Лекция 8. Бескерновый (роторный) способ бурения

Роторные бурение – разновидность вращательного способа бурения. Оно широко для проходки скважин при поисках, разведке и эксплуатации жидких и газообразных полезных ископаемых, а также при разведке месторождений твердых полезных ископаемых на стадии детальной разведки.

Название роторного способа бурения произошло от названия механизма – ротора с помощью которого передается крутящий момент через ведущую трубу (квадрат) колонне бурильных труб.

Рис. 12 Схема компоновки снаряда роторного бурения

В состав бурового снаряда (см. рис12) входит породоразрушающий инструмент-1, которые называются долотами, утяжеленные бурильные трубы – 2, колонна бурильных труб – 3 и ведущая труба – 4.

Долота для бескернового бурения. По характеру разрушения горной породы долота делятся на лопастные, алмазные и долота тип ИСМ. Лопастные долота разрушают породу резанием и скалыванием. Они предназначены для бурения мягких и иногда средней твердости пород I-IV категорий по буримости. Выпускаются долота следующих типов, двухлопастные 2Л с диаметрами от 76 мм до 161 мм с обычной промывочной, трехлопастные ЗЛ и ЗЛГ с диаметрами от 118 мм до 445 мм с обычной и гидромониторной промывкой, многолопастные типа ИР и ИРГ диаметрами от 76 мм до 269 мм. На корпус долота наносится его шифр. Например, ЗАГ-295 расшифровывается следующим образом: ЗЛ- трехлопастные, Г – с гидромониторными насадками, 295 – диаметр долота 6 мм. Шарошечные долота получили наибольшее распространение при бурении скважин. Они применяют при бурении пород любой категории крепости, но наиболее успешно в породах V-Х категорий по буримости.

Классификация шарошечных долот: по количеству шарошек они подразделяются на одно, двух, трех и многошарошечных долота, по конструкции корпуса подразделяются на группу А и группу Б.У долот группы А сварной, у долот Б корпус цельнолитой, по принципу действия шарошечные долота подразделяются на долота дробящего действия и долота дробяще-скалывающего действия. У долот дробящего оси шарошек направлены к продольной оси долота, а у долот дробяще-скалывающего действия оси шарошек смещены относительно продольной оси долота (см. рис.13).

Рис.13 Схемы расположения шарошек

а) дробящего действия; б) дробяще-скалывающего действия.

Долота дробящего действия в основном используются при бурении твердых и крепких пород. Разрушение горной породы осуществляется за счет нанесения ударов зубьями шарошки по забоя с образованием лунок разрушения. Порода между смежными лунками самопроизвольно скалывается, а при бурении мягких пластичных пород скалывания между лунками не происходит и их разрушение происходит за счет проскальзывания шарошек к забою, что достигается смещением осей шарошек относительно продольной оси долота.

По твердости буримых пород шарошечные долота делятся на 13 типов: М, МЗ, МС, МСЗ, С, СЗ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, К, КЗМ, ОК. Здесь М означает, что долота данного типа предназначены для бурения мягких пород, С- средних пород, Т- твердых, К- крепких, ОК – очень крепких пород. Буква З – означает, что данные долота предназначены для бурения абразивных горных пород, например, МЗ – для бурения мягких абразивных пород (песок).

Тип долота обычно указывается в шифре долота, например, 1В-295С расшифровывается следующим образом: 1-первая модификация, В – Верхнесергинский долотный завод, 295 – диаметр долота в мм, С – тип долота (для бурения пород средней твердости). В шифре долота дополнительно могут быть обозначения ГНУ или ГАУ, которые обозначают, что эти долота выполнены с герметизирующими маслонаполненными опорами.

Диаметры выпускаемых шарошечных долот стандартизованы и соответствуют следующими нормальному ряду (в мм): 93, 98 112, 132, 140, 151, 165, 190, 214, 243, 269, 295, 320, 349, 445, 490.

Алмазные долота предназначены для бурения пород V-XI категорий по буримости на больших глубинах (свыше 2500-3000м). В таких условиях применение алмазных долот, обладающих высокой изностойкость (до 200-250 работы), обеспечивает высокую рейсовую скорость проходки.

Алмазное долото состоит из корпуса с присоединительной резьбой и припаянной к нему алмазосодержащей матрицы. В корпусе имеются каналы для прохода промовочной жидкости.

При бурении установками роторного типа, когда зачастую бурение ведется с «крюка», т.е. у установки отсутствует принудительная система подачи, в компоновку бурового снаряда включают утяжеленные бурильные трубы (УБТ).

Основные назначение утяжеленных бурильных труб это создание необходимого осевого усилия породоразрушающему инструменту для эффективного разрушения горной породы. Набор необходимого осевого усилия подбирается длиной УБТ, которая определяется из следующей зависимости:

(17)

где - необходимая длина утяжеленных бурильных труб, м;

- необходимая осевая нагрузка, даН;

- коэффициент увеличения УБТ для дополнительного растяжения бурильных труб ();

- ускорение свободного падения, м/с², ();

- масса 1 п.м. УБТ, кг;

и - соответственно плотности промовочной жидкости и материала труб, (для стали ), для воды , для нормального глинистого раствора .

Масса 1 погонного метра УБТ приведена в таблице 9.

Таблица 9 – Массы 1 п.м. УБТ.

Диаметр УБТ, мм
Масса 1 п.м., кг	49,9	68,0	98,0	145,0	192,0

Использование УБТ также применяется для растяжения нижней части колонны бурильных труб, которая принимает форму спирали от собственного веса и на этом участке колонна испытывает знакопеременные нагрузки и зачастую могут привести к их поломке. Кроме того использование УБТ применяется для предотвращения искривления скважин.

Бурильные трубы применяются для тех же целей, что и при колонковом способе бурения.

При роторном способе бурения применяются бурильные трубы двух основных типов: с концами высаженными внутрь и наружу.

Бурильные трубы изготовляют наружным диаметром 60, 73, 89, 102, 114 и 140 мм при толщине стенок от 7 до 12 мм. Для изготовления труб используют стали групп прочности Д, К, Е, Л, М, Р, Т имеющие предел текучести не менее 380 МПа. Длина поставляемых труб – 6,8 и 11,5 м.

Для удобства спуска и подъема бурильная колонна составляется из отдельных секций, которые не развинчиваются при спускоподъемных операциях. Секция составленная из нескольких бурильных труб и соединяемая муфтами, называется свечой. Длина свечи определяется высотой буровой вышки и обычно применяется на 25-30% меньше ее.

Ведущая труба – элемент технологического инструмента расположенная в верхней части бурильной колонны и непосредственно воспринимает крутящей момент от ротора буровой установки. Ведущие трубы выпускаются квадратного, шестигранного или крестообразного сечения. Она состоит из собственно трубы, верхнего переходника с левой резьбой для соединения с вертлюг-сальником и нижнего переводника с правой резьбой для соединения с бурильной колонной. Ведущие трубы квадратного сечения выпускаются с размерами стороны квадрата 65х65, 80х80, 115х115, 140х140, 155х155. Общая длина ведущей трубы в сборе составляет 10 14,5м.

Определение параметров режима бурения. Основными параметрами режима бурения для роторного способа являются те же параметры, что и для колонкового: осевая нагрузка, частота вращения снаряда и расход промывочной жидкости.

Осевая нагрузка на долото при бурении пород с недостаточно изученными свойствами ориентировочно можно определить по формуле:

(18)

где - необходимая осевая нагрузка, кН;

- рекомендуемая удельная нагрузка на 1 см диаметров долота, кН;

Д- диаметр долота, см.

Рекомендуемая удельная нагрузка в зависимости от типа долота и твердости горных пород приведена в таблице 10.

Таблица 10 – Значения рекомендуемой удельной нагрузки , кН.

Тип долота	Группа пород по твердости
мягкие	средние	твердые	крепкие	очень крепкие
Категория пород по буримости
I-II	III-IV	V-VII	IX-X	XI-XII
лопастные	1-4	-	-	-	-
шарошечные	2-5	3-8	7-10	8-15	9-20
алмазные	-	-	2-4	4-6	-

Частот вращения бурового снаряда определяется:

(19)

где - рекомендуемая окружная скорость вращения долота, м/с, ( м/с);

Д- диаметр долота, м.

Расход промывочной жидкости можно определить:

(20)

Где Д- диаметр скважины, дм;

- наружный диаметр бурильных труб, дм;

Дата добавления: 2015-07-13