Роторные буровые установки

В процессе строительства крупных объектов промышленного назначения, а также во время возведения частных домов на слабой почве прибегают к использованию свайных оснований. Ключевая их особенность – способность передавать нагрузку от высотных сооружений на устойчивые слои грунта. 

Для изготовления таких фундаментов применяются буронабивные сваи, глубина погружения которых может достигать 75-ти метров. В России максимальная глубина погружения свай составляет обычно 48 метров, чего вполне достаточно для того, чтобы конструкция получилась прочной и надежной. Буронабивные сваи являются в некоторых случаях единственно возможным вариантом строительства на скальных почвах. 

Несмотря на то, что технология использования свай применяется давно, выбор методики их устройства требует проведения предварительной георазведки и тщательных изысканий. Что касается оборудования, применяемого для устройства свай, то чаще всего для этого привлекают роторные буровые установки. О том, что они собой представляют, пойдет речь в нашем сегодняшнем материале. 

Роторные буровые. Назначение и принцип действия

Роторное бурение – это технология, используемая не только во время монтажа буронабивных свай. Она является распространенным методом устройства скважин для любой среды. В частности, именно ротор представляет собой основу оборудования для подготовки разведывательных и эксплуатационных свай под добычу нефти и газа. Он используется на установках, грузоподъемность которых варьируется в пределах от 10-ти до 500 тонн. Глубина скважин, которые можно пробурить благодаря роторному буровому станку, составляет 100-15 тыс. метров. 

Основывается бурение на передаче вращательного усилия на буровую колонну от поверхностного ротора с периодическим проворачиванием инструмента. Такое оборудование незаменимо и при необходимости удержания колонны труб, которые могут быть как обсадными, так и бурильными, в процессе выполнения спускоподъемных операций. Ротор представляет собой редуктор, вращение от которого передается на колонну вертикальных труб посредством вала трансмиссий, установленного горизонтально. 

Между собой роторы различаются с точки зрения мощности, максимально выдерживаемой статистической нагрузки, а также в плане диаметра проходного отверстия. Если говорить о конструкции, то в этой связи оборудование подразделяют на две больших группы:

•  неподвижное;
•  вертикально перемещающееся путем выполнения возвратно-поступательных движений относительно основания скважины.

За приведение ротора в действие отвечают передачи от лебедки, отдельно взятый мотор или коробка передач. Изменение скорости вращения зависит от того, какой привод лежит в основе работы устройства. С целью восприятия реактивного крутящего момента производители оснащают роторы специальными стопорными механизмами, которые монтируются на столе либо на быстроходном валу. 

Для исключения риска преждевременного выхода деталей из строя вследствие трения все подвижные элементы принудительно смазываются. На рынок оборудование поступает в двух вариантах исполнения – с так называемым ПКР (пневматическим клиновым захватом) или без него. Захват используется для фиксации труб.

Говоря конкретнее о сфере применения установок, ставших предметом нашего разговора, необходимо упомянуть, что они привлекаются для достижения следующих целей:

•  Устройство скважин под воду, даже если водный пласт залегает очень глубоко.
•  Сооружение отверстий для дальнейшей добычи нефти, газа и прочих полезных ископаемых.
•  Установка свай глубокого погружения при строительстве фундаментов.
•  Выполнение различного рода поисково-разведывательных операций.

Важно

Бурение скважин роторной буровой установкой может выполняться на любой почве, независимо от ее качества – мерзлой, скалистой, песчаной, болотистой и пр. Также немаловажным фактом является то, что работать подобное оборудование способно даже при неблагоприятных погодных условиях. 

Принцип действия оборудования сводится к тому, что сам процесс бурения представляет собой последовательное и непрерывное разрушение почвы на месте выполнения работ с параллельной транспортировкой этой почвы на-гора. Вращение рабочих механизмов осуществляется одновременно с эвакуацией отработанного грунта, которая выполняется наиболее оптимальным из перечисленных ниже способов:

1.  Путем прямой промывки глиняным раствором. Плюс такого метода состоит в оперативности очистки скважины от отработанного грунта, но есть и минус – необходимость постоянного подвоза хорошей глины. Этот способ нельзя использовать при бурении скважин для обеспечения водоснабжения, так как глина усложняет процесс определения качества воды.
2.  Обратной водой, которая подается в отверстие под огромным напором, размывает почву на дне и выводит на поверхность грязевую массу. 
3.  Потоком сжатого воздуха. Как правило, таким образом отработанный грунт выводится наружу зимой, когда из-за мороза невозможно использовать другие способы отвода.
4.  Путем применения механического шнека. 

Важно обратить внимание на то, что применение для промывки скважин воды и сжатого воздуха, помимо всего прочего, способствует охлаждению буровой установки, а это положительно сказывается на увеличении срока ее эксплуатации.

Конструкция бурильного оборудования

В состав роторной буровой установки входят следующие узлы и детали:

•  Буровая вышка, выполняющая функцию опоры для остальных элементов.
•  Двигатель, оснащенный приводом непосредственно на ротор. Как правило, подобное оборудование оснащается электромоторами, но бывают механизмы с дизельным или гидравлическим приводом. Последние называют гидравлическими роторными буровыми установками.
•  Ротор, который обеспечивает возможность роторного движения рабочего органа.
•  Роторный стол, установленный на опорах (чаще всего их две) и соединенный с втулкой.
•  Бурильная колонна, которая, в свою очередь, состоит из трубы, пустой внутри, системы бурильных труб и долота.
•  Насосы, которые необходимы для того, чтобы в скважину непрерывно поступала очищающая смесь. О том, что это за смесь, мы говорили несколькими абзацами выше. 
•  Вертлюг для подачи в скважину бурильной жидкости.
•  Талевая система.
•  Система очистки, которая также состоит из нескольких узлов.

Отдельного внимания заслуживает тот факт, что роторные буровые установки могут быть как стационарными, так и передвижными, мобильными, транспортируемыми на объект с помощью железнодорожных платформ либо автомобильных прицепов. 

Обсадные трубы

При бурении скважин в обводненной и неустойчивой почве используют обсадные трубы. Они необходимы для того, чтобы стенки скважины не осыпались. Как правило, в таких случаях применяют специальные установки под названием «Штанга Келли». Это наиболее распространенный сухой метод бурения с применением роторных установок. 

Используют его преимущественно для монтажа буронабивных свай в неустойчивой или скальной почве, при этом для ее извлечения привлекают керн-буры, шнеки и прочие аналогичные инструменты. Буровой инструмент устанавливается на штангу Келли – телескопическую трубу, благодаря которой становится возможным бурение на большую глубину.

Вообще без обсадных труб невозможно представить строительство скважин и обустройство месторождений полезных ископаемых. Их помещают в скважину, тем самым предотвращая осыпание породы. Трубы либо вкручиваются друг в дружку, либо скрепляются муфтами, образовывая некое подобие колонны на всей глубине работы.

Промывочная жидкость

Во время бурения роторными установками в скважине происходит непрерывная циркуляция жидкости. Ранее считалось, что она необходима исключительно для вымывания из полости скважины отработанного грунта. Сегодня промывочную жидкость или буровой раствор относят к ключевым факторам, от которых зависит эффективность процесса бурения. Она не только устраняет шлам, но и выполняет ряд других важнейших функций, позволяющих завершить процесс работы и достичь требуемого уровня ее эффективности:

•  Охлаждение бурильных труб и непосредственно инструмента, разрушающего породу.
•  Удержание частиц почвы во взвешенном состоянии.
•  Облегчение разрушения породы.
•  Предотвращение осыпания стенок скважины.
•  Значительное снижение коэффициенты трения.

Роторные установки для бурения: достоинства и недостатки

К преимуществам роторных буровых установок относится их высокая эффективность, маневренность, огромные экономические и практические выгоды применения. Так, применение такого оборудования позволяет бурить скважины на большую глубину, независимо от твердости породы. Также немаловажным плюсом является скорость работы и сравнительно невысокие затраты на обеспечение возможности бурения.

Как уже говорилось выше, использовать буры можно при любой погоде в разных климатических условиях. Если возникает необходимость в обустройстве свай под строительство высотки в городской черте, такая технология является единственно возможной благодаря минимальному, по сравнению с другими способами бурения, уровню шума. 

Что касается недостатков, то их не так уж и много:

•  Нельзя использовать, если грунт на объекте промерз.
•  Из-за глинистости промывочной жидкости усложняется процесс изучения слоев почвы.
•  Изменение мощности во время бурения.

Заключение

Как видим, эффективность и значение роторных буровых установок сложно переоценить. Их активно привлекают для бурения скважин в различных отраслях промышленности и народного хозяйства, а в современном строительстве подобное оборудование и вовсе незаменимо. 

Если планируется возведение высотного сооружения на слабых грунтах, только путем использования технологии роторного бурения становится возможным воплощение в реальность разработанного архитекторами проекта.