Вращательный способ бурения скважин большого диаметра с обратной промывкой по сравнению с ударно-канатным и роторным способами с прямой промывкой обладает следующими преимуществами:

позволяет бурить скважины долотом одного диаметра до конечной глубины без крепления стенок обсадными трубами;

предотвращает глинизацию водоносных пластов в результате использования в качестве промывочной жидкости воды, что увеличивает производительность скважин в 4…8 раз по сравнению со скважинами, пробуренными роторным способом с прямой промывкой глинистым раствором, и в 1,5…2 раза со скважинами, сооружаемыми ударно-канатным способом;

позволяет создавать вокруг фильтра гравийные обсыпки значительной толщины, улучшающие водопри-ток к фильтру при сооружении скважин большого диаметра (до 1 000 мм);

резко увеличивает механическую скорость бурения вследствие улучшения условий очистки забоя скважины;

позволяет точно определить интервалы залегания пород в процессе бурения, так как вследствие большой скорости восходящего потока промывочной жидкости шлам с забоя поступает быстро и непрерывно.

В настоящее время скважины большого диаметра с обратной промывкой бурят только в осадочных породах I—IV категорий по буримости с включениями валунов диаметром до 0,4 м. Отсутствие специальных буровых долот препятствует внедрению этого способа бурения в твердых осадочных породах. Бурение с обратной промывкой ограничено также глубиной до статического уровня подземных вод, которая должна быть не меньше 3 м, так как только тогда создаваемое избыточное гидростатическое давление будет достаточным для удержания стенок скважины от обрушения. Использование в качестве промывочной жидкости воды и отсутствие на применяемых самоходных буровых установках утеплений сдерживают применение данного способа.

При обратной промывке промывочную жидкость отсасывают центробежным насосом, эрлифтом или водоструйным насосом (гидроэлеватором). При отсосе промывочной жидкости центробежным насосом она движется по колонне бурильных труб в результате разрежения, создаваемого насосом внутри всасывающей магистрали. Вакуумный насос, соединенный с вертлюг-сальником и рабочей камерой центробежного насоса, создает предварительное разрежение и обеспечивает подъем промывочной жидкости по колонне бурильных труб на высоту 3,5…5 м и заполнение рабочей камеры центробежного насоса, что способствует его нормальной работе. При недостаточной герметичности соединений возможен подсос воздуха. В этом случае разрежение оказывается недостаточным для подъема жидкости на всю высоту ведущей трубы. В результате центробежный насос будет работать «вхолостую».

Преимущество этого способа отсоса — высокий КПД (до 60%) и возможность применения его с забуривания скважины. Недостаток — Ограниченная высота всасывания (не более 6…7 м), что требует постоянного заполнения скважины водой и создания предварительного разрежения во всасывающей магистрали с помощью вакуумного насоса для заполнения ее водой после каждого наращивания бурового снаряда.

Возможная глубина бурения при отсосе промывочной жидкости центробежным насосом зависит от сопротивлений потоку промывочной жидкости в долоте, бурильных и ведущих трубах, вертлюге и шлангах, а также от количества шлама, находящегося в промывочной жидкости, и, как правило, равна 100 м.

Рис. 1. Схема вращательного бурения с обратной промывкой, осуществляемой с помощью центробежного насоса:
1 — долото; 2 — смеситель; 3 — бурильные трубы; 4 — воздухопроводные трубы; 5 — кондуктор; 6 — компрессор; 7 — воздухоподводящий шланг; S — вертлюг-сальник; 9 — ротор; 10 — шланг для сброса пульпы; 11 — шлам; 12 — отстойник; 13 — канава для подвода воды в скважину.

Рис. 2. Схема вращательного бурения с обратной промывкой, осуществляемой эрлифтом:
1 — долото; 2 — бурильные трубы; 3 — кондуктор; 4 — ротор; 5 — ведущая труба; 6 — вертлюг-сальник; 7 — шланги вакуумной системы; 8 — вакуумный насос; 9 — всасывающий шланг; 10 — центробежный насос; 11 — обратный клапан; 12 — шланг для сброса пульпы; 13 — шлам; 14 — отстойник; 15 — канава для подвода воды в скважину.

При отсосе промывочной жидкости в скважину по воздухопроводным трубам компрессором подается сжатый воздух. Смешиваясь в смесителе с водой и разрушенной породой, он образует аэрированную пульпу, плотность которой значительно меньше плотности промывочной жидкости, вследствие чего происходит подъем аэрированной жидкости по колонне бурильных труб и вынос разрушенной породы на поверхность. Смеситель устанавливают непосредственно над долотом. Воздух к смесителю подается по воздухопроводным трубам, расположенным параллельно колонне бурильных труб или внутри нее.

Рис. 3. Схема работы водоструйного руЛьпа насоса: —
1 — замок для соединения с бурильными трубами; 2 — водоструйный насос; 3 — труба для отсоса пульпы; 4 — труба для подачи воды от центробежного насоса; 5 — ведущая труба; 6 — ребра на ведущей трубе для захвата вкладышами ротора; 7 — подшипник; 8 — сальник.

Отсос пульпы эрлифтом прост и надежен в эксплуатации и обеспечивает высокие скорости бурения, но работать с максимальной подачей начинает только с глубины 9… 10 м.

Водоструйным насосом (гидроэлеватором) промывочную жидкость в настоящее время отсасывают значительно реже, чем центробежным насосом и эрлифтом.

Водоструйный насос устанавливают в нижней части ведущей трубы для создания разрежения в колонне бурильных труб. Воду к водоструйному насосу подают центробежным насосом с подачей 15 л/с и давлением до 0,8 МПа.

Основное преимущество этого способа—легкий и быстрый переход с обратной промывки при закупорке породой бурильных труб, долота или вертлюга-сальника на прямую. Для этого перекрывают выкидной шланг, и вода от центробежного насоса поступает через водоструйный насос и колонну бурильных труб на забой, поднимаясь затем по межтрубному пространству между колонной бурильных труб и стенками скважины.

Недостатки отсоса водоструйным насосом — низкий КПД (18…21%) и небольшое проходное отверстие водоструйного насоса по сравнению с внутренним диаметром бурильных труб, снижение производительности бурения с углублением скважин.