Технологія буріння
Одним із видів обертального буріння є роторне буріння, при якому ротор, встановлений над забоєм свердловини, обертає колону бурильних труб із долотом на нижньому кінці.
Роторне буріння застосовується для буріння на нафту та газ, а також воду, розсоли та мінеральні води. Роторні бурові установки поділяються на стаціонарні та пересувні.
Стаціонарні Використовуються для буріння експлуатаційних свердловин великої глибини та діаметром до 500 мм.
Пересувні — Для свердловин глибиною до 1500 м і діаметром 150–200 мм.
Буріння свердловини ведеться роторним способом. Цей спосіб застосовують для буріння глибоких окремих свердловин, якщо ударно-канатний спосіб технічно неможливий або нерентабельний.
Роторний спосіб буріння на воду, хоч і досить поширений, але має значні недоліки: забруднення водоносного горизонту глинистим розчином, в результаті чого відбувається його глинизація, а розглинизація на завжди дає можливість поновити нормальну водовіддачу, незважаючи на великі витрати часу та кошти; перешкоджає гідрогеологічному випробуванню зустрчних водоносних горизонтів. Крім того, відомо, що питомий дебіт свердловини ударного буріння набагато більший, ніж питомі дебіти свердловин, пробурених роторним способом (від 2 до 4 разів і більше).
Проте, він має ряд позитивних моментів, які часто переважають його недоліки. Це порівняно низька собівартість робіт та досить швидкі темпи виконання.
Підготовчі роботи та обладнання бурових установок.
Усе бурове та допоміжне обладнання розташовується на спеціальному майданчику. Місце майданчика погоджують із замовником та органами місцевого самоврядування. Бурову установку встановлюють від доріг та будівель не менше, ніж на півтори довжина щогли. Не можна розташовувати бурову установку поблизу ліній високовольтних передач. Щоглу бурової установки кріплять чотирма розтяжками до якорів, які встановлюють по кутках площадки, до площадки підводиться дорога та, якщо можливо, водопровід та електроенергія.
Розмір площадки встановлюється виходячи, переважно, типам бурово установки, кліматичних та транспортних умов рельєфу місцевості. В центрі площадки розташовують бурову установку, по боках бурових мостів стелажі бурильних і обсадних труб, площадку для глини; в безпосередній близькості – щит протипожежного інвентарю, далі – вагон-гуртожиток, сушарка тощо. Далі розміщують буровий насос, глиномішалку, обладнують відстійники та укріплюють їх стінки, встановлюються цистерни для води у випадку відсутності поблизу джерела водозабезпечення. У зимовий час бурова установка обладнується брезентовим накриттям та опалювальними приладами.
У буровій вишці вмонтовані: ротор, лебідка, силовий агрегат приводу лебідки та ротора, бурові насоси. А також в буровій вишці знаходиться компресорна станція з повітрозбірником і комплекс електропускової апаратури для електроприводу лебідки і бурових насосів. Зверху на башті встановлений кранблок, зібраний з декількох роликів. Канат, кінець якого закріплений в барабані лебідки, зачіплює ролики кранблока та ролики рухомого талевого блоку.
До талевого блоку підвішений крюк який підхоплює за допомогою сєргі вертлюг, який сполучає колону бурильних труб з нагнітаючим шлангом. Верхня робоча труба квадратного перерізу проходить крізь вкладиші ротора, сполучаються з вертлюгом, а знизу з колоною бурильних труб.
Під час буріння всмоктують промивну рідину через стояк, шланг, вертлюг в колону бурильних труб. Потік промивної рідини рухається вниз по трубам, охолоджує долото і транспортує зруйновану породу (шлам) на поверхню по кільцевому каналу між колоною бурильних труб та стінками свердловини.
Колона бурильних труб, підвішена за допомогою гачка до толевого блока по мірі занурення долота в породу плавно опускається буровиком за допомогою гальмів барабана лебідки. При цьому буровик так регулює подачу інструменту, щоб нижня частина колони, зібрана з важких труб, давила на шарошечне долото. При бурінні пересувними установками свердловин на воду глибиною до 150-200 м. навантаження на 1 см долота в межах 0,78-3,8 кН, в залежності від фізико-хімічних властивостей порід. Частота обертання від 100 до 300 обр/хв. Чим міцніша порода, тим менша частота обертання. Частоту обертання зменшують також із збільшенням глибини свердловини.
Монтаж бурового обладнання проводить бурова бригада під керівництвом старшого бурового майстра відповідно до інструкці з експлуатаці бурової установки та правил техніки безпеки. Буріння не починається без наявності затвердженого геолого-технічного наряду та необхідного для цього обладнання, матеріалів та інструменту. Перед початком робіт проводиться інструктаж та прийом іспиту техніки безпеки у персоналу.
Вибір типу і конструкції долота.
В даний час для буріння використовують долота різноманітних типів і конструкцій, які доцільно застосовувати у визначених умовах. Існують долота різних типів — лопастні, гідромоніторні, шарошечні.
В м’яких, пластичних породах і породах середньої міцності, як і в даному випадку, застосовують шарошечні долота дроблячо-сколювальної дії. Долота цього типу мають зміщення осей цапф шарошки відносно долота, що викликає проковзування зубців шарошок і сколюванню породи. В породах середньої твердості застосовують долота типу С та СТ. Долота типу Т застосовують для буріння твердих і малоабразивних порід. Зубчасто-штиреві долота типу ТК застосовують для буріння змінних за твердістю та міцних порід. В міцних породах застосовують шарошечні долота типу К, а в дуже міцних долота типу ОК. Але підбір типу долота тільки за параметром міцності порід є у більшості випадків неприйнятним. Великий вплив на роботу долота спричиняє абразивність гірських порід, тріщинуватість тощо.
Перед спусканням долота в свердловину необхідно оглянути його, щоб переконатися у Відсутності люфту шарошок та непошкодженості штирів і зубців, перевірити стан промивальних каналів. Нове долото має бути припрацьоване протягом 15 хвилин при зменшених осьових навантаженнях (вдвоє менших від оптимальних). Продовжують буріння з повільним збільшенням навантаження до оптимальних значень. Заборонено навантажувати долото до початку обертання для запобіганню його зламу, а також бурильних труб або їх з’єднань.
В даному проекті при бурінні свердловини будуть використані долота марок М-295, МС-243.
Промивка свердловини
Промивка свердловини виконує наступні функції:
— видаляє продукти руйнування гірської породи;
— охолоджує породоруйнівний наконечник;
— підтримує стінки свердловини у стійкій рівновазі та запобігає проникненню в стовбур свердловини підземних вод, газу, нафти, флюїдів;
— знижує коефіцієнт тертя обертальних труб по стінкам свердловини та потужність, що затрачається на їх обертання.
Кількість промивальної рідини, яка подається на забій, має забезпечувати своєчасне видалення продуктів руйнування гірських порід (шламу). За недостатньої промивки свердловини зменшується не лише механічна швидкість буріння, але й проходка на долото. В такому випадку, якщо не є можливим збільшити інтенсивність промивки, варто перейти на буріння з пониженим осьовим навантаженням.
При роторному бурінні витрата промивальної рідини розраховується, виходячи зі швидкості висхідного потоку, величина якої має бути не менше 0,8 – 1,2 м/с. В м’яких породах інтенсивність шламоутворення більша і тому значення швидкості висхідного потоку рідини має бути більше, ніж при бурінні твердих порід.
Умови роботи бурильної колони.
Бурильна колона виконує наступні функції:
— передає обертання від ротора до долота;
— створює осьове навантаження на долото;
— забезпечує подачу промивально рідини на забій;
— забезпечує подачу долота на забій та його вилучення.
Залежно від умов буріння застосовують бурильні труби з різних типів сталі та з різною товщиною стінки.