Технология и особенности бурения комплектами с гидротранспортом керна

Первая главная особенность такого вида бурения заключается в том, что не происходит непосредственной промывки забоя, и разрушаемая порода механически сдвигается к центру забоя и заталкивается в центральный канал коронки. Поток промывочной жидкости подхватывает кусочки керна и шлам внутри выше торца коронки и только с этого места транспортирует их по внутренней трубе на поверхность, т.е. не происходит ни промывки забоя, ни охлаждения торца коронки. Это условие однозначно ограничивает область применения данного метода по твердости буримых пород – бурение с КГК возможно только в мягких и самых слабых скальных породах I – IV и лишь с небольшими прослойками более твердых пород V – VI категорий.

Ограничения по твердости буримых пород создают условия для бурения скважины за один рейс, поскольку необходимость прекращения рейса и подъем снаряда связаны с износом буровой коронки, а мягких породах коронки с мощным твердосплавным вооружением могут проходить более сотни метров до полного износа

Вторая особенность бурения с КГК – отсутствие циркуляции промывочной жидкости в затрубном пространстве. Поскольку бурение ведется в мягких, слабых, рыхлых, часто неустойчивых, размываемых и разбухающих породах, то при бурении обычными снарядами возникала бы необходимость принимать серьезные меры по закреплению стенок скважины, в том числе колоннами обсадных труб.

При бурении с КГК затрубное пространство заполняется вязкой промывочной жидкостью с повышенной тиксотропностью и при необходимости с повышенной плотностью. Полная циркуляция промывочной жидкости должна происходить только внутри двойной колонны труб. Чтобы поток жидкости не проникал в затрубное пространство и не размывал стенки скважины на нижнем конце колонковой (нижней) трубы делается пакерирующее устройство, обычно в виде наружной винтовой нарезки, которая в процессе бурения заполняется разрушенной породой, перекрывает кольцевой зазор, и не пропускает жидкость из межтрубного пространства в наружное кольцевое пространство скважины. По мере углубки скважины и при поглощении части жидкости из затрубного пространства, жидкость туда должна пополняться или самотеком из специального зумфа, соединенного с устьем скважины, или путем расхаживания снаряда, при котором жидкость из циркулирующего потока попадает в затрубное пространство.

Необходимость периодического расхаживания снаряда третья особенность бурения снарядами КГК. Расхаживание – отрыв и приподнимание снаряда от забоя с сохранением вращения и циркуляции и опускание обратно на забой. Путем расхаживания снаряда решается ряд специфических задач бурения с КГК:

- пропуск части промывочной жидкости на забой скважины для дополнительного охлаждения резцов коронки и снижения трения.

- при движении снаряда вниз, жидкость на забое скважины за счет поршневого эффекта помогает проталкивать породу в центральной части коронки и возможные заклинки кусочков керна во внутренней трубе.

Отсутствие циркуляции жидкости на забое и в призабойной части затрубного пространства, вызывает, по мере углубки скважины, рост крутящего момента, В зависимости от плотности и вязкости пород значение Мкр может составлять от 100 – 150 Нм в начале цикла до 800 – 1000 Нм в конце. Расхаживание снаряда становится необходимым для смачивания забоя и стенок скважины и тем самым снижения сопротивлений и крутящего момента.

Рекомендуемые параметры расхаживания – интервалы между подъемами снаряда (эти интервалы называются «цикл») и высота подъема приведены в табл. №.

Таблица №

Тип пород	Параметры расхаживания
Интервал, м.	Высота, м.
Вязкие и сыпучие глины, суглинки и пески	Расхаживание может не применяться
Вязкие глины и суглинки	1 – 1,5	1 – 1,5
Сыпучие пески, супеси	2 – 2,5	0,5
Гравийно-галечные отложения	0,3 – 1,0	0,2 – 0,5
Плотные, устойчивые алевролиты, аргиллиты	0,3 – 0,5	0,1 – 0,5
Песчаники, известняки	0,1 – 0,5	0,1 – 0,5
Окремненные породы	0,05 – 0,1	0,05 – 0,1

Принципы поддержания параметров режима бурения комплектами КГК также отличается от обычного колонкового бурения. Бурение снарядами с гидротранспортом керна осуществляется станками с подвижным вращателем, обычно с гидромотором, установленным непосредственно на вращателе, и с гидравлической системой подачи, управляемой не по давлению жидкости (осевая нагрузка), а по скорости подачи, т.е. по задаваемой скорости углубки. Такая система приводит к тому, что активными параметрами управления процессом являются скорость углубки и крутящий момент, а осевая нагрузка и частота вращения становятся функциями от них, т.е. от управляемой прибором, который называется «регулятор потока», задаваемой скорости углубки и от сопротивления вращению снаряда, определяемой крутящим моментом. Как уже указывалось, по мере углубки без отрыва от забоя идет нарастание крутящего момента и снижение частоты вращения по достижения критической величины Мкр. углубка заканчивается и начинается цикл расхаживания. Изменения Мкр. и частоты вращения в пределах цикла приведены на рис 47.

Конкретно параметры режима бурения определяются в зависимости от свойств буримых пород и характеристики двигателя привода вращателя. Частота вращения для буровых установок, используемых для бурения комплектами КГК, находится в пределах от 140 до 325 об/мин. Большая частота вращения не может применяться, так как бурение практически ведется «в сухую» при больших крутящих моментах и при охлаждении коронки только самой породой.

Расход промывочной жидкости при бурении КГК должен обеспечивать полную и надежную транспортировку и кусочков керна, и всю разрушенную породу. Для этого скорость восходящего потока должна быть не менее 2 – 4 м/сек. в зависимости от плотности и состава пород, а расход жидкости соответственно от 120 до 300 л/мин. Рекомендуемые параметры режима бурения для различных пород приведены в табл. №

Рис. 47.

Таблица №

Тип пород	Параметры режима бурения
Частота вращения, об/мин.	Осевая нагрузка, кН	Расход промывочной жидкости, л/мин
Вязкие глины и суглинки		5 – 9	200 – 320
Вязкие и сыпучие глины, суглинки, пески.		5 – 7	220 – 260
Сыпучие пески, супеси		4,5 – 9
125Гравийно-галечные отложения	140 – 170	6 - 10	180 – 260
Плотные, устойчивые алевролиты, аргелиты.		7 – 12
Песчаники, известняки.		8 – 16
Окремненные породы.		15 - 18

Поскольку бурение КГК ведется в неустойчивых чреватых осложнениями породах, большое значение имеет выбор промывочной жидкости как для циркуляции внутри снаряда, так для заполнения затрубного пространства.

Жидкость, участвующая в обратной циркуляции, должна обладать хорошей выносной способностью, смазывающими свойствами и, желательно, способностью связывать песчаные и рыхлые породы. Наиболее подходящими для большинства случаев бурения КГК являются водно-полимерные жидкости – вода + 2 – 3% полимера К-9 или гипана. Для бурения в глинистых породах с содержанием щебня полускальных пород рекомендуется вязкий глинистый раствор, также с добавками полимера.

Для заполнения затрубного пространства нужна вязкая, тиксотропная жидкость, для чего рекомендуются вязкие глинистые растворы (вязкость более 30 сек.) с добавками полимера К-9 или гипана. При бурении в глинистых массивах в затрубное пространство может добавляться вода, которая, смешиваясь с разбуриваемой глиной, образует «естественный глинистый раствор».

Специфичным осложнением бурения с комплектами КГК является заклинивание кусочков керна в коронке или во внутренней трубе. Для преодоления подклинивания керна предусмотрена возможность изменения направления циркуляции с обратной на прямую («реверс потока») – в этом случае заклиненные кусочки керна выталкиваются из коронки или внутренней трубы мощным прямым потоком с полным давлением насоса (при обратной циркуляции при заклинивании жидкость может пойти в затрубное пространство). При заклинивании в коронке рыхлой породы, заклинка может быть продавлена повышением осевой нагрузки и расхаживанием снаряда.

Дата добавления: 2014-01-07