Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Колонковый способ бурения при разведке месторождений строительных материалов имеет в настоящее время подчиненное значение и применяется в основном при работах на такие полез­ные ископаемые, как строительный и облицовочный камень, изве­стняки и доломиты, тугоплавкие и огнеупорные глины. При раз­ведке гравийно-песчаных месторождений колонковый способ буре­ния скважин практически не применяется, так как бурение сква­жин с призабойной циркуляцией, обеспечивая удовлетворительные качественные показатели, характеризуется низкой производитель­ностью, а бурение скважин с промывкой, обеспечивая высокую механическую скорость, обладает ннзкой геологической информа­тивностью.

Устранить недостатки, объединив достоинства указанных мето­дов, позволяет быстро развивающийся в настоящее время за ру­бежом и в нашей стране метод колонкового бурения скважин с непрерывной транспортировкой керна восходящим потоком про­мывочной жидкости. При этом принцип транспортировки керна восходящим потоком в зарубежной практике применяется не только при колонковом, но и при ударном бурении, что косвенно свидетельствует о его перспективности.

В настоящее время известно несколько технико-технологиче­ских вариантов процесса, каждый из которых может быть отнесен к одной из следующих схем.

1. Нагнетание промывочной жидкости в кольцевой зазор двой­ной концентрически расположенной колонны бурильных труб с выходом промывочной жидкости вместе с кусками разбуренной породы через центральный канал внутренней трубы. Циркуляция промывочной жидкости осуществляется за счет давления, разви­ваемого буровым насосом (рис. 44).

2. Поступление промывочной жидкости в кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб самотеком или при помощи насоса по схеме обратной промывки и отсасыва­ние жидкости вместе с разбуренной породой через внутренний канал колонны бурильных труб при помощи центробежного на­соса или эрлифта (рис. 45).

Как правило, первая схема применяется при бурении скважин сравнительно небольших диаметров, вторая при бурении скважин наконечниками большого диаметра.

При бурении с колонной двойных бурильных труб могут быть использованы три схемы движения промывочной жидкости в при­забойной зоне: с наружной боковой промывкой (рис. 46, б), с тор­цевой промывкой (рис. 46, а), с внутренней боковой промывкой (рис. 46, в).

Недостатком первых двух схем является то, что жидкость при циркуляции в призабойной зоне непосредственно контактирует со

1 — колониа бурильных труб; 2 — компрессор; 3 — воздушная магистраль компрессора; 4 — вращатель; 5 — сальник; 6 — керноотводящий шланг; 7 — источник водоснабжения; 8 — кер — нопрнемное устройство.

стенками скважины и с забоем. Это обстоятельство при бурении скважин в рыхлых отложениях может привести к гидратации по­род, сопровождающейся обвалами стенок скважины, а также к поглощению промывочной жидкости трещиноватыми и каверноз­ными породами и породами, обладающими высокой фильтрацион­ной способностью. Последнее обстоятельство чрезвычайно суще­ственно, поскольку эффективность транспортировки керна опреде­ляется скоростью восходящего потока промывочной жидкости.

При использовании последней схемы стенки скважины и ее забой изолируются от непосредственного контакта с потоком про­мывочной жидкости, но одновременно условия работы бурового наконечника становятся более тяжелыми по сравнению с преды­дущими схемами. В зарубежной практике работ предпочтение отдается двум первым схемам, в технико-технологическом комп­лексе КГК-100 использована третья схема движения промывочной жидкости в призабойной зоне скважины.

Процесс транспортировки керна на поверхность осуществ­ляется следующим образом. При бурении промывочная жидкость насосом 2 (рис. 44) нагнетается через специальный сальник 6 в кольцевой зазор двойной бурильной колонны. Над забоем сква­жины жидкость вместе с кусками породы и шламом перемещается в центральный канал внутренней бурильной трубы 9 и через керноотводящий шланг 4 транспортирует керн и шлам в лотки керноприемника 5. Процесс бурения может происходить почти непрерывно, за исключением затрат времени, необходимых для наращивания колонны бурильных труб. Однако при бурении в переслаивающихся породах, а также при наличии дополнитель­ных ограничений, связанных с повышенными требованиями к точ­ности геологической информации через определенные интервалы (0,5—1,5 м) процесс углубки прекращается до полного выноса шлама, а затем возобновляется до углубки на очередной интервал с последующей промывкой скважины без углубки и т. д. Такая технология позволяет добиться максимальной точности привязки

отдельных литологических разностей к глубине скважины. В ка­честве промывочной жидкости используется вода. Устойчивость стенок скважины при этом обеспечивается за счет исключения гидратации пород (отсутствие непосредственного контакта стенок скважины с промывочной жидкостью), их размывания потоком движущейся жидкости, механического разрушения пород при спуско-подъемных операциях.

Эффективность процесса определяется следующими парамет­рами режима бурения:

Нагрузка иа породораэрушающий инструмент, кН 4,5—12 Частота вращения бурового снаряда, об/мин. 100—260

Интервалы расхаживания снаряда, м. 0;2—1,5

Высота подъема снаряда над забоем при рас­хаживании, м До 1,0

Областью эффективного применения способа бурения скважин с транспортировкой керна на поверхность восходящим потоком

промывочной жидкости являются мягкие и рыхлые породы I———

V категорий по буримости. Характер доставляемых на поверхность образцов пород зависит от физических свойств последних. При бурении песчаных отложений порода поступает из скважины в виде пульпы и осаждается в керноприемнике. Образцы супесей и суглинков выносятся из скважины в виде кусков объемом 2— 5 см3, образцы глин имеют цилиндрическую форму длиной 30— 50 см в зависимости от плотности и пластических свойств. Об­разцы более твердых пород представлены кусками объемом 1 — 5 см3, а также обломками различной формы размером 10—50 мм. Способ обеспечивает 100%-ный выход керна, который может быть привязан к глубине скважины практически с любой степенью точ­ности. Керновый материал не обогащается и не разубоживается в процессе его отбора из скважины.

Механическая скорость бурения по мягким и рыхлым породам достигает 34 м/ч, превышая показатели колонкового бурения в аналогичных условиях в 4—7 раз. При этом практически отсут­ствуют затраты времени на выполнение спуско-подъемных опера­ций, сокращается количество аварий и осложнений и снижаются затраты времени на их ликвидацию. Экономическая эффектив­ность по сравнению с обычным колонковым способом оценивается в 0,85 руб. на 1 м бурения. Высокая информативность способа с транспортировкой керна восходящим потоком промывочной жидкости наряду с высокой производительностью обеспечивают ему преимущества перед другими способами бурения скважин при разведке месторождений строительных материалов.

Разработанный СКВ НПО «Геотехника» комплекс технических средств для бурения скважин с транспортировкой керна восходя­щим потоком промывочной жидкости КГК-100 состоит из буро­вой установки УРБ-2А-2ГК, колонны двойных бурильных труб диаметром 73 мм, твердосплавных коронок диаметрами 92 мм, 84 мм и 76 мм, промывочного сальника, грузоподъемных принад­лежностей, керноприемного устройства, передвижной емкости и системы нагнетания и отвода промывочной жидкости. Внутренняя труба колонны двойных бурильных труб обеспечивает проход керна диаметром до 38 мм. Буровой агрегат УРБ-2А-2ГК отли­чается от серийно выпускаемого агрегата УРБ-2А-2 увеличенным диаметром отверстия подвижного вращателя и наличием в комп­лекте агрегата бурового насоса НБ4-320/63.

Вторая схема бурения с транспортировкой керна восходящим потоком промывочной жидкости, которую также называют буре­нием с обратновсасывающей промывкой, заключается в откачке промывочной жидкости вместе с разбуренной породой из сква­жины через бурильные трубы при помощи центробежного насоса (иногда в комплекте с вакуум-насосом) или эрлифтной установки. Восполнение жидкости в скважину происходит самотеком из ем­кости или другого источника водоснабжения. Данный метод при­меняется в основном при бурении скважин большого диаметра (до 1500 мм) глубиной 300 м и более. Бурильные трубы, исполь­зуемые при бурении таких скважин, имеют внутренний диаметр 150—168 мм, что обеспечивает возможность транспортировки крупных кусков породы. Это имеет огромное значение при буре­нии гравийно-галечниковых отложений, содержащих большое ко­личество крупнообломочного материала.

Такой способ бурения широко распространен за рубежом, осо­бенно в США. В отечественной практике бурение скважин боль­шого диаметра с обратновсасывающей промывкой пока еще не нашло широкого применения. Небольшой опыт работ, имеющийся в этой области, ограничивается приспособлением для этой цели буровых агрегатов УРБ-2А, УРБ-ЗАМ, 1БА-15В с доукомплекто­ванием их необходимым специальным оборудованием.

Ниже приведена техническая характеристика буровой уста­новки РБ-ИэО фирмы «Зальцгиттер» (ФРГ).

Основным условием, определяющим возможность использова­ния данного способа бурения, является сохранение устойчивости стенок скважины в процессе бурения. Наименьшая устойчивость стенок скважины характерна для рыхлых песчаных отложений.

Если принять, что устойчивость стенок скважины обеспечивается при р>а, где р=Н0уо—противодавление столба воды в скважине; к0 — высота столба воды в скважине над статическим уровнем, м; о — плотность воды; а — радиальное давление породы, характе­ризующееся наименьшим значением коэффициента внутреннего трения.

Расчеты и практический опыт показывают, что в самых небла­гоприятных условиях устойчивость ствола скважины сохраняется при наличии столба воды высотой 3—4 м над статическим уров­нем подземных вод. Это обстоятельство является основным при определении рациональных областей применения способа (стати­ческий уровень подземных вод должен находиться на расстоянии не менее 3 м от поверхности). Дополнительными условиями эф­фективного применения способа являются:

— наличие достаточного количества воды, превышающего по­глощающую способность скважины;

— геологический разрез, представленный рыхлыми и мягкими породами с незначительными прослоями твердых пород и валу­нов размером не более 400 мм.

Рассматриваемый способ отличается высокой экономичностью при хорошей геологической информативности. Скорость бурения по сравнению с ударно-канатным способом выше в 10—15 раз, стоимость бурения снижается в 2 раза.

[1] I — темп увеличения нагрузки на породоразрушающнй инстру­мент в течение рейса.

[2] Б—расстояние от корпуса бура до башмака обсадных труб.

Комментарии запрещены.