Область применения буровых установок очень обширна. Они используются в строительстве, горной промышленности, пищевой индустрии. В повседневной жизни люди каждый день пользуются тем, что получено с помощью установок для бурения – водой.
Общее описание буровой установки
Вода, впрочем, как и нефть, залегает на разных глубинах. Буровая установка помогает проникнуть в глубь и поднять драгоценную жидкость на поверхность. Или сделать скважину в скале для закладки заряда. Такая техника может иметь как промышленные масштабы, так и ограничиваться организацией водоснабжения на дачном участке.
Стандартные буровые установки для бурения скважин на воду состоят из следующих основных элементов:
- конструкции для организации устойчивой работы установки: вышки, треноги, стеллажи, мосты;
- двигателя;
- ударного элемента: долото, труба с острым наконечником, шнек;
- механизма для спуска и поднятия ударного элемента: крюки, лебедки, канаты;
- оборудования для очистки жидкости: отстойники, очистные емкости, насосы, вертлюги;
- элементов для защиты от выброса жидкости;
- оборудования для приготовления бурового раствора (при использовании такой технологии.
Принцип работы
Буровая машина работает на сочетании кинетической и динамической энергии. Динамическое движение обеспечивает подъемный механизм, например, лебедка или кран, которые поднимают ударный элемент. Кинетическую силу реализует бурильное устройство, которое бьет по грунту трубной колонной и постепенно продвигается вниз.
Чтобы защитить скважину от обвала грунта, вдоль ствола устанавливаются обсадные трубы. Для устранения лишней почвы в процессе работ, используются водяные насосы и отстойники.
Классификация буровых установок
Бурильные установки имеют широкую сферу применения. Они применяются в разработке и реставрации скважин под воду, для закрутки свай, добычи газа, нефти и других полезных ископаемых.
Классификация оборудования проводится по нескольким критериям, среди которых:
- метод бурения;
- вид силового агрегата;
- тип перемещения.
Классификация по типу бурения
Наиболее распространены три основных типа бурения:
- Ударный.
- Шнековый.
- Роторный.
Обратите внимание! Есть ещё горизонтально-направленное бурение. Оно немного отличается от остальных типов. О его особенностях можно прочитать тут.
Ударные
Принцип действия бурового станка ударного типа довольно прост: груз резко опускается вниз с высоты, затем поднимается лебедкой в исходное положение и процесс повторяется. Удар приходится в одно и то же место, поэтому почва постепенно разрушается. После окончания работ в скважину для того, чтобы предотвратить осыпание грунта, спускаются обсадные трубы.
Установка для ударного бурения скважин состоит из:
- треноги, которая раскладывается непосредственно над местом бурения;
- прочного и гибкого троса, к которому крепится ударный элемент;
- заостренной трубы весом до 80 кг;
- лебедки.
Риск преждевременного осыпания грунта – один из недостатков этого типа бурения. Кроме того, к недостатком данной буровой техники стоит отнести относительно небольшую глубину бурения.
Однако у ударного метода есть и преимущества:
- работы можно проводить при низких температурах;
- за один прием можно поднять большой объем почвы;
- можно сформировать скважину увеличенного диаметра;
- высокая производительность.
Шнековые
Шнековые буровые используют на мягких и песчаных почвах. По сути – это передвижная установка с ручным или механизированным буром, закрепленным на регулируемую штангу. Как несложно догадаться по названию – основным рабочим органом подобного оборудования является шнековый бур.
Бур вкручивается в землю и шнек разрезает почву, передавая её на поверхность. Охлаждение происходит от самой почвы. Наиболее эффективны шнеки с полым центральным каналом. Через него с помощью гидравлического насоса подается вода или воздух, что снижает силу трения во время процесса.
В зависимости от нужной глубины штангу наращивают. Делают первый проход на длину одной штанги, затем установку выключают, штангу отсоединяют, поднимают наверх и наращивают еще одной. Максимальная глубина бурения шнековым методом составляет 120 метров, хотя обычно работают до 50 м.
Среди преимуществ шнековой установки можно отметить:
- простоту эксплуатации;
- возможность работать на небольшой площади;
- маневренность установки и высокая скорость работ.
Кроме того, для работы не нужно привлекать квалифицированного специалиста.
Роторные
Подходят для любого типа грунта. Часто используются при строительстве и бурении скважин на воду на твердых почвах с галькой, щебнем и известняком. Роторный буровой станок проходит породу благодаря мощному долоту на конце бура.
Диаметр долота больше, чем сама буровая колонна. Это позволяет, во-первых, получить максимальную силу удара, а, во-вторых, увеличить срок службы колонны, поскольку отсутствует ее трение о грунт. Кроме того, без потерь от трения, вся энергия машины идет на проворачивание долота в забое, что позволяет сократить энергозатраты.
Роторная бурильная машина подойдет для скважин глубиной свыше 300 м и диаметром до 70 см. Её используют в строительстве, горных разработка для буровзрывных работ, в промышленности для добычи артезианской и минеральной воды.
По ходу бурения диаметр скважины уменьшается. То есть сначала делается самый большой размер, затем скважина обсаживается трубами с технологическими отверстиями. Через них в пространство между трубой и скважиной поступает цемент. Дальше продолжается бурение меньшего диаметра и снова обсадка. Чем реже приходится делать обсадку, тем быстрее идет работа, а значит меньше общие затраты на процесс в целом.
Для промывки бура, подъема грунта и охлаждения инструмента необходимо использование воды. Её подача может осуществляться двумя способами: прямым и обратным.
При прямой подаче жидкость с помощью насоса нагнетается в технологические отверстия долото, а через них на дно скважины. После размытия почвы она выбрасывается наверх по затрубному пространству – за пределами штанги – и попадает в очистительный комплекс.
При обратной подаче вода самотеком поступает в скважину, а поднимается наверх по штанге под действием обратного давления, создаваемого насосом. Этот способ считается более эффективным по нескольким причинам:
- увеличивается скорость бурения, поскольку жидкость откачивается из забоя, а не нагнетается;
- вместе с водой насос откачивает остатки породы;
- нет необходимости добавлять в воду присадки для размыва грязных частиц.
Однако оборудование с обратной подачей воды изначально стоит дороже.
Силовые агрегаты буровых станков
В качестве привода буровых установок используются силовые агрегаты различных типов. Основными являются:
- дизельные;
- дизель-электрические;
- электрические;
- электрогидравлические.
Дизельные двигатели используются в основном на малогабаритных буровых установках (МГБУ), которые отличаются высокой мобильностью. Кроме того, такие силовые агрегаты применяются на самоходных буровых станках.
Для повышения эффективности работ, снижения выбросов и расходов на топливо применяется смешанный тип привода – дизель-электрические установки. Они применяются в горнодобывающей отрасли и способны обустраивать скважины глубиной до 6 км.
Также на твёрдых породах применяются электрогидравлические буровые установки. Этот тип питания довольно распространен, поэтому такие буровые станции имеют широкую сферу применения.
Электрическое буровое оборудования используются при малых глубинах бурения, а также на участках с доступом к сетям электроснабжения. В основном это малоэтажное коттеджное строительство при организации водозаборных скважин для личного пользования.
Буровые установки по типу перемещения
Работа оборудования по бурению скважин производится на различных участках. В зависимости от мощности и габаритов, такая техника может быть переносной или передвижной.
Переносные представляют собой малогабаритные буровые установки весом до 1 тн. МГБУ просты в сборке, легко перевозятся. Обычно работают на скважинах и водяных колодцах глубиной до 100 м. Преимущественно имеют привод от стандартной сети 220 В.
Ручные переносные установки – это разновидность мини буровой, которые используют для местного ремонта или пробивки отверстий под сваи.
Самоходные могут монтировать на колесную или гусеничную базу. Они отличаются высокой проходимостью и грузоподъемностью. Такая техника чаще используется для бурения скважин на воду, а также в нефтегазовой отрасли. Установку не нужно демонтировать, она подходит для длительной стационарной работы.
К самоходным агрегатам относят и машины с гидравлическим приводом. Их основное достоинство в том, что такие системы не нуждаются в электропитании, бурение происходит за счет увеличенной массы рабочего инструмента.
Стационарные – это мощные буровые станции, которые в основном работают на газо- и нефтедобычи. Стандартное оборудование укомплектовано усиленными опорами, монтажными элементами, системами очистки и вышкой с электронным управлением процессом бурения. Также среди дополнительных функций стоит отметить специальные обогревательные элементы для работы в условиях низких температур.