Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Алмаз наряду с исключительной твердостью очень хрупок, восприимчив даже к слабым ударам. Матрица мелкоалмазной коронки также может быть легко повреждена. Поэтому все опе­рации с алмазным буровым инструментом проводят аккуратно. Коронки хранятся в деревянных или пластмассовых ящиках. Соединение алмазной коронки с колонковой трубой—операция ответственная, ее выполняют с помощью специальных, но не шарнирных ключей. Коронку илвннчпнают в последний момент перед спуском. Буровой снаряд с алмазной коронкой можно опускать в скважину, когда в ней нет сорванного керна. Спуск снаряда производят осторожно, особенно в местах изменения диаметра скважины и на подходе к забою. Постановка на забой ведется без усилия, с вращением на минимальных оборотах и с промывкой. Допускается спуск снаряда, когда на забое ос­тался несорванный керн высотою не более 4—5 см. В противном случае оставленный в скважине керн предварительно разру­шают шарошечным долотом. После каждого подъема замеряют диаметры коронки и расширителя, высоту матрицы. Замер про­изводят штангенциркулем или калибровочными кольцами. Для более точного измерения ВИТРом разработан специальный прибор ИДК (измеритель диаметра коронок). Кроме диаметра прибор позволяет проверять перпендикулярность торца матрицы к оси коронки. Алмазная коронка снимается с работы, когда матрица потеряла диаметр на 0,5—0,6 мм или когда алмазы обнажены на */з их среднего диаметра, а также при аномаль­ном износе матрицы, при сколе секторов. Все эти дефекты от­мечаются в коропочпон ведомости.

При работе без калибровочных расширителей с учетом про­ходки па одну коронку в конкретных условиях отбирают число коронок, достаточное для проходки всей скважины. Отобран­ные коронки сортируют на группы по диаметрам и пускают в работу первыми группу коронок большего диаметра, меняя после каждого рейса, а затем чередуя группы.

Иногда износ алмазов опережает собой износ матрицы. Происходит заполнрование алмазов и резко снижается меха­ническая скорость. В таких случаях коронкн затачивают искус­ственно па абразивных кругах или передают на скважину, где проходятся абразивные породы.

При бурении трещиноватых пород часто наблюдается само- заклинка керна, влекущая за собой преждевременный подъем бурового снаряда. Попытки «продавить» керн усиленной осе­вой нагрузкой часто кончаются разрушением алмазного слоя коронки., Для борьбы с самозаклиниванием керна рекоменду­ется шлифовать внутреннюю поверхность колонковых труб, при­менять двойные колонковые трубы или перейти на бурение с обратной промывкой. После окончания рейса, перед заклини­ванием керна, скважину промывают, чтобы поднять на поверх­ность крупный шлам во избежание прихвата им колонкового набора во время заклинивания керна. Срыв керна производят гидравликой. Подъем бурового снаряда осуществляют осто­рожно, без рывков. При постановке снаряда па подкладную вилку или на трубодержатель не допускают резких ударов, чтобы не вызвать выпадения керна из колонковой трубы.

После подъема из скважины бурового снаряда прежде всего замеряют расстояние от торца коронки до керна. Этим заме­ром определяют величину оставшегося в скважине керна. По

характеру низа поднятого керна устанавливают, сорван ли керн на забое. Если излом керна свежий, то считается, что ос­тавшаяся часть керна не сорвана. Следовательно, в скважину можно опускать коронку. Если же в скважине остался сорван­ный керн, его поднимают специальным керноподъемником, ко­лонковым набором с рвательным устройством или с помощью заклинивания битым кварцем, стеклом, фаянсом и др.

Керн, извлеченный из колонковой трубы, замеряют подлине, укладывают в специальные керновые ящпки, этикетируют. Дан­ные заносят в буровой журнал. Если подмятая коронка сущест­венно не износилась, то после замера ее снова пускают в ра­боту.

При переходе с твердосплавного бурения па алмазное за­бой скважины должен быть тщательно очищен от обломков твердого сплава, остатков керна и крупного шлама с помощью обильной промывки с применением шламовой трубы или спе­циальных ловушек.

Режимные параметры алмазного "бурения являются общими для всех видов вращательного бурения с промывкой (продув­кой): осевая нагрузка, частота вращения коронки и расход очистного агента. Важную роль играют также вид и качество последнего. Оптимальнее сочетание параметров режима бурения в процессе углубления скважины обеспечивает наиболее высо­кую производительность труда. Во всех случаях режимные па­раметры тесно увязаны с типом породоразрушающего инстру­мента и свойствами разбуриваемых горных пород: твердостью, абразивностью, трещиноватостью и др. При этом учитывается, что режимные параметры должны обеспечить не только наи­высшую скорость бурения, по и высокую проходку на коронку, наименьший расход алмазов на 1 м бурения, кондиционный вы­ход керна и безаварийную работу.

Различают следующие режимы.

I. Оптимальный режим — технологический режим, обеспечи­вающий получение наилучших технико-экономических показа­телей.

П. .Рациональный режим — технологический режим бурения, устанавливаемый с учетом технических возможностей бурового инструмента и оборудования.

III. Специальный режим бурения, который применяют для решения специальных задач.

При алмазном бурении влияние отдельных режимных пара­метров на процесс бурения не равнозначно. Наиболее активным является частот вращения коронки. Установлено, что зависи­мость механической скорости бурения от этого параметра близка к линейной. Поэтому при алмазном бурении частоту вращения доводят до 2000 об/мин и более. С увеличением ча­стоты вращения удельный расход алмазов практически не уве­личивается. Однако этот показатель зависит от свойств нрохо — димых пород, состояния оборудования, мощности привода, глу­бины скважины. При бурении плотных монолитных пород до глубины 500 м частоту вращения импрегнированной коронки можно доводить до 2000 об/мин. Частоту вращения приходится снижать при проходке весьма твердых железистых кварцитов, яшм, роговиков, а также перемежающихся по твердости, силь — нотрещиноватых или раздробленных пород.

Влияние осевой нагрузки на процесс бурения носит иной ха­рактер. Рост механической скорости с увеличением осевой на­грузки наблюдается до достижения определенного максималь­ного ее значения, после чего скорость бурения снижается. При больших осевых нагрузках матрица сильно прижимается к по­роде забоя, что ухудшает условия выноса шлама, охлаждение коронки и ведет к снижению механической скорости. Пр и малой осевой нагрузке (ниже критической) имеет место поверхност­ное, т. е. самое неэффективное, разрушение породы, и происхо­дит заполирование алмазов, коронка выходит из строя. По­этому подбирают такую удельную осевую нагрузку, которая обеспечивает внедрение алмазов в породу (объемное разруше­ние). Удельная осевая нагрузка для однослойных коронок дол­жна быть в пределах ООО—1200 Н/см2, для пмпрегнированных 700—1300 Н/см2. Чем тверже порода, тем выше должна быть удельная нагрузка. Общая осевая нагрузка на коронку опреде­ляется с помощью расчетной зависимости

. P-C0S,

где Со — удельная осевая нагрузка. на рабочий торец коронки, П/см2; S — площадь рабочей части торца коронки (за вычетом площади промывочных канавок), см2.

При определении необходимой осевой нагрузки следует учи­тывать ее уменьшение за счет трения колонны труб о стенки скважины и подпора коронки промывочной жидкостью. По дан­ным забойных датчиков, фактическая нагрузка на з’абой иногда более чем вдвое ниже расчетной и регистрируемой поверхност­ными контрольными приборами. Бурение новой коронкой в тече­ние первых 5—10 мин после постановки на забой проводят с ма­лой осевой нагрузкой — 2000—3000 Н и частотой вращения 150—200 об/мин для приработки коронки, а затем постепенно доводят режимные параметры до оптимальных значений. Ко­личество промывочной жидкости, подаваемой в скважину в еди­ницу времени, как и при твердосплавном бурении, определяют из соотношения

V = VyRD2,

где Ууд — удельный объемный расход жидкости в л/мин на 1 см диаметра; D2 — наружный диаметр коронки, см.

ООО ООО о о ю С’З 03 II II ООО ООО 00С4<О
о о о о ю о СО 1 СО 1 ю 1 1 о I о I о ю о о см ■’З*	ООО о сч 05 1—1 І І I ООО СМ Сз г —
СГ К 5 СЭ Н

Рекомендуемые значения режимных параметров алмазного бурения

а §. І 9*

о є

ООО О О О О ССІЬ’О

О О О О О О о о

<14

о оооо со со ^

О О о с_ оо ю ^ см

о со О о 1—I О) 00

ООО со сою

о о о о ю 1 гг 1 со 1 см 1 1 о 1 о 1 о 1 1Л СО со см 1 і

о о о о 00 1 со 1 ю 1 СО 1 1 о 1 о 1 о 1 о »о Т}< СО см

=5) 4.

ООО оооо о о со ю

ООО ОООО омьсо О) і—< *-н *—<

оооо оооо 10*0 Г" оо

ООО ООО со СО О ^ —Н СМ

ООО ю »о о СО ^ ^ І І I ООО о ю о СМ СМ ^

ООО ООО сс> ст> см

о о о о о о о о о со ^ о —г^^<М II І I о о о о о о о о юсоою

о о о о о о о о о 1-0 1 г-> 1 1 г- 1 1 о 1 о 1 о 1 о о о о о СО о со гг

ЗІ 3

а; а ;й

3 £ I 3

я *

оооо оооо ^(ОЮО

3 §■

о о.

_ о оооо оооо Ю Г — Оз ^ мм оооо оооо СО Ю Г—

І I

оюо м —1 —I

ООО ООО —• СМ — н

ООО ООО ІЛЬСО мм ООО ООО со^ю

ООО ООО 03 ^ о

§°£ о. во Е НЕ

>«хх

Xе®

(-Н ИН ин

Удельный расход принимают в пределах Ууд=4—8 л/мин па 1 см диаметра. При бурении мягких пород, благодаря высокой механической скорости, образуется значительное количество шлама, поэтому при расчетах принимают больше из рекомендо­ванных значений Ууд, а при бурении твердых пород — меньшие. Выбор’вида и качеств очистного агента зависят от многих фак­торов. Однако при алмазном бурении обычно используют воду, в сложных условиях — эмульсионные, полимерные и малогли­нистые растворы. Перспективно применение пены. Продувку воздухом применяют очень редко.

Оптимальное сочетание значений режимных параметров оп­ределяется для каждого месторождения технологами ГРП, ГРЭ по мере накопления опыта. Полезно знать, что при буровых работах на нефть и газ для оптимизации режима на каждом новом месторождении бурят специальные технологические сква­жины.

А. В. Марамзин и Г. А. Блинов (ВИТР) па основе большого опыта с учетом характера проходимых пород и диаметра ко­ронок рекомендуют режимные параметры, указанные в табл.

6.14.

Производственный опыт п исследования показали, что бу­рение трещиноватых пород с применением алмазных коронок по технологии, принятой для монолитных пород, приводит к снижению проходки на коронку, повышенному расходу алма­зов, повышенным затратам мощности, снижению выхода керна. Степень изменения этих показателей зависит от характера тре­щиноватости горных пород. П. П. Пономаревым (ВИТР) раз­работана классификация горных пород по трещиноватости при­менительно к алмазному бурению (табл. 6.15). Трещиноватость проходимых горных пород определялась по степени раздроблен­ности керна. Количественным показателем степени раздроблен-

Таблица 6.15 Классификация горных пород по трещиноватости (применительно к алмазному бурению) Группа Критерии оценки степени трещиноватости горных пород пород по трещино­ватости Степень трсщииоіиїтогги горных пород Удельная кусков. тгость норна (Ку). 1ІІТ м Показатель тре­ щиноватости пород. Шт/м Величина рыхода керна (ВК). і Монолитные 1-5 550,50 100—70 н Слаботрещиноватые 6—10 0,51—1,00 90—60 ш Трещиноватые 11—30 1,01—2,00 80—50 IV Сильнотрещиноватые 31—50 2,01—3,0 70—40 V Исключительно трещи — £новатые 51 3,01 60—30

ности керна взята его удельная кусковатость Ку — число кусков па один метр выхода керпа. Показатель трещиноватости горной породы V? учитывает качественную характеристику трещин (их направления) и определяется расчетом с помощью выражения

де, _ /:>к К у>.

" ’

где Ш — показатель трещиноватости породы, отражающий среднее число трещим, встречаемых алмазной коронкой за один ее оборот, ед.; £>к— диаметр керна, м; Ку — удельная кускова — тость керна, шт/м; X — безразмерный опытный коэффициент, учитывающий степень вторичного дробления горной породы; Р—-угол встречи осью скважины плоскости трещины.

С увеличением трещиноватости механическая скорость буре­ния повышается в 1,1—1,8 раза, расход алмазов возрастает в 1,5—2,5 раза. С. ростом твердости пород влияние трещинова­тости усиливается. Главнейшая причина увеличения расхода алмазов — ударный характер процесса. Чтобы снизить энергию ударов, снижают частоту вращения коронки и осевую нагрузку па нее. При бурении трещиноватых пород с увеличением осевой нагрузки механическая скорость возрастает до определенного значения, а затем падает. При этом снижается ресурс алмаз­ной кооонки. Лабораторные опыты с коронками диаметром 59 мм показали, что с увеличением нагрузки с 800 до 1600 даН проходка на коронку снижается с 5,10 до 1,65 м, т. е. в в раз, а расход алмазов увеличивается с 0,204 до 1.63 г/м. При этом снижается выход керна за счет увеличения его раздробленно­сти. Отдельные осколки керна попадают под торец коронки, что вызывает разрушение алмазов.

Для снижения расхода алмазов в трещиноватых породах ре­комендуется применять алмазные коронки с повышенной проч­ностью матрицы при меньшей насыщенности алмазами и повы­шенном их качестве (овализованные и полированные); алмазы из матрицы не должны выступать более чем на 10 % от их среднего диаметра.

С увеличением насыщенности матрицы расход алмазов при бурении трещиноватых пород увеличивается. Поэтому, если в коронке диаметром 59 мм для монолитных пород содержится

2— 2,4 г алмазов, то для трещиноватых пород их должно быть 1,8—2 г, а для сильпотрещиноватых— до 1,2 г. При бурении трещиноватых горных пород частота вращения и осевая на­грузка принимаются в 2—3 раза ниже, чем при бурении моно­литных пород, и чем больше степень трещиноватости, тем ниже значения этих параметров.

При бурении некоторых пород, гранитов, туфов, липарито — вых порфиров и других происходит заполирование алмазов, вызывающее снижение механической скорости бурения и выход коронок нз строя. Под руководством А. Т. ,Кнселева я СКБ

ВПО «Союзгеотехника» созданы высококачественные гидро­ударники ГВ-5, ГВ-7 с частотой ударов порядка 3000 в 1 мин и небольшой силой единичного удара. Применение этих гидро­ударников при алмазном бурении дало положительный эффект, в частности, за счет устранения заполироваиия алмазов. При ударно-вращательном бурении расход алмазов на единицу сни­жается. Объясняется это увеличением механической скорости за счет развития микротрещин в зоне предразрушения на за­бое. Установлено также, что с увеличением твердости породы механическая скорость ударно-вращательного бурения относи­тельно повышается, поскольку с увеличением твердости умень­шается эластичность пород.

Алмазы при высокочастотных ударах не разрушаются по­тому, что они защемлены в материале матрицы. По данным М. Г. Глазова, сопротивление защемленного алмаза ударным нагрузкам в 250 раз выше по сравнению со свободным состоя­нием. В Центральном Казахстане при обычном алмазном бу­рении но яшмам механическая скорость составила 0,82 м/ч, при бурении с применением ГВ-5—1,07 м/ч, по гранитам, соответ­ственно, 8,7 м и 15,5 м/ч, а расход алмазов — 0,15 и 0,11 г/м.

В последние годы стали применять способ контроля и управ­ления процессом алмазного бурения по — характеру развиваемой на забое мощности. Установлено, что эффективный процесс бурения, в частности, импрегнированными коронками, осущест­вляется по предразрушенному слою породы, пропитанному про­мывочным агентом. При переходе в сухой слой мощность резко возрастает, кривые мощности на лейте самописца приобретают неровный характер. При этом температура в торце матрицы повышается от 100—200 °С до 600—700 "С, ресурс коронки уменьшается в 3—5 раз, поскольку при высокой температуре материал матрицы теряет прочностные свойства, быстро изна­шивается, а большая часть алмазов выпадает. Поэтому реко­мендуется вести технологический процесс алмазного бурения на грани «сухого» трения, чем в значительной мере обеспечива­ется оптимальный режим бурения. При высоких частотах вра­щения для алмазного бурения возникает вибрация бурильного вала, в основном за счет того, что под действием крутящего мо­мента и осевой нагрузки бурильная колонна приобретает вид пружины с определенным шагом. Величина шага при вращении меняется, и меняется амплитуда колебаний. Вибрация активно Проявляется при резонансных явлениях, т. с. при совпадении частоты вынужденных возмущений с частотой собственных ко­лебаний бурильной колонны. Вибрация нарушает нормальный буровой процесс, снижает механическую скорость, увеличивает расход алмазов, износ забойного и поверхностного оборудова-. ния, резко возрастают потребная мощность привода и опасность обрыва колонны. Сопровождающая эти явления вибрация иола буровой вредна для здоровья обслуживающего персонала. Воз — нпкиовенпе п степспь проявления вибрации зависят от геоло­гических, технических и технологических факторов.

Вибрации чаще возникают при бурении трещиноватых, ка­вернозных, имеющих неоднородную структуру, неравномерную зернистость и перемещающихся по твердости горных пород.

К технически вредным факторам относятся большие зазоры между стенками скважины и бурильными трубами, искривлен­ность бурильных и колонковых труб, нарушение соосности в со­единениях и, особенно, соосности рабочей трубы и шпинделя, недостаточная жесткость н массивность фундамента станка, люфты в узлах оборудования и др.

Большое отрицательное влияние оказывают такие технологи­ческие факторы, как нарушения заданных параметров режима бурения, особенно высокая частота вращения снаряда, примене­ние алмазных коронок без учета физико-механических свойств проходимых пород, продолжение бурения при самозаклинива — нии керна и др.

Для борьбы с вибрацией прежде всего необходимо устано­вить и устранить основные причины ее возникновения. Особое внимание уделяется выбору бурильной колонны, обеспечиваю­щей кольцевой зазор между стенками скважины и бурильными трубами не более 1,5—2 мм, сорту металла труб, имея в виду, что ЛБТ для этих целей наиболее пригодны. Обоснованно раз­рабатываются и точно соблюдаются оптимальные режимные па­раметры бурения применительно к конкретным геолого-техниче — ским условиям. Перечисленные мероприятия относятся к так называемым пассивным средствам бурения с вибрацией. К ак­тивным относятся специальные антивибрационные технические средства, консистентные смазки и промывочные жидкости.

Антивибрационные технические средства включают: центра­торы, стабилизирующие переходники, забойные амортизаторы, амортизаторы крутильных колебаний и УБТ.

Центраторы — это особые ниппели с протекторами, диаметр которых близок к диаметру алмазной коронки. Так, при диа­метрах коронок 46, 59 и 76 мм диаметры протекторов соответ­ственно 45, 58 и 74 мм; расстояние между установленными цен­траторами 4,5 м, т. е. равно длине бурильной трубы. Центра­торы устанавливают в нижней части бурильной колонны, что способствует ее прямолинейности при вращении и уменьшает трение о стенки скважин.

Стабилизирующие переходники соединяют колонковые трубы с бурильными. От обычных переходников они отличаются боль­шой длиной. Их диаметр одинаков с диаметром алмазной ко­ронки, для прохода промывочной жидкости переходник имеет вертикальные канавки. Стабилизирующие переходники следует применять совместно с центраторами.

Забойные амортизаторы ставятся над переходником колон­кового набора. Наиболее удачными являются амортизаторы 282 конструкции ЦНИГРИ. Утяжеленные бурильные трубы (УБТ) вводятся в буровой снаряд в случае, когда разница — в диаметрах бурильных труб и коронки позволяет это сделать.

Антивибрационные смазки, наносимые па бурильные трубы, снижают их трение о стенки скважины и поэтому уменьшают продольные и крутильные колебания, амортизируют энергию удара колонны о стенки скважины. Кроме того, смазка тампо­нирует трещины в породах и устраняет потерю промывки.

Наиболее распространенная смазка КАВС — канифольная антивибрационная смазка, состоящая’ из смеси канифоли, ниг­рола (иногда), автола и битума в определенной пропорции.

Эмульсионные антивибрационные промывочные жидкости обладают повышенными смазочными и антивибрационными свойствами, а кроме того, облегчают разрушение горных пород на забое.

Эмульсионные жидкости получают па основе воды или иной исходной промывочной жидкости путем добавления к ним в не­больших количествах (0,5—2,5%) активных эмульсирующих ве­ществ: кожевенной эмульсирующей пасты, омыленной смеси гудронов (ОСГ), мылонафта, различных эмульсолов и др.

Приготовление эмульсий осуществляется тщательным пере­мешиванием с использованием, например, высокочастотных вибрационных устройств. Стабильность водомасляных эмуль­сий обеспечивается за счет высокой дисперсности частиц масла, что наиболее эффективно достигается при помощи уль­тразвуковых установок, разработанных в Красноярском геоло­гическом управлении.

Наилучшие результаты в различных сложных геологических условиях показали новые эмульсионные промывочные жидко­сти на основе эмульсолов нефтехимического ЭН-4 и лесохими­ческого ЭЛ-4. Их применение в сравнении с освоенными на практике антивибрационными смазками и эмульсиями обеспе­чило повышение механической скорости алмазного бурения до 35 %, проходки на коронку до 40 %, проходки на рейс до 25 % и снижение расхода алмазов на 1 м до 30 % ■

Следует учитывать, что наиболее эффективным в борьбе с вибрацией является одновременное применение антивибраци­онных смазок и эмульсионных промывочных жидкостей.

Бурение снарядами со съемными керноприемниками (ССК, КССК) — крупнейшее за последние годы достижение в области совершенствования техники и технологии и главное средство дальнейшего повышения производительности при алмазном бу­рении. С ростом глубины скважин, особенно в сложных геоло­гических условиях, когда рейсовая проходка резко сокращается, при традиционном колонковом бурении спуско-подъемные опе­рации могут занимать более 50 % в балансе рабочего времени. Важнейшим средством снижения времени спуско-подъемпых опе­раций и повышения доли чистого бурения является применение съемного керноприемнщса. Бурение с ССК и КССК ■—это бурение с двойной колонковой тру­бой, отличающееся тем, что внутренняя керно­подъемная труба вместе с керном особой лебед­кой поднимается внутри колонны бурильных труб без подъема бурового снаряда, который извлека­ется только для смены изношенной алмазной ко­ронки. Если учесть, что (ресурс высококачествен­ной алмазной коронки составляет не менее 40— 50 м, то при использовании ССК рейсовая про­ходка будет близка к этой величине. При обычном алмазном бурении рейсовая проходка составляет около 2 м.

Отличительной особенностью технологии буре­ния с применением ССК и КССК являются по­вторяющиеся в течение рейса циклы, связанные со спуском на канате ловушки-овершота, подъе­мом внутренней керноприемной трубы специаль­ной лебедкой и спуском внутренней трубы на за­бой через каждые 2—4 м проходки. _

Идея ССК впервые была высказана в России горным инженером К. И. Гамовым в 1912 г. Прак­тическое внедрение этого метода в начале 50-х годов осуществила фирма «Лоигир» (США). Раз­работка ССК начата в шестидесятых годах во МГРИ. В настоящее время ССК в практику ак­тивно внедряют ВИТР (ССК-76, 59, 46) и СКВ ВПО «Союзгеотехника» (КССК-76).

В комплексы ССК входят специальное обору­дование и инструменты.

1. Технологический инструмент — специальный колонковый набор, бурильные трубы, алмазные коронки, лебедка, ловитель-овершот. 2. Спуско­подъемный инструмент — трубодержатель, элева­тор и др. 3. Вспомогательный инструмент. 4. Ава­рийный инструмент.

Устройство колонкового набора ССК показано на рис. 6.10. Чтобы исключить деформацию внут­ренней трубы, имеющей толщину стенки 25 мм, при срыве керна, в конструкцию введен ограничи­тель, выполненный в виде подвески этой трубы на шток подшипникового узла через пружину.

Рис. 6.10. Колонковый набор ССК:

/, 9 — переходники; 2 — головка; ‘/—пружинное кериорпителыюс кольцо; 4, 16—пружины; 5 — палец; 6 — защелки; 7 — ось; 8 — втул­ка; > 10 — кольцо; // — удлинитель; 12 — шпиндель, /3 — контргайка; // — корпус ко|>нирват(у1я: /Л — упорные иодшипнимг; 17 —наружная колонковая труба; 18 — алмазная коронка; 19 — внутренняя кернопри­емная труба; 20 — стабилизатор; 21 — упорное кольцо

Цри срыве керна пружина сжимается, а торец корпуса кер- норвателя упирается в конусную выточку коронки, поэтому дальнейшее осевое усилие воспринимается коронкой и наруж­ной трубой. Для ограничения осевого усилия па трубы и сиг­нализации при самозаклинивании керна введены резиновые манжеты, которые при этом сжимаются и перекрывают меж — трубный кольцевой зазор, движение промывочной жидкости прекращается, резко повышается давление на манометре на­соса, что служит сигналом к устранению нарушения.

Для подъема керноприемной трубы применяется известный при глубоком бурении овершот, опускаемый внутри бурильных труб на тросе.

Бурильная колонна гладкая снаружи и внутри, тонкостен­ная, соединяется способом «труба в трубу». Поэтому толщина стенки в резьбе всего 1,7 мм. Трубы изготавливаются из преци­зионных трубных заготовок высококачественных марок стали, со строго одинаковой толщиной стенок и соблюдением соосно­сти в соединениях, что обеспечивает сбалансированность ко­лонны и возможность вести бурение на высоких частотах вра­щения. Поэтому механическая скорость бурения при ССК выше, чем при обычном бурении.

В КССК-76, разработанном СКВ, соединение бурильных труб муфтовое, что дает возможность применять стандартное обору­дование для спуско-подъемных операций: механические рас­творы РТ-1200 М, полуавтоматические элеваторы и др. Однако это привело к увеличению ширины торца алмазной коронки до — 18 мм, что снижает механическую скорость и увеличивает рас­ход алмазов. Поэтому для гладкоствольных колонн разработано специальное спуско-подъемное оборудование. Спуск и подъем гладкоствольной колонны происходит дольше, чем обычного снаряда или КССК. Техническая характеристика ССК следую­щая:

Комплексы	ССК-46′	ССК-59	ССК-76
Диаметр скважины (наружный
диаметр расширителя), мм. .	46,4	59,4	76,4
Диаметр коронки наружный,
мм…………………………………………..	46,0	59,0	76,0
Диаметр коронки внутренний,
мм. . . …………………………………….	24,0	35,ч	46—48
Диаметр бурильных труб, мм:
наружный…………………………….	43	55	70
внутренний……………….. : . .	33,4	45,4	60,4
Марки стали бурильных труб	40Х	40Х	40Х
Длина кериоприемника, м. .	1,7; 3,2	1,7; 3,2; 4,7	1,7; 3,2; 4,7
Диаметр колонковой трубы, мм:
наружный……………………………	и	56	73
внутренний………………………….	35	45	60
Диаметр керноприемной трубы.
ММ’. наружный……………………………	30	42	54
внутренний	25,6	37	48,4

/

Зазор между бурильной колон­ной и стенками скважин, мм Зазор между наружной н внут­ренней трубами, мм

1,7 2,2 3,2 2,5 1,5 3,0 80—90 90—75 90—75 2000 До 1500 1000 12 000 15 000 20 000 10—30 15—60 35—100

Угол наклона скважины, гра­дус..

Режим бурения: максимальная частота вращения

снаряда, об/мин………………………..

Предельная осевая нагрузка, II Количество промывочной жид­кости, л/мин

Вид промывочной жидкости Вода, эмульсионные, безглинистые, полимер-

бентонитовые растворы с малым содержанием твердой фазы (до 5 %)

Комплекс КССК-76 предназначен главным образом для бу­рения в породах V—VII категорий по буримости, типичных, на­пример, для месторождений каменного угля, где получение представительного керна обычными способами затруднено. Глу­бина бурения с применением этого комплекса может достигать 2000 м.

Краткая техническая характеристика основного инструмента, входящего в комплекс КССК-76

Алмазные коронки

Диаметр, мм:

TOC o "1-5" h z наружный……………………………………………. 76

внутренний………………………………………….. 40

Содержание алмазов, г……………………… 1,6—4,4

Зернистость алмазов, шт/г………………….. 150—100

Алмазные расширители

Наружный диаметр, мм……………………… 76,5

Содержание алмазов, г……………………… 1,4

Зернистость алмазов, шт./г………………… 150—100

Колонковый набор

Длина, мм…………………………………………….. 6815

Масса, кг………………………………………………. 103

Бурильные трубы

Диаметр, мм:

наружный……………………………………………. 70

внутренний………………………………………….. 61

в высаженной части……………………………….. 53

Длина, мм…………………………………………….. 4500

Масса, кг………………………………………………. 35

Для комплекса ССК, с учетом характера проходимых по­род, разработано более 15 разновидностей алмазных коронок, общими для них являются верхняя внутренняя резьба под рас­ширитель и внутренняя конусная выточка под рвательное кольцо (рис. 6.11).

Алмазная коронка К-90 (рис. (і.11, а) — олмослойпля, rpc. v стуиенчатая, четырехсскторная; армируется алмазами зерни­стостью 100—150 шт/г, применяется при бурении монолитных и трещиноватых пород VIII—IX категории по буримости.

Алмазная коронка К-08 (рис. 6.11, б)— комбинированная четырехступенчатая, предназначена для бурения твердых и среднетрещиноватых пород IX—X категорий по буримости. Она имеет имнрегиироваиный пилот с алмазами зернистостью 2000— 600 шт/г и три ступени, армированные крупными алмазами (300—150 шт/г).

Алмазная коронка К. АСК-3 (рис. 6.11, г)—зубчатая одно­слойная, предназначена для монолитных или слаботрещинова­тых пород VI—VII категории по буримости, торец имеет зуб­чатый профиль, зернистость алмазов 200—100 шт/г. Коронка имеет развитую промывочную систему.

Алмазный расширитель Р-01 но конструкции близок к стандартным, имеет диаметр (в секторах) 59,4 мм для ко­ронки диаметром 59,0 мм, алмазы зернистостью 100—150 шт/г.

Для спуско-подъемных операций со съемным кернопрнем — ником и гладкоствольной колонной бурильных труб применя­ются специальное оборудование и инструмент.

Лебедка ЛГ-2000 служит для спуска овершота и подъема керноприемника через бурильную колонну и выпускается в двух вариантах: для ССК (ВИТР) и КССК (СКВ) грузо­подъемностью соответственно 750 н 580 даН. Привод индиви­дуальный от электродвигателя мощностью 11 кВт. Скорость на­вивки каната 1,5—3,0 м/с, масса лебедки с электродвигателем и тросом 655 кг, диаметр троса 5,8 мм. Вспомогательный ин­струмент ССК дан на рис. 6.12.

Овершот (рис. 6.12, о) служит для спуска и подъема съем­ного керноприемника внутри колонны бурильных труб; ‘он состоит из корпуса 1, тяги 2, защелок 3, утяжелителя 4, отсое — диинтельиой втулки, канатного замка с тросом 5. Защелки заключены в специальных пазах корпуса и находятся посто­янно в закрытом состоянии под действием пружины, конец троса 6 закреплен во втулке, помещенной на бронзовой пяте, внутри верхней пробки 7.

Наголовник (рис. 6.12, б) предназначен для соединения бу­рильных труб с элеватором и состоит из корпуса 4, вала с экс­центриком 5, рукоятки 1 с фиксатором 2 и пружины кручения 3. После ввинчивания наголовника фиксатор надежно стопорит его на бурильной трубе. При работе с наголовниками можно использовать обычные полуавтоматические элеваторы. Раз­работан и серийно выпускается комплекс средств для механи­зации спуско-подъемных операций КМСП-59.

Трубодержатель (рис. 6.13) служит для удержания на весу гладкостенной колонны и восприятия крутящего момента при свинчивании и развинчивании свечей. Захват свечей произво-

►а

к

<D

H

СО

»

G.

>»

Он

Н

S

>»

ex

H

•s

S

о S о в CJ m

s

I

о

2 s

o,

ЗD V.. a

я U I

de U о

дится плашками 1, которые зажимают ее под действием экс­центриков 2. Разработан также гидравлическим трубодержа — тель ТР2-12Д

Свечной амортизатор (рис. 6.14) служит для амортизации бурильной свечи при спуско-подъемных операциях. Когда свеча подвешена на амортизаторе, вал провисает относительно кор­пуса вниз па пружине, которая имеет мяг­кую характеристику, и дальнейшее сжатие возможно под действием руки рабочего, что позволяет заводить резьбовой конец свечи в резьбу колонны без стравливания каната с лебедкн станка.

Подснечниа с решеткой н ограждением предназначен для перемещения бурильных свечей но направляющим обоймам, в кото­рые вставлены подпятники с легко скользя­щим сферическим основанием и конусом в верхней части, облегчающим установку свечи резьбовым концом на подпятник. При перемещении бурильной КОЛОМНЫ че­рез шпиндель станка съемный кернопри — емник извлекают и забрасывают через специальный проходной сальник, имеющий широкое отверстие 15 стволе. При работе ССК. используется специальный вспомога­тельный и аварийный инструмент.

Опоры двух типов для монтажа колон­кового набора и съемного керноподъемии — ка представляют собой самоустанавливаю — щийся хомутный зажим, смонтированный на основании числа опор.

Ключи (рис. 6.15), входящие в комп­лект ССК — трехзвенные гладкозахватные Рис. 6.14. Свечной Для бурильных труб, двухзвепные гладко — амортизатор захватные для керноприемных труб, пла-

шечные для наружных колонковых и бу­рильных труб, а также буровые ключи для переходников, ко­лонковых наборов, расширителей и коронок.

Технология бурения с применением ССК отличается от обычного алмазного бурения, прежде всего, в отношении кон­струкции скважин. При основном диаметре скважины 59 мм забуривание производят коронкой диаметром 93 мм на глубину 7—8 м и обсаживают трубами диаметром 89 мм, этим обеспечи­вается удобство работы с ведущей бурильной трубой. Далее бурение ведется коронкой диаметром 70 мм до встречи плот­ны х пород, и закрепляют этот интервал более толстостенными трубами диаметром 73 мм, поскольку тонкостенные трубы при больших частотах вращения бурильных труб протираются, чем
осложняется проходка скважины. При спуске обсаднЫх труб применяют все меры к тому, чтобы во время бурения они не развернулись.

Особенности технологии бурения с применением ССК свя­заны, главным образом, со Специфическими отличиями ССК от обычного бурового снаряда. К ним относятся: а) малая жест­кость колонны, не позволяющая использовать большие осевые нагрузки; б) узкие кольцевые зазоры, вызывающие повышен­ные гидравлические сопротивления; в) повышенная площадь рабочего торца алмазной коронки, которая в сочетании с ма-

Рис. 6.15. Ключи для колонковых и бурильных труб ССК: а — гладкозахватный; б — плашечный

лой жесткостью колонны определяет большую тенденцию сква­жин к искривлению.

При бурении с использованием ССК в еще большей мере главным принципом технологии является осторожность при вы­полнении всех технологических операций.

Поскольку бурильные трубы ССК не позволяют применять большие осевые нагрузки, используют ступенчатый способ подачи, т. е. в начале рейса бурение ведется с малой осевой нагрузкой, а но мере снижения механической скорости осевая нагрузка увеличивается до предельной для данной колонны бурильных труб.

Учитывая небольшое сечение кольцевого канала между тру­бами и стенками скважины и значительные гидравлические со­противления, для регулирования подачи насоса используют ко­робку скоростей или сменные рубашки цилиндров. Избыточное количество промывочной жидкости отводить «на слив» не реко­мендуется, так как при этом не обеспечивается контроль за количеством подаваемой жидкости под коронку. Скорость вог — ходящего потока поддерживается в пределах 0,5—1,0 м/с. С увеличением частоты вращения бурового снаряда из-за ви­хревого движения жидкости потери давления в кольцевом ка­нале возрастают. Поэтому при определении осевой нагрузки надо учитывать величину «подпора», т. е. выталкивания буро­вого снаряда промывочной жидкостью.

При бурении с использованием ССК и КССК применяются новые буровые насосы конструкции С КБ ВПО «Союзгеотех — ннка».

Насос НБЗ-120/40 — горизонтальный, трехплунжерный с пя- тнскоростной коробкой передач от автомобиля ГЛЗ-бЗ, что дает возможность регулировать подачу в пределах 15—120 л/мин. Максимальное рабочее давление 4 МПа.

Насос НБ4-320/63 — также горизонтальный, трехплунжер — ный, но с трсхскоростной коробкой передач и сменными плун­жерами двух диаметров 45 и 80 мм, что обеспечивает шесть ступеней изменения подачи — от 32 до 320 л/мин. Рабочее дав­ление 6,3 МПа. Могут быть применены и другие типы насосов с подобной технической характеристикой.

При бурении ССК из-за малого сечения каналов для про­хода промывочной жидкости последняя должна обладать вы­сокими качествами: малой вязкостью для снижения гидравли­ческих потерь давления, смазывающими свойствами для сни­жения трения, бурового снаряда о стенки скважины и способностью надежно крепить неустойчивые породы. Выбор промывочной жидкости, соответствующей конкретным усло­виям, часто бывает решающим для успешного применения ССК — Для борьбы с вибрацией бурильной колонны применя­ются общие для алмазного бурения методы и средства.

Для устранения самозаклинивания керна внутреннюю по­верхность керноподъемника покрывают специальной смазкой или полируют. Снижение частоты самозаклинивания керна до­стигается также за счет дорнирования кериоприемных труб (уп­рочнение и повышение чистоты внутренней поверхности). Для обеспечения падежного подъема керна тщательно производят насадку керноподъемпой трубы, что на малых глубинах опре­деляется по слуху, на больших — по показаниям манометра насоса. При использовании ССК выход керна всегда больше, чем при обычном бурении.

Поскольку при использовании ССК искривление скважины больше, чем при обычном бурении, для обеспечения сохране­ния скважиной заданного направления добиваются центрирова­ния колонкового набора описанными выше техническими и тех­нологическими средствами, а также путем придания колонко­вому набору жесткости за счет коротких колонковых труб ( — 1,5 м), соединенных ниппелями, армированными рэлитом или алмазами и снабженных канавками для прохода промы­вочной жидкости.

Область применения ССК в настоящее время ограничива­ется породами X (как исключение XI) категории по буримости. Наиболее выгодно применять ССК в породах VIII—IX катего рий по буримости, где алмазные коронки дают наибольшую проходку.

В результате проведенных ВИТР специальных исследований установлено, что применение ССК оказывается экономически неэффективным в случаях: 1) если проходка за рейс ССК ме­нее чем в 3 раза превышает проходку за рейс обычным спосо­бом; 2) если проходка за рейс обычным способом более чем в 3 раза превышает проходку за цикл ССК; 3) если механиче­ская скорость при заменяемом способе бурения более чем в 1,5 раза превышает механическую скорость при использова­нии ССК; 4) если проходка на коронку ССК менее чем в 1,5 раза превышает проходку на коронку при заменяемом обычном способе.

Нерационально применение ССК и при малых глубинах. Однако там, где запроектировано применение ССК, обычно с нуля начинают применять последний, чтобы не терять время на замену бурильных труб. Что касается максимальной глу­бины, то по этому вопросу имеются расхождения: за рубежом предельной глубиной считается 1200 м, у нас — до 2000 м и выше.

Неоспоримыми преимуществами ССК и КССК являются: малые затраты времени на спуско-лодъемные операции благо­даря извлечению керна без подъема бурильной колонны; вы­сокий выход керна благодаря устранению его истирания при самозаклинивании; высокая проходка на алмазную коронку по­вышенного качества, достигающая 100 м и более, и на основе всего этого повышение производительности и качества буровых геологоразведочных работ.

Техника и технология бурения с применением ССК и КССК непрерывно совершенствуется. Уже созданы снаряды ССК с эжектором для создания обратной циркуляции промывочной жидкости и с гидравлическим вибратором для устранения самозаклинивании керна. Ведется разработка высокочастотных гидроударных машин для применения в комплексах ССК и КССК.

Комментарии запрещены.