафы и кабина. На мачте смонтированы вращательно-подающий механизм, сепаратор со штангами, механизм развинчивания штанг. Вдоль боковых панелей каркаса мачты расположены направляющие, по которым перемещаются каретки вращателя. Для горизонтирования станка используют три домкрата. На станке СБШ-250МНА-32, который выпускается заводом «Рудгормаш» в настоящее время, установлены тиристорный преобразователь для питания привода вращателя, система автоматического регулирования производительности компрессора, гидропривод повышенной регулируемой производительности, что позволяет более чем вдвое увеличить скорость вспомогательных операций. Предлагается модификация – оборудование станка частотными преобразователями, это дает возможность использовать менее дорогие асинхронные двигатели переменного тока для привода хода и вращателя, а также применить плавный пуск компрессора. Внедрено исполнение станка с двумя сепараторами на мачте для бурения скважин разного диаметра на одной площадке (выбирая соответствующий сепаратор и штанги) на глубину до 50 м.

Вызывает интерес модификация СБШ-250МНА-32КП (каркасно-платформенного типа) тяжелого класса для бурения скважин диаметром 250. 311 мм на породах крепостью f≤20. Конструкция станка адаптирована для работ в особо сложных горногеологических условиях. По основным узлам эта машина схожа с СБШ-250МНА-32, оборудована более мощным приводом вращателя и более производительным компрессором (32…50 м 3 /мин).

Более легкие СБШ-160/200-40 и СБШ-160/200-40Д (с дизельным приводом), выпускаемые ОАО «Рудгормаш», являются прямыми конкурентами станков 3СБШ-200-60 и 6СБШ-200-32 ОАО «Бузулуктяжмаш». Станок воронежского завода имеет меньшую массу и применяется для бурения скважин диаметром 160. 215 мм, станки бузулукского завода производят бурение скважин диаметром 215. 250 мм. Станки имеют определенные конструктивные различия, в частности, механизм подачи воронежского станка выполнен реечным, а бузулукских станков – гидравлическим.

Станки типа СБУ

На горных предприятиях, где требуется после взрыва получать более равномерный по фракционному составу материал и без переизмельчения, например на щебеночных карьерах, применяют частую сетку взрывания при меньших диаметрах скважин – от 105 до 160 мм. Наиболее продуктивно на крепких породах, например на гранитах, бурение такого диаметра производят станками типа СБУ. Эти станки широко востребованы и при обуривании труднодоступных участков, при работе в сложных горногеологических условиях, на стесненных рабочих площадках.

Физика процесса ударно-вращательного бурения схожа с шарошечным бурением. Отличие – в способе создания усилия на рабочем инструменте. Долото для СБУ снабжено твердосплавными зубками с рабочей поверхностью сферической формы, которые внедряются в породу при ударном воздействии, передаваемом на долото погружным пневмоударником или гидроударником через буровой став. При этом вращатель бурового станка непрерывно поворачивает буровой став, обеспечивая тем самым рассредоточенное внедрение зубков по всей поверхности забоя скважины. При внедрении зубков в разрушаемом породном слое возникают максимальные напряжения сдвига, вокруг зубков происходит скол чешуек, которые удаляют из скважины сжатым воздухом.

Корпус долот для ударно-вращательного бурения состоит из головки и хвостовика, выполняемых сплошными. По форме головок они могут быть лезвийными или штыревыми (со сплошной забойной поверхностью, покрытой зубками). Различаются и способы продувки – центральная, внецентренная и внешняя. Долота могут быть многолезвийные, их стойкость выше, чем однолезвийных долот. Лезвийное долото К-105К имеет выемку в центральной части. При бурении в центре образуется керн, который затем разрушается штырем, расположенным между четырьмя лезвиями. Энергоемкость бурения при этом снижается, а скорость бурения возрастает.

Многие годы на карьерах успешно эксплуатируются станки модели СБУ-100Г-35 Кыштымского машзавода. Эта модель оснащена гусеничным ходом и состоит из следующих узлов: рабочий орган, шарнирно закрепленный в передней части станка, включающий в себя пневмоцилиндр подачи, оснащенный направляющими, по которым перемещается вращатель. Механизм подачи пневмопоршневой, включает неподвижный цилиндр и подвижной шток, связанный с плитой вращателя.

Вращатель состоит из асинхронного двигателя мощностью 4 кВт и планетарного двухступенчатого редуктора. Гусеничный ход представляет собой две тележки с индивидуальным приводом на каждую гусеницу. Привод хода – асинхронный двигатель и червячный редуктор с тормозным устройством. Источник питания станков – компрессорная станция и электрическая сеть 380 В. Модификации станка: СБУ-100Н-35 – на салазках, СБУ-100П-35 – на пассивном пневмоколесном ходу. На базе станка в свое время были созданы новые образцы – СБУ-100Г-50 и 2СБУ-100Н-32.

Более мощный СБУ-125А-32 включает уже цепную систему подачи, мачту (длина штанг более 4 м) и кассетирующее устройство для механизированной сборки-разборки бурового става. Вращатель состоит из двухскоростного электродвигателя и планетарного редуктора. Гусеничный ход с индивидуальным приводом на каждую гусеницу.

Погружные пневмоударники представляют собой цилиндр с поршнем-ударником, с бесклапанной системой. Двигаясь в цилиндре, поршень сам перекрывает окна циркуляции сжатого воздуха, совершая колебательные движения и нанося удары по хвостовику буровой коронки. На современных станках широко применяются гидроударники, которые устанавливают на самом станке совместно с гидровращателем, и удары на коронку при этом передаются через весь буровой став. Однако такая схема эффективна при небольших глубинах бурения, так как энергия удара теряется за время прохождения по буровому ставу.

«Иностранцы» на российском рынке

В настоящее время на российском рынке широко представлены буровые станки известных брендов Atlas Copco, Tamrock, Ingersoll-Rand и др. В первую очередь это станки ударно-вращательного действия с дизельным приводом. Такие машины незаменимы при разработке новых месторождений в удаленных районах, где нет развитой инфраструктуры, линий электропередачи. Современные импортные карьерные буровые станки отличаются высокой производительностью и мобильностью, могут работать на площадках со значительными уклонами, не требуют питающих коммуникаций. Станки могут бурить вертикальные, наклонные и даже горизонтальные скважины, находясь при этом на плохо подготовленной площадке. На крупных карьерах с развитыми электросетями продолжают успешно работать станки российского производства, с которыми хорошо знакомы эксплуатирующие службы и нет проблем со снабжением запасными частями.

Техническая характеристика станка СБШ-250МНА-32 ЗАО «УГМК-Рудгормаш»

Диаметр скважины условный, мм250, 270
Глубина бурения вертикальной скважины, мТехническая характеристика станка СБШ-160/200-40 ЗАО «УГМК-Рудгормаш»

Крепость буримых породf=4. 18
Диаметр скважины, мм160; 171; 215
Глубина бурения, м40
Длина штанги с шагом резьбы 12 мм8,5
Число штанг5 (4 в сепараторе)
Углы для наклонного бурения, град0; 15; 30
Механизм напора и подъема
Способ подачи бурового инструмента на забой2 гидромотора со встроенными тормозными клапанами
Осевое усилие подачи на забой, кН235
Осевое усилие подъема буровой головки (скоростной подъем), кН235
Скорость подачи в рабочем режиме, м/мин0. 3
Скорость подъема-опускания бурового става, м/мин0. 15
Механизм вращения
Привод вращателядва гидромотора
Крутящий момент бурового снаряда, Н·м (кгс·м)6867 (700)
Частота вращения долота, мин -10. 120
Механизм хода
Ходовая тележкатракторного типа
Гидромотор2х160 л/мин
Скорость передвижения, км/ч0. 1,3
Преодолеваемый подъем, град12
Тормоздисковый
Компрессорная установка
Производительность, м/мин25
Давление, МПа0,7
Гидравлика
Рабочее давление, МПа220
Домкраты, шт.трехходовые – 1200 мм
Гидроцилиндры поворота мачты, шт.2
Подводимое напряжение
Питающее напряжение, В380
Электрокоммуникации
Электрооборудование гидрораспределителей24 В, постоянного тока
Суммарная установленная мощность, кВт, не более385
Пылеподавление
Мокрое, водовоздушной смесью или сухоеводяной бак, насос или циклоны, вентилятор
Машинное отделение
Конструкцияплатформенная
Соединение с рамой ходаболтовое
Кабина
Конструкциятеплошумоизолированная на амортизаторах, с кондиционером и обогревателем
Электронный указатель глубины, скорости бурения и др. параметровна пульте бурения
Мачта
Конструкцияоткрытого типа, решетчатая из легированной стали
Габаритные размеры
С поднятой мачтой, м11,5х13,3х6
С опущенной мачтой, м13,4х6,2х6
Масса станка, т50
Дополнительное оборудованиесварочный трансформатор, калорифер, устройство регистрирующее основные параметры бурения с возможностью передачи их на диспетчерский пульт, система диагностики основных гидроаппаратов

Колтюбинговое шасси Terberg для российских нефтяников

Голландская фирма ASEP, производитель нефтегазового оборудования, приобрела полноприводное шасси КамАЗ под монтаж своей установки. Для будущего монтажа выбрали небольшого автопроизводителя Terberg Benschop B.V. Так у голландской фирмы появилось в модельном ряду новое специализированное шасси Coil Truck 8х8, укомплектованное двигателем Volvo D13A мощностью 440 л.с., механической коробкой передач ZF 16S2225TO, раздаточной коробкой ZF-Steyr VG2700 и осями фирмы Axle Tech. Для привода колтюбинговой установки используется дополнительный двигатель Volvo PTO.

На этом специальном транспортном средстве между второй и третьей осями шасси располагается длинный монтажный участок, который может приподниматься или опускаться на 400 мм, для чего конструкторы Terberg разместили двигатель и раздаточную коробку над третьим мостом шасси.

Колтюбинговое оборудование фирмы ASEP предназначено для ремонта и очистки сверлением нефтяной скважины максимальной глубиной до 10 км. Для этого в установке предусмотрено использование гибкого трубопровода диаметром 1,25 или 2,38 дюйма, который наматывается на барабан.

Автомобиль Coil Truck может работать в очень жестких дорожных и климатических условиях – при температуре от –40 до +50 °С. Для этого по заказу российских нефтяников транспортное средство сделано в арктическом исполнении.

Буровые работы

В современном строительстве особого внимания заслуживают буровые работы. Они являются комплексом действий, которые направлены на создание скважин инженерного, эксплуатационного, технического, строительного, геологического и другого назначения. Они также могут включать подготовительные работы, возведение наземных дополнительных конструкций и коммуникационных сетей, монтаж и демонтаж специализированного оборудования. Бурение является технологическим процессом воздействия на горные породы или грунты в лобовой части скважины с целью их разрушения. Это процесс образования земляных выемок цилиндрической формы и подачи на поверхность продуктов разрушения.

Если буровые работы – это непрерывные процессы, то бурение отличается цикличностью. Операции по разрушению пород забоев буровыми инструментами ( при помощи долота или коронки) сменяются очищением стволов посредством сжатого воздуха и подъёмом бурильных колонн для того, чтобы производить замену рабочих органов или ремонт, крепить ствол при помощи обсадных труб и прочие действия. Скважина – это выработка в горной породе или грунтах, которая имеет цилиндрическую форму. Ширина скважины намного меньше, чем ее глубина. Верх выработки – это устье скважины, стенки формируют ствол, а днище – забой. Бурение может иметь различное направление, масштабы и функциональное назначение. Также для него может использоваться разнообразное оборудование, отличающееся различными техническими характеристиками. Скважины необходимы для многих отраслей деятельности современного человека:

  • поиска и разведывания мест залегания полезных ископаемых разного происхождения;
  • их добычи (твердых, жидких и газообразных);
  • изучения особенностей грунтов и горных пород;
  • установки оборудования;
  • выкачивания воды;
  • закрепления грунта, устройства почвенных анкеров, цементации и усиления оснований под фундаментные конструкции;
  • шпунтовых ограждений котлованов и траншей.

Учитывая огромные масштабы загородного строительства, особого внимания заслуживают такие виды буровых работ, как бурение на воду. Они дают возможность обеспечить строения индивидуальными средствами водоснабжения. Работы представляют собой комплекс высокотехнологичных операций, которые требуют тщательной подготовки, высокого уровня инженерных знаний и наличия специализированного профессионального оборудования. Бурение на воду может осуществляться на глубину до 30 м («на песок») и более («на известняк»).

Песчаные скважины пробуриваются исключительно до песчаных водоносных горизонтов. Такая вода, как правило, не используется в качестве питьевой, а только для хозяйственных нужд или полива. Однако, при помощи использования новейшего фильтрационного оборудования, можно добиться относительно высоких качественных показателей такой воды. Что касается бурения «на известняк», то оно представляет собой более сложную и трудоемкую работу и предполагает использование двух обсадных труб. Одна из них необходима для защиты от обрушений почвы, а вторая – для прокачки при помощи скважинного насоса.

Способы и технологически особенности бурения

На сегодняшний день выделяют несколько групп способов бурения. Они бывают механическими, физическими и ручными. Наибольшую популярность получили механические методы, при которых используются станки и машины ручного типа. К физическим способам можно отнести термический, гидравлические, электрогидравлические, ультразвуковые и другие, которые еще не получили широкого распространения. Ручное бурение может использоваться для грунтов, которые отличаются минимальной твердостью и плотностью.

Каждый из указанных способов бурения требует более подробного описания:

  • вибрационное бурение (до 40 м) – подходит для песчаных и глинистых пород. Первый вариант предполагает собственно вибрационное бурение, а второй — виброударное. Суть вибрационного бурения состоит в том, что в результате вибрирования существенно снижаются показатели механического сопротивления породы, что обеспечивает возможность максимально быстрого погружения в грунт. Виброударное же бурение предполагает погружение инструмента под воздействием частых ударов, поэтому используется для грунтов, обладающих высоким лобовым сопротивлением;
  • термическое бурение (до 22 м) – предполагает сжигание пород при температуре около +2000°С, которая обеспечивается специальной горелкой. Отличается высокой производительностью и скоростью, а также надежностью;
  • гидравлическое бурение (до 8 метров) используется в легком суглинке и водонасыщенной почве. Вода под давлением разрушает породы, остатки которых выводятся с водой вдоль скважины;
  • роторное бурение (до 100м) используется для обустройства скважин диаметром до 230 мм. В процессе работы подается вода или раствор глины, которые удаляются на поверхность вместе со шламом, создавая лучшие условия для работы. Отличается высокой производительностью (на 300% выше, чем вибрационного), скоростью и относительно низкой стоимостью;
  • шнековое бурение (до 100м) – может проводиться сплошным или кольцевым забоем;
  • вращательное бурение (до 100м) – может быть колонковым или роторным. Можно проводить как с промывкой водой, так и с пневматическим охлаждением;
  • ударное бурение (до 50 м) – используются станки ударно-канатного действия, оборудованные различным инструментом – долотом, забивным стаканом, желонкой, ударной или раздвижной штангой, канатным замком и канатом
  • алмазное бурение используется для того, чтобы вскрывать твёрдые строительные материалы: бетон, гранит, кирпичные стены и каменные основания;
  • ударно-вращательное бурение (до 50м) используется в условиях твердых пород.

Существуют и другие способы бурения, однако они не получили большого распространение из-за того, что не до конца разработаны и отличаются дороговизной, поэтому в больших масштабах не используются.

Практическое применение бурения

Бурение необходимо в различных сферах деятельности, особенно в строительстве. Данный тип инженерно-геологических изысканий играет очень важную роль на этапе проектировки будущих сооружений и перед закладкой фундаментных конструкций. Разрабатывается проект, при котором информация о физико-химическом составе грунтов позволяет аргументировать целесообразность застройки зоны, этажность зданий и расстояние до других объектов. Бурение при земляных работах позволяет гарантировать устройство надежного фундамента, так как исходя из полученных аналитических данных, подрядчики определяют тип и количественные характеристики стройматериалов, оптимальное для строительства время года и другие особенности.

Комплекс буровых работ проводится также и с целью повышения надежности фундамента разных сооружений. Большинство зданий подвергаются негативным факторам внешнего типа – как механическим, так и химическим, связанным с сейсмическими и природными процессами. При этом повреждения фундамента являются наиболее опасными, поэтому их крепление требует кардинальных мер. Эти технические задания можно решить в результате внедрения буроинъекционных свай, для чего по всему периметру пробуриваются выемки нужной глубины, которые заполняются бетонными растворами при помощи бетонных компрессорных установок. Высокое давление толкает смесь в полости, образуя монолитное соединение – при этом сваи способны принимать на себя часть нагрузок сооружения, способствуя укреплению изоляционного слоя.

Кроме того, скважины необходимы для:

  • добычи питьевой воды;
  • обустройства шпунтовых ограждений – они имеют место для строительства зданий в больших городах, так как при их использовании полностью отсутствуют вибрационные процессы. Ограждение предотвращает попадание грунтовых вод в рабочие зоны и исключает влияние на фундамент соседних зданий. Оно может быть как временным, так и постоянным. Технология предполагает строительство стен, удерживаемых сваями из дерева или железобетона – такой способ укрепления грунта способен выдерживать большие нагрузки и обеспечивать безопасность проведения строительства возле многоэтажных сооружений;
  • устройства свай буронабивного типа – строительных скважин, которые усиливаются металлическими каркасами и заполняются цементными растворами. Их использование позволяет существенно армировать фундаментные конструкции, и значительно продлевать эксплуатационные сроки сооружений. Данные технологические процессы особенно востребованы на водянистых грунтах, где простой ленточный фундамент не способен справиться с природными воздействиями;
  • бурения скважин для тепловых насосов;
  • бурения промышленных выемок и других отраслей.

Это очень важный тип работ, который используется многими подрядчиками, однако доверять их лучше всего только профессионалам икомпаниям, предлагающим современное оборудование, которое играет важнейшую роль при произведении бурения.

Буровые установки

Большая часть буровых установок оснащается механизированным приводом, поэтому может быть использована для бурения на достаточную глубину. Они отличаются высокой производительностью и мощностью, поэтому подходят для решения технологических задач любой сложности. Сегодня в строительстве наибольшей популярностью пользуются:

  • установки для ударно-канатного бурения;
  • шнековые буровые установки;
  • роторные установки;
  • ручное оборудование.

Ручные агрегаты – перфораторы функционируют при помощи сжатого воздуха, исходящего от компрессоров, и используются для твердых и мерзлых грунтов. Они бывают ручными, колонковыми или телескопическими. Рабочий орган такого инструмента – бур, обладающий ступенчатым профилем, необходимым для снижения сил трения.

Что касается ударно-канатных установок, то относительно простая конструкция такого оборудования способна обеспечить высокий рабочий ресурс. Единственным недостатком таких агрегатов является низкая скорость работы, а при прохождении водоносных горизонтов может потребоваться дополнительная обсадка трубами больших диаметров, что повысит стоимость разработки. Конструктивно установка такого типа состоит из:

  • опорной треноги с блочком;
  • приводного механизма;
  • снаряда желонка.

Ударно-канатное оборудование очень простое в использовании и является одним из первых, которое начали разрабатывать для данных целей.

Шнековые установки состоят из шнека (винта), который обеспечивает подъем разрыхленных грунтовых масс. При этом длина штанги со шнеком составляет обычно не более 3 метров, а для дальнейшего наращивания используется специальная резьба. Бурить можно как вручную, так и механическим способом. После нескольких оборотов рабочий инструмент извлекается для того, чтобы удалять остатки раздробленных грунтов. По сравнению с канатными агрегатами, такие отличаются значительно большей производительностью, однако недостатком является необходимость постоянно доставать инструмент для очистки.

Также особого внимания заслуживает бурение с промывкой – оно осуществляется с помощью специального оборудования, которое позволяет быстро подымать разрушенные грунты при помощи потоков жидкости – промывка при этом может быть прямой или обратной. Такие установки являются очень производительными и быстрыми в работе, однако и стоимость их значительно выше.

Существуют и другие виды буровых установок – они используются в зависимости от типа грунта, условий эксплуатации, а также функционального назначения скважин, которые необходимо пробурить.

Классификация и разновидности буровых станков

Буровые станки (БС) — самоходное либо стационарное оборудование, используемое для разработки скважин в нефтедобывающей промышленности, строительстве и водоснабжении. Существует 4 основных параметра, характеризирующих буровые станки — диаметр и глубина скважин, а также направленность (вертикальное/горизонтальное) и скорость бурения.

В данной статье представлены установки для бурения скважин. Мы рассмотрим их разновидности, устройство и технические характеристики, а приведем обзор наиболее распространенных моделей оборудования.

1 Какое применяют оборудование для бурения скважин?

Основной характеристикой, в соответствии с которой классифицируется оборудование для разработки скважин, является принцип работы. Выделяют 5 основных способов бурения:

  • вращательное;
  • шнековое;
  • ударное;
  • шарошечное;
  • ударно-вращательное.

Рассмотрим каждый из способов, а также применяемое для его реализации оборудование, более подробно.
к меню ↑

1.1 Станки вращательного (шнекового) бурения

Вращательное бурение осуществляется посредством разработки грунтовых масс вращающейся коронкой, которая с усилием подается вдоль оси скважины. Коронка состоит из нескольких режущих кромок — «перьев», которые контактируя с грунтом скалывают его, тем самым углубляясь вниз. Преимуществом данного способа является высокая скорость, недостатком — возможность применения лишь в почве средней и малой твердости. При работе в твердых грунтах коронка не срезает, а стирает почву, что приводит к ускоренному износу резцов. Существуют специальные алмазные колонки, однако ввиду высокой стоимости такого оборудования их применение распространено крайне слабой.

Рассмотрим устройство станка вращательного бурения на примере распространенной модели СБР-160, который способен разрабатывать скважины диаметром 160-200 мм на глубину до 25 м. Схема данной машины представлена на изображении.

Все самоходные машины вращательного бурения базируются на транспортной базе — гусеничной либо колесной. Модель СБР-160 обустроена на основе экскаватора Э-652А, в ней каждая из гусениц оснащена индивидуальным приводом, что значительно увеличивает проходимость машины.

Рабочий узел агрегата состоит из мачты, шнека и вращателя. Мачта представляет собой направляющую конструкцию, в которой смонтирован механизм подачи буровой колонны (шнека). Сам шнек может быть непрерывным либо секционным- пригодным к наращиванию.

Вращатель бурового станка — устройство, приводящее буровую колонну в действие. В СБР-160 вращатель состоит из асинхронного двигателя, патрона, муфты, редуктора и гидроцилиндра, посредством которого производится переключение скоростей. Технические характеристики данной модели предусматривают 4 скорости бурения — 250, 160, 125 и 80 об/мин.

Также в отечественной промышленности распространены следующие станки вращательного бурения:

  • УРБ-2А — монтируется на шасси Урал-4320, ЗИЛ-131 либо АМАЗ-43114. Буровые станки серии УРБ-2А приводятся в действие непосредственно от двигателя базового транспорта, они комплектуются насосом типа НБ-50, компрессором для подачи бурового раствора КВ-10 либо 4ВУ1-5 (зависит от модели) и генератором БГ-16. Грузоподъемность штатной лебедки составляет 700 кг. Технические характеристики: диаметр бурения — до 190 мм, глубина — до 100 м;
  • Атлас Копко DM-45 и DM-50 — агрегаты на гусеничном ходу, разрабатывают скважины диаметром 150-230 мм на глубину до 53 метров, способны развивать гидравлическое усилие на забой до 200 кН.
  • СБР-160А и СБР-160Б — гусеничные станки, предназначенные для бурения горных пород с коэффициентом крепости 1-6. Диаметры бурения — 160, 180 и 200 мм. Модели отличаются между собой технической производительностью, у СБР-160А она составляет 60 м/ч, у СБР-160Б — 30 м/ч.

Среди оборудования от зарубежных производителей выделим станки вращательного бурения Sandvik, произведенные одноименным шведским концерном. В ассортименте компании представлены агрегаты для разработки скважин глубиной 27-45 м и диаметром до 311 мм.
к меню ↑

1.2 Шнековое бурение скважин станками типа ЛБУ 50 (видео)

2 Станки ударного бурения

Установки для ударного бурения разрабатывают скважину посредством кратковременного воздействия на дно скважины специального инструмента, совершающего возвратно-поступательные движения. В зависимости от принципа работы все буровые станки данного типа делятся на 3 разновидности:

  1. Станки ударно-канатного бурения.

Их устройство не предполагает наличия осевого усилия при подаче рабочего инструмента — боек падает на дно скважины под своем весом. Такое оборудование имеет достаточно низкую производительность, но при этом она крайне эффективна при разработке хрупких горных пород.

Рабочий инструмент таких станков имеет вес 1-3 тонны, он подвешивается на лебедке и поднимается посредством кривошипно-шатунного механизма на высоту 1-2 метров над забоем. В процессе разработки на дно скважины заливается вода, размягчающая породу. Разрушенный грунт периодически удаляется с помощью желонки.

Установки для ударно-канатного бурения бывают как крупногабаритные на гусеничном (БС-3) либо колесном ходу (БЖ-6), так и компактные (сборного типа) для разработки скважин на воду. Общим недостатком всех агрегатов является низкая производительность, так как скорость свободного падения рабочего инструмента непосредственно зависит от силы земного притяжения и количество ударов невозможно увеличить выше отметки 50-60 шт/мин.

  1. Станки шарошечного бурения.

В таких агрегатах рабочим инструментом выступает шарошечное долото, осуществляющее дробяще-скалывающую разработку породы. Буровой колонне, на которой закреплено долото, сообщается не только возвратно-поступательное движение с большим усилием по отношению к дну забоя, но и вращательное движение.

Такие установки используются для бурения всех типов грунтов — от мягких до особо твердых (включая горные породы), они способы разрабатывать скважины диаметром 72-400 мм. Среди отечественного оборудования выделим станок СБШ-200 (глубина — 30 м, диаметр 190-243 мм) и станок СБШ-250 (глубина — 40 м, диаметр — 214-270 мм). При разработке карьеров чаще всего используется буровой станок БТС 150 на базе гусеничного трактора Т-10М.

  1. Станки ударно-вращательного бурения

Установки ударно-вращательного бурения отличаются от ударно-канатных и шарошечных агрегатов тем, что при разработке скважины их рабочий инструмент вращается не только в перерывах между ударами, а непрерывно. При этом забой углубляется за вхождения коронки в грунт в момент удара, а вращение обеспечивает очистку дна скважины от выработанной породы.

Основными признаками оборудования данного типа являются низкий крутящий момент и осевое усилие, при большой ударной нагрузке. Ударно-вращательное бурение демонстрирует максимальную производительность при работе на особо твердых и абразивных породах.

Среди техники отечественного производства наиболее распространенными установки серии СБУ-125, способные разрабатывать вертикальные и наклонные скважины диаметром до 125 мм на глубину до 22 метров. Все модели СБУ-125 обустроены на базе гусеничной углепогрузочной машины УП-3.
к меню ↑

2.1 Станки колонкового бурения

Установки колонкового бурения чаще всего применяются при исследовательских и строительных работах. Основным их отличием от шнекового и ударного оборудования является то, что выработка грунта осуществляется не по всему периметру скважины, и лишь по радиусу колонкового снаряда, который представляет собой круглую трубу с наваренными на торец твердосплавными режущими зубьями.

При работе внутренняя полость колонкового снаряда заполняется вырезанным грунтом, после чего снаряд поднимается на поверхность и его содержимое извлекается. Такое принцип работы позволяет получать цельную породу, необходимую для проведения геодезических испытаний.

Также по колонковому принципу действуют все агрегаты для бурения отверстий в монолитных конструкциях из железобетона. Их рабочий инструмент оснащен специальными алмазными резцами, эффективно вскрывающими материал повышенной твердости.

Среди распространенного оборудования для разработки геологоразведочных скважин выделим станок СКБ-4100 (диаметр до 46 мм, глубина до 700 м) и Атлас Копко С5 (50 мм, до 1000 м).

Подбираем станок для бурения скважин

Сегодня многие владельцы загородных домов хотят иметь собственный источник чистой воды. Особой популярностью пользуются скважины, которые можно бурить практически в любом месте, где присутствует водоносный слой. Технология формирования подобной системы предполагает использование специальных механизмов. Существует несколько видов таких устройств, среди которых можно выделить буровые скважины. Ознакомиться с техническими характеристиками этих приборов довольно легко на специализированных сайтах.

Особенности

Скважина для воды представляет собой небольшое цилиндрическое сооружение, укрепленное с помощью специального жесткого каркаса. Формирование подобных систем производится с помощью станков для бурения. Технически эти устройства состоят из нескольких механизмов, связанных между собой различными крепежами. Установки для бурения появились уже очень давно, так как с их помощью добывали различные полезные ископаемые. Добыча воды с их помощью практикуется не так уж давно, особенно в частном секторе. Буровые установки позволяют решать такие основные задачи, как:

  • формирование отверстий незначительного диаметра. Их применяют для решения небольших инженерных задач;
  • бурение разведочных скважин. Они используются с целью получения информации о состоянии почв, водоносных горизонтов;
  • бурение скважин с целью поиска или добычи жидких или газообразных ископаемых, например, нефти;
  • бурение водяных скважин. Эти механизмы отличаются относительной простотой. Это касается конструкций, которые используются для формирования неглубоких отверстий.

Колодцы такого типа могут иметь различную глубину. В зависимости от этого выделяют несколько видов скважин.

  • Трубчатый колодец. Это самая мелкая скважина, имеющая глубину не больше 12 м. В качестве источника воды используют только верхние водоносные горизонты. После бурения в эту скважину не сможет попасть грязь, листья или другой мусор.

  • Скважина на песок. Углубление средней глубины, которое может достигать не больше 30 м. Срок службы подобной системы составляет около 15 лет. При этом скважина может периодически забиваться песком, и ее нужно будет чистить.

  • Артезианская скважина. Глубина такого «колодца» может превышать 100 м, поэтому для бурения подобных отверстий используются специальные технологии и механизмы. Буровые установки такого типа отличаются высокой мощностью и сложностью. Но эксплуатировать подобные источники воды можно уже на протяжении 50 лет.

Конструкция станков для бурения может отличаться в зависимости от происхождения. Независимо от этого такие механизмы имеют следующие общие элементы:

  • каркас – в качестве опоры может выступать как металлическая конструкция, так и непосредственно самоходный автомобиль или другая сложная система. Прочность подобного элемента определяется в зависимости от максимальной глубины бурения скважин;
  • устройство для бурения – эти элементы представляют собой систему механизмов, которые приводят в движение сам бур или другой предмет, разрушающий почву. При бурении может применяться несколько типов инструментов, которые предназначаются для определенных слоев грунта;
  • привод – технически в качестве этого устройства может выступать как электрический или дизельный двигатель, так и физическая сила человека.

Многие станки для бурения скважин имеют более сложную структуру, так как состоят из различных вспомогательных узлов.

Бурильные станки являются очень востребованным продуктом на рынке. Сфера их применения может быть как промышленной, так и бытовой. В зависимости от этого подобные механизмы можно разделить на несколько видов.

  • Промышленные. Такие станки используются для бурения глубоких скважин. Они отличаются высокой мощностью и производительностью. Очень часто они применяются с различным вспомогательным оборудованием. Подобные механизмы используются при формировании нефтяных скважин. Ярким представителем может стать плавучая платформа, оснащенная мощным бурильным станком.

  • Мобильные. Буры такого типа предназначаются для формирования скважин на воду. Они оснащаются маломощными приводами (электрические двигатели и другие), с помощью которых можно сформировать отверстие глубиной до 100 м.

  • Ручные. Они являются самыми простыми конструкциями, с помощью которых можно бурить относительно неглубокие скважины до 15–20 м в зависимости от типа почвы. Эти самодельные малые механизмы применяются в бытовой сфере.

При желании их можно соорудить вручную из подручных материалов.

В зависимости от техники бурения станки делят еще на несколько групп.

Ударно-канатные

Формирование колодцев происходит с помощью специального патрона, который выполнен в виде своеобразной трубы с заостренным концом. Разрушение почвы происходит под собственным весом устройства. Чтобы увеличить энергию удара, чашу поднимают специально на определенную высоту над уровнем земли. Среди минусов можно выделить низкую проходимость и невозможность организации довольно глубоких скважин. Ударно-канатные модели используются в быту для рытья колодцев.

Но следует отметить, что подобные механизмы могут работать даже на каменистых грунтах, чего не всегда можно добиться другими инструментами.

Шнековые

Они являются одними из самых распространенных видов станков. В качестве бура применяют шнеки различной формы и размера. Самые простые модели могут использоваться даже ручным методом. Бур помещают вращательным способом в грунт, что приводит к дроблению материала, при этом почва располагается между лопастями. Чтобы удалить ее, рабочий орган периодически вынимается и очищается от грязи. Установки приводятся в движение как вручную, так и с помощью различных видов двигателей.

Ручные модели могут иметь небольшой вес, что делает их компактными и легко переносными. Но если производить бурение шнеком каменистых грунтов, то его эффективность может значительно падать.

Вращательно-роторные

Станки этого класса отличаются высокой производительностью, так как позволяют проходить грунт относительно быстро и качественно. Технически конструкция состоит из вертикальной трубы и режущего органа. При прохождении ножа к поверхности разрушения подают воду под напором. Это позволяет размягчить почву и сделать ее более податливой. Жидкость здесь также нужна для очистки отверстия от грунта. Осуществляться подобная операция может двумя основными способами. Первый предполагает подачу воды через штангу, а грязь уже выводится через отверстие самой скважины. Второй подход осуществляется полностью наоборот. Скважину заполняют водой, а самая грязь уже выводится с помощью специального оборудования и наносов.

Следует отметить, что практически все буровые станки имеют аналогичное строение описанной ранее структуре. Касается это не только устройств для формирования скважин для воды, но и нефтяных механизмов. Но в мощных станках уже применяют более прочные материалы, способные выдерживать высокие нагрузки. Поэтому подобное оборудование невозможно соорудить самостоятельно без применения специальных технологий.

Производители

Популярность буровых станков возрастает с каждым днем, что связано с тем, что системы подобного типа используются для решения разнообразных задач. Производство станков осуществляется многими компаниями, среди которых можно выделить несколько самых популярных.

  • «ИжНефтеМаш». Компания производит оборудование для бурения уже более 50 лет. Продукция компании насчитывает множество наименований. Самыми популярными инструментами этой марки считаются буровые погружные дренажные насосы, штанговое оборудование, смесительные установки, которые используются для цементирования шахт, и много других.

  • «Буровая техника». Это еще одна компания с многолетним опытом, которая производит оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин. Производитель выпускает турбобуры, винтовые насосы и много другое. Механизмы отличаются высокой производительностью и качеством работы.

  • «Геомаш». Техника этой компании применяется в строительстве, а также для бурения скважин для воды. Производитель выпускает множеств самоходных механизмов, способных решать различные задачи. Многие из них могут формировать сейсморазведочные и гидрогеологические скважины.

  • Bauer. Эта немецкая компания, которая известна на рынке также уже более полувека. Под эгидой данной марки выпускается очень много бурильных установок как для промышленного, так и для строительного использования. Следует отметить высокое качество производимого оборудования, что достигается за счет того, что компания изготавливает все комплектующие для механизмов самостоятельно.

Самыми популярными машинами являются модели Bauer BG 28 и Bauer MBG 24, которые применяются многими профессиональными специалистами.

  • Aker Wirth. Это еще один представитель Германии, выпускающий качественное буровое оборудование. Ассортимент продукции насчитывает множество видов изделий. Можно найти как малогабаритные установки, так тяжелые промышленные агрегаты. Особую популярность приобрели верхние приводы, буровые насосы и вертлюги.

Разнообразие буровых станков не заканчивается на этих марках. Сегодня все больше рынок захватывают недорогие китайские модели. Но перед тем как покупать их, следует удостовериться в их надежности и выносливости.

Советы и рекомендации

Бурение скважин – это сложная процедура, которую не всегда возможно осуществить своими руками. Подобные операции реально выполнить только для неглубоких отверстий. Осуществляя бурение, следует придерживаться следующих простых советов:

  • перед началом работ обязательно нужно анализировать почву. На основе полученных данных подбирается тип бура, который подойдет для разрушения подобной структуры;
  • следует стараться выставлять инструмент строго вертикально. Если система войдет в грунт под углом, то существует риск повреждения рабочего органа;
  • в случае ручного бурения обязательно стоит добавлять воду в отверстие. Она смягчит почву и позволит быстрее продвигаться вглубь.

Буровые станки для скважин представляют собой специальное оборудование различной сложности. Их выбор для решения определенных задач следует доверять опытным специалистам, которые подберут надежные и долговечные механизмы. Более подробно о станках для бурения скважин смотрите в следующем видео.


Буровые машины для открытых горных работ

В общей технологии открытых горных работ при разработке месторождений, сложенных скальными породами, буровзрывные работы являются одним из основных производственных процессов.
Проведение бурения осуществляется буровыми машинами различной конструкции.

Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей, в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины.

Бурение — процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое.

Шпуром называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.
Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м.

Буровые машины, применяемые на открытых разработках, классифицируются по:

  • способу разрушения горной породы;
  • способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту;
  • способу удаления продуктов разрушения от забоя скважины;
  • роду потребляемой энергии;
  • способу расположения скважины;
  • назначению.

По способу разрушения горной породы буровые машины подразделяются на осуществляющие механические и физические способы разрушения, а также сочетающие их — комбинированные. К механическим относят машины ударно-вращательного и вращательного бурения шарошечными и резцовыми долотами, производящие разрушение горной породы инструментом путём прикладывания к нему силовых нагрузок; к физическим — машины термического, взрывного, гидравлического, электрогидравлического и ультразвукового бурения, воздействующие на горную породу через жидкую и газообразную среду.

Механический способ бурения скважин осуществляется за счет непосредственного воздействия рабочего инструмента на породу, при котором в последней возникают высокие напряжения, превышающие предел прочности минеральных образований и приводящие к разрушению породы в области контакта с инструментом.

По форме и характеру воздействия бурового инструмента на породу различают следующие виды бурения: ударное, вращательное резанием, ударно-вращательное, шарошечное, вращательно-ударное и комбинированное инструментом (режуще-шарошечным, шарошечно-ударным и др.).

Физические или физико-химические способы бурения разрушают породу через жидкую или газообразную среду термическим, взрывным, гидравлическим, электрогидравлическим, ультразвуковым, плазменным, лазерным и другими способами воздействия.

При термическом способе бурения разрушение (шелушение) пород происходит в результате нагрева забоя скважины сверхзвуковыми раскаленными струями и появление в породе термических напряжений, превышающих предел прочности минерального образования.

Взрывное бурение (также известное, как взрывобурение) может осуществляться с помощью ампульных или твердых ВВ, а также струйным способом.

Гидравлический способ бурения осуществляется тонкой высоконапорной струей воды, подаваемой на забой со сверхзвуковой скоростью, однако такой способ весьма затратен с точки зрения использования удельной энергии

Несмотря на создание и внедрение новых физических и комбинированных способов бурения, механическое разрушение горных пород при бурении, в первую очередь станками шарошечного бурения, остается определяющим, но каждый из механических способов имеет свою область применения и поэтому не может быть полностью вытеснен другими.

По способу приложения нагрузки к буровому инструменту буровые машины подразделяют следующим образом:

Ударное бурение осуществляется за счёт последовательно наносимых по забою ударов долотом с энергией Руд (рис.1). При ударном бурении (рис. 1, а, рис. 2, а) вращательный момент к долоту не прикладывается. Перед каждым следующим ударом (в момент отскока) инструмент поворачивается на некоторое количество градусов (в ударно-канатных станках – благодаря упругим силам закручивания каната), обеспечивая разрушение породы по всей площади забоя.

Рисунок 1 – Принципиальные схемы механических способов бурения: 1 — канат; 2 — долото; долото 3 — ударно-поворотный механизм механизм; 4 — штанга; 5— вращатель; 6— ударный механизм; 7— шарошки; Руд — ударное воздействие; Рос — осевое усилие; Мвр — крутящий момент;ω —угловая угловая скорость вращения долота

При ударно-поворотном бурении (рис. 1, б) вращающий момент незначителен, но инструмент непрерывно вращается вокруг своей оси. Порода разрушается в основном при введении лезвия инструмента под действием удара.

Благодаря же вращению инструмента производится срезание породы, оставшейся в гребешках после удара. Если коронку не поворачивать, то после нескольких ударов поверхность соприкосновения лезвия с разрушенной породой настолько увеличится, что введение лезвия и разрушение горной породы прекратятся.

Рисунок 2 – Принципиальные схемы механических способов бурения: а – ударное бурение; б – вращательное бурение шарошечными долотами; в –вращательное бурение резцовыми коронками; г – ударно-вращательное вращательное бурение

Вращательное бурение резанием (рис. 1, в; рис. 2, в) осуществляется резцом, непрерывно срезающим и скалывающим частицы породы с забоя по винтовой линии передней гранью под действием приложенных усилий Рос (рис.1) и момента вращения Мвр. Одновременно с этим, коронка подается на забой вдоль оси скважины со значительным усилием. Вращательное бурение применительно только к слабым углям и породам со средним значением крепости, а так же породам со значением крепости ниже среднего. При крепких породах режущие кромки коронки не способны скалывать стружку значительной толщины и разрушают породу истиранием. При этих условиях работы резцы из металлокерамических и твердых сплавов быстро изнашиваются и скорость бурения падает. Бурение скважин в крепких породах вращательным способом будет эффективным только при использовании алмазных коронок (так называемое «алмазное бурение»), однако ввиду высокой стоимости и дефицитности алмазов (в том числе и искусственных) алмазные коронки используют только в особых случаях.

Существуют два вида вращательного бурения: сплошное и колонковое.

В последнем случае коронка разрушает горную породу только в пределах кольцевой щели, а в середине остается керн, выдаваемый из скважины крупными кусками. При колонковом бурении поверхность контакта коронки с породой меньше и при той же силе подачи давление выше, чем при сплошном разбуривании. Вследствие этого бурение с керном успешно применяется и по породам высокой крепости. Однако потери времени на подъем керна снижают среднюю скорость бурения, в связи с чем колонковый способ бурения на карьерах применяют только для проведения разведочных скважин.

Ударно-вращательный способ (рис. 1, г; рис.. 2, г) сочетает признаки ударного и вращательного бурения резанием. При этом способе удары высокой энергии осуществляются погружным ударником (преимущественно пневматическим) при наложении постоянных, относительно небольших осевых усилий и момента вращения. Порода разрушается ударом долота, а оставшиеся гребешки срезаются при его повороте. Данный способ бурения применяется по крепким, очень крепким и абразивным породам.

Вращательно-ударное бурение (рис. 1, д; рис. 2, г) объединяет признаки ударного и вращательного способов. По буровому инструменту, прижимаемому к забою с осевым усилием Рос и вращаемому независимым вращателем, непрерывно наносятся удары через хвостовик штанги. Разрушение породы происходит скалыванием и срезанием частиц с забоя. Данный способ применяется для бурения наклонных и горизонтальных скважин в крепких породах. Широко реализуется во многих конструкциях станков зарубежного производства, а также в ряде отечественных станков типа СБУ.

Шарошечное бурение (рис. 1, е; рис. 2, б) осуществляется перекатыванием шарошки по забою при вращении долота с высоким моментом и усилием прижатия к забою. Зубья шарошки, набегая на забой, разрушают его ударами и резанием. Данный способ универсален и весьма распространен. Внешне бурение протекает как вращательное, однако зубья шарошки имеют кратковременный (ударный) контакт с забоем, в силу чего отсутствует фаза резания, характерная для вращательного бурения с использованием инструмента режущего типа.

  • Машины с непрерывным удалением, осуществляемым сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (при шарошечном и пневмоударном, а в отдельных случаях и при вращательном бурении);
  • Машины, в которых удаление происходит парогазовой смесью (при термическом бурении) либо витыми штангами (шнеками) с одновременной подачей и сжатого воздуха, либо только шнеками (при вращательном бурении);
  • Машины с периодическим удалением шламовой смеси из скважины либо с помощью желонок (при ударно-канатном способе бурения), либо с помощью желонок, заполняемых буровой мелочью, продувкой скважины сжатым воздухом (при бурении глубоких скважин погружными пневмоударниками больших диаметров 400—700 мм).

По виду потребляемой энергии буровые станки подразделяют на:

  • Электрические. Буровые машины с электроприводом получают питание для сетевого двигателя от линий электропередач.
  • Тепловые (дизельные). К тепловым станкам относят оборудование, работающее с приводом от дизеля.
  • Пневматические и гидравлические. К буровым станкам с пневматическим (гидравлическим) приводом относят машины, получающие питание от автономных пневматических (гидравлических) сетей или компрессорных (насосных) станций.

По способу расположения скважины станки подразделяют на станки для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.

По назначению буровые машины делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин (колонковые и бурильные молотки), а также для бурения скважин среднего и большого диаметра.

Буровые машины, используемые на открытых горных разработках, классифицируют следующим образом:

  • Машины ударного бурения: пневматические бурильные молотки — перфораторы (пневмоударники) с зависимым вращением бура; станки ударно-канатного бурения.
  • Машины вращательного бурения: станки вращательного бурения шарошечными долотами; станки вращательного бурения режущими коронками.
  • Машины ударно-вращательного бурения: станки с погружными пневмоударниками (пневмо-ударного бурения); перфораторы с независимым вращением бура и внескважинным ударником.
  • Станки комбинированного бурения (используют сочетания различных способов разрушения горных пород).

На сегодняшний день, при бурении твердых пород, преимущественное распространение получили буровые установки с погружным пневмоударником. При использовании высокого давления (до 25 bar) и оптимальном диаметре бурения 110 – 203 мм, данные установки имеют отличную скорость бурения, маневренность и экономичность.

При бурении по более мягким и сыпучим породам используют установки вращательного бурения шарошечными долотами. Оптимальный диаметр бурения составляет 200 – 270мм.

При малом диаметре бурения (78 – 105 мм) часто применяют установки гидроперфораторного бурения.

kak_eto_sdelano

Как это сделано, как это работает, как это устроено

Самое познавательное сообщество Живого Журнала

Для большинства людей, иметь свою нефтяную или газовую скважину – значит решить финансовые проблемы на всю оставшуюся жизнь и жить ни о чем не думая.
Но так ли просто пробурить скважину? Как она устроена? Этим вопросом, к сожалению, мало кто задается.

Буровая скважины 39629Г находится совсем недалеко от Альметьевска, в поселке Карабаш. После ночного дождя, все вокруг в тумане и перед машиной то и дело пробегали зайцыJ

И вот, наконец, показывалась сама буровая. Там нас уже ждал мастер буровой – главный человек на площадке, он принимает все оперативные решения и несет ответственность за все происходящее при бурении, а также – начальник управления буровых работ.

Принципиально, бурением называют разрушение горных пород на забое (в нижней точке) и извлечение разрушенной породы на поверхность. Буровая представляет собой комплекс механизмов, таких как буровая вышка, буровые насосы, системы очистки бурового раствора, генераторы, жилые помещения и т.д.

Буровая площадка, на которой расположены все элементы (о них мы поговорим ниже) – это очищенная от плодородного слоя земли и отсыпанная песком зона. После завершения работ этот слой восстанавливают и, таким образом, существенный вред экологии не наносится. Слой песка – обязателен, т.к. глина при первых дождях превратится в непроходимую жижу. Я сам видел, как в такой жиже застревали многотонные Уралы.
Но обо всем по порядку.

На скважине 39629Г установлен станок (собственно вышка) СБУ-3000/170 (стационарная буровая установка, максимальная грузоподъемность 170 тонн). Станок произведен в Китае и выгодно отличается от того, что я видел раньше. В России тоже производятся буровые, но китайские станки дешевле как в закупке, так и в обслуживании.

На этой площадке ведется кустовое бурение, оно характерно для горизонтальных и наклонно-направленных скважин. Такой тип бурения заключается в том, что устья скважин расположены на близком расстоянии друг от друга.
Поэтому буровой станок оборудован системой самоперемещения по рельсам. Система работает по принципу «тяни-толкай» и станок как бы передвигает сам себе с помощью гидроцилиндров. На перемещение с одной точки до другой (первые десятки метров) со всеми сопутствующими операциями уходит пара часов.

Поднимаемся на рабочую площадку буровой. Здесь собственно и происходит большая часть работы буровиков. На фото видны трубы буровой колонны (слева) и гидравлический ключ, при помощи которого колонна наращивается новыми трубами и продолжает бурение. Бурение происходит благодаря долоту на конце колонны и вращению, которое передается с помощью ротора.

Особый восторг у меня вызвало рабочее место бурильщика. Когда-то давно, в Республике Коми, я видел бурильщика, который управлял всеми процессами с помощью трех ржавых рычагов и собственной интуиции. Чтобы сдвинуть рычаг с места, он буквально повисал на нем. В итоге, буровой крюк чуть было не зашиб его.
Здесь же бурильщик подобен капитану космического корабля. Он сидит в изолированной кабине, в окружении мониторов и управляет всем с помощью джойстика.

Само собой, кабина отапливается зимой и охлаждается летом. Кроме того, на крыше,тоже стеклянной, предусмотрена защитная сетка на случай падения чего-нибудь с высоты и дворник для очистки стекла. Последний вызывает у буровиков неподдельный восторг:)

Кроме ротора, буровая оборудована системой верхнего привода (сделана в США). Эта система объединяет в себе крановый блок и ротор. Грубо говоря, это кран с приделанным к нему электродвигателем. Система верхнего привода является более удобной, быстрой и современной, нежели ротор.

Видео как работает система верхнего привода:

С вышки открывается отличный вид на площадку и окрестности:)

Кроме красивых видов, в верхней точке буровой можно обнаружить рабочее место верхового помбура (помощника бурильщика). В его обязанности входят работы по установке труб и общий контроль.

Так как верховой находится на рабочем месте всю 12-часовую смену и в любую погоду и любое время года, для него оборудована отапливаемая комната. На старых вышках этого никогда не было!

В случае нештатной ситуации, верховой может эвакуироваться с помощью троллея:

Когда скважина пробурена, ствол несколько раз промывается от разбуренной породы (шлама) и в нее спускают обсадную колонну, которая состоит из множества труб, скрученных между собой. Один из типовых внутренних диаметров обсадной колонны — 146 миллиметров. Длина скважины может достигать 2—3 километров и более. Таким образом, длина скважины превосходит её диаметр в десятки тысяч раз. Примерно такими же пропорциями обладает, например, отрезок обычной нити длиной 2—3 метра.

Трубы подаются по специальному желобу:

После спуска обсадной колонны скважину еще раз промывают и начинается цементирование затрубного пространства (пространства между стенкой скважины и обсадной колонной). Цемент подается на забой и продавливается в затрубное пространство.

После того, как цемент застывает, его проверяют зондом (прибором, спускаемым в скважину) АКЦ – акустический контроль цементажа, скважину опрессовывают (проверяют герметичность), если все ОК, то бурение продолжается – разбуривается цементный стакан на забое и долото идет дальше.

Буква «г» в номере скважины 39629Г означает, что ствол скважины – горизонтальный. От устья до определенного момента скважина бурится без отклонения, но потом с помощью шарнирного отклонителя и/или роторного отклонителя она выходит на горизонталь. Первый представляет собой трубу с шарниром, а второй – долото с направленным соплом, которое отклоняется напором бурового раствора. Обычно, на картинках, отклонение ствола изображается чуть ли не под углом 90 градусов, но в реальности этот угол составляет около 5-10 градусов на 100 метров.

За тем, чтобы ствол скважины шел туда, куда нужно, следят специальные люди – «кривильщики» или инженеры телеметрии. По показаниям естественной радиактивности горных пород, сопротивлению и другим параметрам, они контролируют и корректируют курс бурения.

Схематично все это выглядит вот так:

Любые манипуляции с чем-либо на дне (забое) скважины превращаются в очень увлекательное занятие. Если в скважину нечаянно уронить инструмент, насос или несколько труб, то вполне можно уроненное никогда не достать, после чего на скважине стоимостью в десятки или сотни миллионов рублей можно ставить крест. Покопавшись в делах и историях ремонта, можно найти настоящие скважины-жемчужины, на забое которых лежит насос, поверх которого лежит ловильный инструмент (для извлечения насоса), поверх которого лежит инструмент для извлечения ловил
ьного инструмента. При мне в скважину роняли, к примеру, кувалду:)

Чтобы нефть вообще могла поступать в скважину, нужно проделать отверстия в обсадной колонне и цементном кольце за ней, так как они, отделяют коллектор от скважины. Эти отверстия делают с помощью кумулятивных зарядов; они по сути такие же, как, например, противотанковые, только без обтекателя, потому что лететь им никуда не надо. Заряды пробивают не только обсадную колонну и цемент, но и сам пласт горной породы на несколько десятков сантиметров вглубь. Весь процесс называется перфорацией.

Для сокращения трения инструмента, выноса разрушенной породы, предотвращения осыпания стенок скважины и компенсации разницы пластового давления и давления на устье (внизу давление в разы больше) скважина заполнена буровым раствором. Его состав и плотность подбираются в зависимости от характера разреза.
Буровой раствор прокачивается компрессорной станцией и должен постоянно циркулировать в скважине во избежания осыпания стенок скважины, прихвата инструмента (ситуации, когда колонна заблокирована и ее невозможно ни вращать, ни вытащить – это одна из самых распространенных аварий при бурении) и прочего.

Спускаемся с вышки, идем смотреть насосы.

В процессе бурения буровой раствор выносит шлам (разбуренную породу) на поверхность. Анализируя шлам, буровики и геологи могу делать выводы о породах, которые сейчас проходит скважина. Затем раствор нужно очистить от шлама и снова отправить в скважину работать. Для этого оборудована система очистных установок и «амбар», где очищенный хранится шлам (амбар виден на предыдущем фото справа).

Первыми принимают раствор вибросита – они отделяют самые крупные фракции.

Затем раствор проходит ило- (слева) и пескоотделители (справа):

И, наконец, самая мелкая фракция удаляется с помощью центрифуги:

Затем раствор попадает в емкостные блоки, при необходимости восстанавливаются его свойства (плотность, состав и прочее) и оттуда с помощью насоса подается обратно в скважину.
Емкостной блок:

Буровой насос (произведен в РФ!). Красная штука сверху – гидрокомпенсатор, он сглаживает пульсацию раствора за счет противодавления. Обычно на буровых – два насоса: один рабочий, второй резервный на случай поломки.

Все этим насосным хозяйством заведует один человек. Из-за шума оборудования, всю смену он работает в берушах или защитных наушниках.

«А что у буровиков с бытом?» – спросите вы. Этот момент мы тоже не упустили из внимания!
На этой площадке буровики работают, короткими вахтами по 4 дня, т.к. бурение идет практически в черте города, но жилые модули практически ничем не отличаются от тех, что используют, к примеру, в Заполярье (разве что, в лучшую сторону).

Всего на площадке 15 вагончиков.
Часть из них – жилые, в них буровики живут по 4 человека. Вагончики разделены на тамбур с вешалкой, умывальником и шкафов и непосредственно жилую часть.

Кроме того, в отдельные вагончики (на местном сленге – «балки’») выведены баня и кухня-столовая. В последней мы прекрасно позавтракали и обсудили детали работы. Пересказывать не буду, а то вы меня обвините в совсем уж откровенной рекламе, но скажу, что мне немедленно захотелось остаться в Альметьевске… Обратите внимание на цены!

На буровой мы провели около 2,5 часов и я в очередной раз убедился, что таким сложным и опасным делом, как бурение и нефтедобыча в целом могут заниматься только хорошие люди. Еще давным-давно, на Севере, мне объясняли, что плохие люди тут не задерживаются.

Друзья, спасибо, что дочитали до конца. Надеюсь, теперь вы представляете себе процесс бурения скважин немного лучше. Если у вас остались вопросы – задавайте их в комментариях. Я сам или с помощью экспертов – обязательно отвечу!

Читайте также:  Биметаллические трубы отопления
Ссылка на основную публикацию