Вращательное бурение

Бурение вращателями роторными и перемещаемыми в вертикальных направляющих вышки. В условиях качки ПБУ наиболее сложно вращательное бурение станками шпиндель­ного типа. Существующие у них системы принудительных подач, подвески и разгрузки инструментов для условий моря непригодны, так как качка и дрейф ПБУ при жесткой связи ее со станком и последнего с бурильной колонной приводят к изгибам и поломкам труб вследствие смещения оси кронблока от оси скважины, периодическим отрывам буро­вого снаряда от забоя, утрате и разрушению керна, невоз­можности поддерживать необходимые режимы бурения. С целью повышения эффективности бурения с ПБУ вращательным способом отечественными и зарубежными специа­листами предложен ряд конструктивно-технологических ре­шений.

В АО "Дальморгеология" для бурения с плавсредств разра­ботаны и применяются в производстве два типа вращателей: ВМБ-5 на базе ротора от буровой установки УРБ-3 и пере­мещаемый в вертикальных направляющих вращатель от бу­рового комплекса КГК-100. При отсутствии дрейфа, боковой и продольной качки ПБУ базовые варианты этих вращателей позволяют почти беспрепятственно перемещаться в верти­кальном направлении плавсредству вместе с ротором и на­правляющими относительно бурового снаряда.

Для уменьшения влияния горизонтальных смещений и ко­лебаний ПБУ на процесс бурения ВМБ-5 (рис. 2) снабжен двумя вкладышами, соединенными со столом ротора шарнирно при помощи пальцев, установленных в двух диамет­рально перпендикулярных плоскостях (по принципу шарнира Гука), а направляющие подвижного вращателя от КГК-100 шарнирно подвешены к подкронблочной раме буровой вы­шки.

Опыт бурения вращателями описанных конструкций по­казал, что при волнении моря более 2 баллов на забой не передается заданная осевая нагрузка, так как ведущая ВМБ-5 заклинивается в роторе, а подвижной вращатель КГК-100 - в направляющих. Так как при бурении этими вращателями бурильная колонна обычно подвешена на тросе лебедки, же­стко соединенной с плавсредством, его качка приводит к пе­риодическим отрывам бурового снаряда от забоя, разрушает керн и не позволяет поддерживать необходимую осевую на­грузку на породоразрушающий инструмент.

Рис. 2. Морской буровой вращатель ВМБ-5: 1 — станина; 2 — ротор; 3 — вкладыш наружный; 4 — внутренний вкладыш; 5 — пальцы; 6 — коробка передач; 7 — электродвигатель; 8 — рельсовые пути; 9 — ведущая четырехгранная штанга; 10 — груз для передачи осевого усилия на породоразрушающий инструмент (на забой скважины)

Такие же трудности отмечаются при бурении в сложных гидрологических условиях моря с применением силового вертлюга, используемого для вращения бурильной колонны. Эта схема принципиально схожа со схемой бурения враща­телем от КГК-100.

Вращатели на вращаемой колонне. Их разработка обус­ловлена стремлением повысить скорость погружения обсад­ной колонны при бурении в плотных глинах и породах с большим содержанием щебня и гальки. Изготовлен опытный образец бурового станка со стабилизатором рычажного типа и гидроприводом вращателя, позволяющим плавно регулиро­вать частоту вращения труб диаметром 0,127, 0,168 и 0,219 м (рис. 3).

Станок представляет собой прямоугольную рабочую пло­щадку 6, на которой смонтирована станина 7 с укрепленным на ней неподвижным патроном 14 труборазворота и враща­телем. Последний имеет приводной гидромотор 9, коробку скоростей 8 и одноступенчатый редуктор 11 с полым выход­ным валом и зажимным патроном 12. Патроны 12 и 14 снаб­жены комплектами сменных плашек для захвата труб 13 раз­ных диаметров. Весь станок массой около 1300 кг подвешивается на четырех тросах 10 рабочей лебедки к вышке ПБУ. При этом реактивный момент передается от станка на ПБУ через рычажное стабилизирующее устройство, состоящее из продольной 3 и поперечной 5 штанг круглого сечения, сво­бодно перемещающихся при качке в каретках 2 и 4.

Рис. 3. Буровой вращатель на колонне труб: 1 - стойка; 2 - каретка; 3 - продольная штанга; 4 - каретка; 5 -попе­речная штанга; 6 - рабочая площадка; 7 - станина; 8 - коробка скоро­стей; 9 - гидромотор; 10 - тросы; 11 - редуктор; 12 - зажимный патрон; 13 - буровые трубы; 14 - патрон труборазворота

Попе­речная штанга жестко крепится на двух кронштейнах рабо­чей площадки, а продольная закреплена одним концом в корпусе каретки, установленной с возможностью поворота в вертикальной плоскости на стойке 1, смонтированной на па­лубе ПБУ. Вращатель обеспечивает частоту вращения в пре­делах 0-50 и 82-118 об/мин с крутящим моментом 5,20; 3,25 и 2,25 кН·м при наклоне ПБУ до 7°, амплитуде ее гори­зонтальных перемещений (дрейфе) до 1,2 м и вертикаль­ных - до 0,7 м.

Испытания выявили ряд конструктивных недостатков опытного образца. С их учетом был разработан усовершен­ствованный вариант станка, в котором изменена компоновка узлов вращателя, исключена коробка скоростей, одноступен­чатый редуктор заменен двухступенчатым, переработана кон­струкция зажимных патронов и изменено их местоположение. В стабилизирующем устройстве совмещены обе каретки, а поперечная штанга вынесена на стойку, в системе подвески вращателя тросы заменены жесткой траверсой. Все это уп­ростило конструкцию станка, повысило его надежность, уменьшило массу более чем на 500 кг и увеличило крутящий момент до 5,8 кН·м. Однако и этот вращатель оказался громоздким, а его стабилизирующее устройство неудобно и ненадежно в работе. Обсадная колонна с установленным на ней вращателем такого типа неустойчива при забуривании скважины и бурении с промывкой. Бурение же всухую мало­производительно и требует использования приводного двига­теля большой мощности.

Общий недостаток вращателей, устанавливаемых на вра­щаемой обсадной колонне, — большие потери времени и труда на приведение в каждом рейсе вращателя в рабочее положение и на разворот извлекаемых из скважины обсад­ных труб, резьбовые соединения которых при вращательном бурении сильно затягиваются.

Дата добавления: 2014-12-29