Вращательный способ

Лекция 5. Способы бурения скважин

В соответствии по способам разрушения горных пород способы бурения подразделяются на вращательный, ударный, ударно-вращательный, вибрационный и т.п.

Вращательный способ бурения в зависимости от формы забоя скважины подразделяется на колонковое и бескерновое бурение.

Рис. 7 Схемы видов забоя скважины

При колонковом способе бурения разрушение горной породы происходит по кольцевому забою и в центре остается столбик (колонка) неразрушенной горной породы, которая называется керном (Рис. 7 а). Если разрушение горной породы происходит по всей площади забоя скважины, то это будет бескерновое бурение, иногда его называют роторным (рис. 7 б). Породоразрушающий инструмент, разрушающий горную породу по кольцевому забою, называется коронкой, а разрушающий породу по всей площади забоя называются долотами.

В зависимости от вида породоразрушающего инструмента колонковый способ подразделяется на твердосплавное, алмазное и дробовые бурение.

К вращательному способу бурения также относится и шнековое бурение. Только в данном случае, как уже отмечалось выше, транспортировки продуктов разрушения осуществляется при помощи шнекового транспортера (шнеков).

Твердосплавное бурение. Как было уже отмечено выше твердосплавное бурение является разновидностью колонкового бурения и в качестве породоразрушающего инструмента используются твердосплавные коронки.

В целом при бурении скважин используются различные буровые инструменты: технологический, вспомогательный, аварийный, инструмент для проведения спуско подъемных операций и т.п.

Буровой инструмент используемый непосредственно для бурения называется технологическим, а технологический инструмент собранный в определенном порядке называется буровым снарядом.

Рис.8 Схема бурового снаряда для твердосплавного бурения

Компоновка бурового снаряда для твердосплавного бурения представлена на рис.8, где 1- твердосплавная коронка, 2-колонковая труба, 3- переходник, 4- бурильные трубы, 5-шламовая труба, 6-кернорватель. Твердосплавные коронки предназначена для разрушения мягких, средних и частично твердых горных пород с I по VII категории по буримости. В некоторых случаях возможно бурение пород VIII категории по буримости. Твердосплавные коронки в зависимости от назначения по конструкции делятся на следующие виды: ребристые типа М, резцовые типа СМ, самозатачивающиеся типа СА. Ребристые коронки предназначены для бурения мягких пород с I по IV категорию и поэтому они имеют индекс М.

Эти коронки состоят из трубчатого стального корпуса с цилиндрической трапециидальной резьбой и приваренными к корпусу стальными ребрами, которые армированы твердосплавными резцами. В зависимости от места сварки этих ребер относительно корпуса и их количества различают следующие марки ребристых коронок: М1, М2 и М5.

У коронок М1 ребра приварены и боковой поверхности корпуса и их количество составляет 4, а у коронок М2 ребра также приварены к боковой поверхности корпуса, только их количество составляет 3 или 4, у коронок типа М5 ребра приварены к торцу корпуса и их количество, как правило, 4 штуки, а коронок большего диаметра 6 штук.

Резцовые коронки типа СМ предназначены для бурения в средних необразованных горных породах IV-VIII категорий по буримости. По конструкции они отмечаются тем, что твердосплавные резцы установлены с помощью сварки непосредственно с торца корпуса в специальных выфрезированных гнездах, кроме того в торце коронки выфрезированы промывочные окна для прохода промывочной жидкости, на другом конце корпуса нарезана присоединительная резьба. Вдоль боковой поверхности имеются промывочные каналы. Различают следующие марки резцовых коронок: СМ4, СМ5, СМ6 и СТ-2. Выступ резцов в коронках данного типа составляет мм на сторону.

Самозатачивающиеся коронки типа СА (СА1, СА2, СА3, СА4) предназначены для бурения в абразивных горных породах VII-VIII, а иногда IX (кварцсодержащих пород) категорий по буримости. Эти коронки имеют аналогичный предыдущим стальной трубчатый корпус с установленными с торца режущими элементами представляют собой металлическую пластину, выполненную из мягкой стали, армированную резцами.

Сущность принципа действия заключается в том, что по мере износа резцов о забой упирается резценесущая пластина. В связи с тем, что она изготовлена из мягкой стали происходит более быстрый ее износ и при этом обнажаются твердосплавные резцы, которые снова вступают в работу по разрушению горной породы. Технические характеристики вышеописанных коронок приведены в нижеследующих таблицах.

Таблица 3 Техническая характеристика ребристых коронок

Наружный диаметр колонковой трубы, мм

Размеры торца коронок, мм

Тип коронки

D

D1

d

d1

М1

М2

М5

n

Кол-во резцов

n

Кол-во резцов

n

Кол-во резцов

O

П

O

П

O

П

-

-

-

-

-

-

-

Таблица 4 Техническая характеристика резцовых коронок

Наружный диаметр колонковой трубы, мм

Размеры торца коронок, мм

Тип коронки

СМ4

СМ6

СМ5

СТ2

Количество резцов

D

D1

d

d1

O

П

O

П

O

П

O

П

44,5

32,5

-

-

-

57,5

45,5

-

-

Таблица 5 Техническая характеристика самозатачивающихся коронок

Тип коронки	Размеры торца коронок, мм	Число резцов	Наружный диаметр колонковой трубы
D	D1	d	d1	О	П
СА1			34,5	22,5
		44,5	32,5
		57,5	45,4
СА2			44,5	32,5
		57,5	45,4
СА3
СА4			44,5	32,5
		57,5	45,4

В вышеприведенных таблицах D означает наружный диаметр корон­ки, D₁ - внутренний диаметр коронки, d — наружный диаметр короночного кольца, О и П - соответственно числа основных и подрезных резцов, n — число ребер ребристой коронки.

Колонковые трубы предназначены для приема керна и последующей его транспортировки на поверхность.

Колонковые трубы, также как и обсадные, изготавливается из высокопрочной стали марки Д, бесшовные, горячекатаные. На концах трубы имеются внутренние цилиндрические резьбы для соединения с коронкой и с другой стороны для соединения с переходником.

Техническая характеристика колонковых труб приведена в таблице 1. различают одинарные колонковые трубы (ОКТ) и двойные колонковые трубы. Двойные колонковые трубы применяются с целью повышения выхода керна и бывают с вращающейся внутренней трубой (ТДВ) и с невращающейся внутренней трубой (ТДН).

Переходники предназначены для соединения труб различных диаметров, в частности, для соединения колонковых труб с бурильными трубами.

По конструкции различают следующие виды переходников: обычные, фрезерные, тройные и специальные (см. рис 9).

а)

б)

в)

г)

а- обычный, б-фрезерный, в- тройной, г- специальный

Рис.9 Виды переходников

Переходники изготавливаются из стальных заготовок, в верней части нарезана внутренняя замковая резьба для соединения с бурильными трубами, в нижней части наружняя цилиндрическая резьба для соединения с колонковой трубой.

У фрезерных переходников в верхней части на конусной образующей нарезаны зубья, предназначенные для изменения всплывших со стенок скважин кусочков горной породы.

Тройные переходники, также как и две предыдущие, имеют стандартные резьбы для соединения с бурильными и колонковыми трубами. Кроме того, в верхней части нарезано еще одна наружная цилиндрическая резьба для соединения со шламовой трубой.

Специальные переходники бывает различных конструкций для решения различных конструкторских задач. На рис. 9г в качестве примера специального переходника показано схема переходника для изменения направления нисходящего промывочной жидкости, т.е. для создания обратной схемы промывка скважины в призабойной зоне с целью увеличения выхода керна.

Бурильные трубы. Одним из важнейших составляющих звеньев бурового снаряда является колонка бурильных труб. При помощи колонны бурильных труб в процессе бурения передается или создается осевая нагрузка, передается вращение и подается промывочная жидкость. Кроме того, бурильные трубы могут быть использованы при цементации аварий и т.п.

Бурильные трубы применяют двух типов: муфтово-замковые и ниппельные. Бурильные трубы первого типа по конструкции в основном такие же, как при роторном бурении (рис. 4.5), и отличаются меньшими диаметрами и наличием в замковом соединении профрезерованных вырезов для подвешивания и захвата колонны специальными инструментами (подкладными и ведущими вилками) при спускоподъемных операциях. Бурильные трубы муфтово-замкового соединения выпускают диаметрами 42, 50, 63,5 и 73 мм (соответствующий наружный диаметр замков и муфт - 57, 65, 83 и 95 мм).

Бурильная колонна ниппельного соединения имеет высаженный внутрь концы, на каждом из которых нарезана внутренняя резьба для соединения труб ниппелями.

Отличительная особенность бурильной колонны ниппельного соединения - одинаковые наружные диаметры бурильных труб и соединений. Это дает возможность приблизить диаметр бурильной колоны к диаметру бурения. Поэтому такая бурильная колонна применяется при высокооборотном алмазном бурении. Бурильные трубы ниппельного соединения выпускаются диаметрами 33,5; 42, 50, 54 и 68 мм. Соответствующий диаметр ниппелей превышает диаметр бурильных труб на 0.5 - 1 мм.

В России разработан новый стандарт гладкоствольных стальных универсальных бурильных колонн ТБСУ диаметрами 43, 55, 63.5, 70, 85 мм муфто-замковыми соединениями. Последние привариваются к концам труб, что позволило избежать уменьшения внутренних диаметров.

Для колонкового бурения также выпускаются легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ) с муфто-замковыми (ЛБТМ) и ниппельными (ЛБТН) соединениями. Соединительные элементы (замки, муфты, ниппели) в легкосплавной бурильной колонне - стальные. ЛБТ изготовляют одного внутреннего диаметра по всей длине с толщиной стенки 7-9 мм, что обеспечивает достаточную износостойкость колонны. ЛБТ ниппелного соединения выпускаются диаметрами 42, 54, 68 мм, ЛБТ муфтово-замкового соединения - диаметром 54 мм (диаметр замка - 65 мм).

ЛБТ обеспечивает возможность бурения на большие глубины с высокими частотами вращения снаряда и меньшими затратами мощности на вращение бурильной колонны. Применение ЛБТ обеспечивает производительности колонкового бурения на 20 - 25 %. Не рекомендуется применять ЛБТ в зонах интенсивного искривления скважин (более 1 град/м), так как это может привести к обрывам бурильной колонны.

При бурении скважин увеличенного диаметра в компоновку бурового снаряда включают шламовые трубы, для улавливания более крупных частиц шлама, которые не могут транспортироваться выходящим потоком промывочной жидкости. Они изготавливаются из колонковых труб того же диаметра, что и колонковые, входящие в компоновку снаряда.

По конструкции они бывают различных видов: открытые и закрытые, съемные, разборные и т.п.

Кернорватель используют при бурении монолитных и малотрещиноватых пород. Он выполняется в виде разрезного кольца, которое помещается в конусной расточке коронки. В процессе бурения кернорватель расположен в верхней части расточки коронки, а при подъеме снаряда смещается вниз, заклинивая и отрывая от забоя керн.

При бурении раздробленных пород используются устройства керноудерживающие элементы которых выполнены в виде плашек или лепестков, полностью или частично перекрывающие внутреннее пространство коронки при подъеме инструмента.

Дата добавления: 2015-07-13