Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Технология бурения твердосплавными корон­ками включает комплекс вопросов, связанных с бурением скважины, получением и сохранением керна, предупрежде­нием и ликвидацией геологических отложений, сохранением направления скважины и др.

В данном разделе рассматриваются вопросы, связанные непосредственно с проходкой скважины, которые включают выбор колонкового набора, породоразрушающего инструмен­та, технологических параметров режима бурения.

При твердосплавном бурении по монолитным и слаботре­щиноватым породам колонковый набор состоит из фрезерно­го переходника, колонковой трубы и коронки. В сильнотре­щиноватых и малосвязных породах для повышения выхода керна применяются двойные колонковые трубы или специ­альные способы их проходки.

Тип коронки выбирается на основании анализа физико­механических свойств горных пород, слагающих разрез скважины. Особое внимание уделяется абразивным, прочно­стным свойствам горных пород, их трещиноватости и устой­чивости.

Большое влияние на производительность твердосплавного бурения оказывают технологические параметры режима бу­рения: осевая нагрузка на коронку, частота вращения бурово­го снаряда и расход очистного агента. Необходимо стремить­ся к оптимальному сочетанию этих параметров, которые мо­гут обеспечить максимальную механическую скорость буре­ния при минимальной стоимости 1 м проходки.

Механическая скорость бурения находится в прямой зави­симости от осевой нагрузки Р, скорости вращения л и обрат­но пропорциональна прочности горной породы ст.

Если рассматривать рейсовую скорость бурения (м/ч), то она учитывает и организационные факторы:

где Н — проходка за рейс, м; Г — время чистого бурения, ч; Гвсп — время, затраченное на вспомогательные операции, ч.

К вспомогательным операциям относятся спускоподъем­ные операции, замена коронки, извлечение и укладка керна и др. Отсюда следует, что рейсовая скорость зависит от време­ни, затрачиваемого не только на чистое бурение, но и на вспомогательные операции. Следовательно, механизация спускоподъемных операций может сократить время на их проведение и повысить производительность бурения.

Анализ количественных значений параметров режима бу­рения, проводимый многими организациями и исследовате­лями, позволил установить следующие закономерности.

Осевая нагрузка оказывает сложное влияние на механиче­скую скорость бурения. Установлена зависимость между ме­ханической скоростью бурения и осевой нагрузкой, которая имеет вид параболы. Увеличение осевой нагрузки вызывает повышение механической скорости бурения, но только до критического значения нагрузки. Затем наблюдается сниже­ние скорости бурения. Критическое значение осевой нагруз­ки определяется прочностными характеристиками горной по­роды и твердого сплава. Повышение осевой нагрузки вызы­вает упругие деформации в колонне бурильных труб, появле­ние вибраций в буровом снаряде и сколов в резцах твердо­сплавной коронки. При этом износ коронки увеличивается.

При практических расчетах осевой нагрузки пользуются удельным значением осевой нагрузки, приходящейся на один резец для коронок резцового типа или на одну вставку для самозатачивающихся коронок.

Расчет осевой нагрузки (даН) на твердосплавную коронку проводится по формуле

Р = Рурт, (7.2)

где РуД — удельная осевая нагрузка, даН; т — число основных резцов или вставок в коронке.

В табл. 7.12 приведены рекомендуемые значения удельной осевой нагрузки.

Частота вращения бурового снаряда существенно влияет на показатели работы твердосплавных коронок. Эта зависи­мость также имеет вид параболы. Рост частоты вращения по­вышает механическую скорость до определенного максимума, затем наблюдается снижение скорости бурения, которое, очевидно, связано с износом коронок. Максимум механиче­ской скорости бурения для каждого диаметра коронки соот­ветствует различной частоте вращения. За критерий выбора оптимальной частоты вращения коронки принимается ок­ружная скорость коронки, равная 1,4-1,5 м/с.

Необходимая частота вращения (об/мин) рассчитывается по известной формуле:

л = 60уокр/л£ср, (7.3)

где уокр — окружная скорость коронки, м/с; £>ср — средний диаметр коронки, м,

Яср = (О, + Щ/2;

С), С2 — наружный и внутренний диаметры коронки, м.

Малые значения окружной скорости берутся для больших диаметров, а большие значения — для малых диаметров.

При бурении скважин самозатачивающимися коронками, частота вращения коронок приближается к значениям, близ­ким для алмазного бурения. При бурении трещиноватых по­род частота вращения коронок снижается на 25 %.

При бурении мягких пород П-ГУ категории по буримости частота вращения выбирается с таким расчетом, чтобы на­ружная скорость коронки не превышала 2,5-3 м/с; при этом предельные частоты вращения не должны превышать сле­дующих значений.

Наружный диаметр коронок, мм………………………………. 93 112 132 151

Предельное значение частоты вращения, об/мин,

не более…………………………………………………………………. 500 400 350 300

Указанные значения должны уменьшаться при бурении мягких пород с пропластками более твердых или с включе­ниями валунов и галечников.

Расход промывочной жидкости должен обеспечивать вы­нос частиц разрушенной породы на Поверхность. Он будет определяться скоростью подъема восходящего потока жидко­сти, которая зависит от размера частиц, их плотности и зазо­ра между стенками скважины и бурильными трубами. При промывке водой скорость восходящего потока должна быть не менее 0,25 м/с, а при бурении с глинистым раствором ее снижают до 0,2 м/с. Тогда расход промывочной жидкости (м3/с) определяется по формуле

О = Ль п. (7.4)

где Т7 — площадь затрубного пространства, м3; у„.п — скорость восходящего потока, м/с.

Однако часто расход промывочной жидкости находят из рекомендуемого расхода в л/мин на 1 см диаметра коронки по формуле:

О = КБ и м3/с,

где К — удельный расход на 1 см диаметра коронки, л/мин; В1 — наружный диаметр коронки, см.

Величина К определяется опытным путем и приведена в табл. 7.13.

Вид очистного агента выбирается в зависимости от устой­чивости горных пород. В устойчивых породах У-УШ катего­рий по буримости применяют воду, а в условиях затрудненно­го водоснабжения — воздух, использование которого дает су-

щественный прирост технико-экономических показателей бурения. В интервалах неустойчивых пород целесообразно применять глинистый раствор, а в особо осложненных усло­виях его обрабатывают химическими реагентами с целью ре­гулирования структурно-механических параметров.

Для успешного проведения процесса бурения необходимо пользоваться технологическими приемами, отработанными практикой.

Переход с большого диаметра на меньший, во избежание искривления скважины, производится с помощью компонов­ки из колонковой трубы с коронкой меньшего диаметра и колонковой трубы предыдущего большего диаметра, соеди­ненных специальным двойным переходником. Уступ прораба­тывается специальным коническим фрезером.

Заклинивание керна в мягких породах 1-1У категорий по буримости осуществляют притиркой керна к коронке буре­нием З-б см без промывки. Перед подъемом керна в буриль­ную колонну сбрасывают шаровой клапан, перекрывающий отверстие переходника и предупреждающий выдавливание керна столбом жидкости в трубах при подъеме.

При бурении пород средней твердости для срыва керна применяют кернорвательное устройство или осуществляют заклинивание керна специальным материалом в виде дробле­ного кварца, обрезков алюминиевой проволоки и пр.

При бурении в трещиноватых или хрупких породах следу­ет избегать расхаживания снаряда для предупреждения само — заклинивания и последующего истирания керна.

Комментарии запрещены.