Бурение с гидротранспортом керна
В СССР и за рубежом при поисково-съемочных работах, геологическом картировании и разведке месторождений твердых полезных ископаемых находит применение бурение скважин с обратной промывкой, обеспечивающей непрерывный вынос выбуренного керна на поверхность восходящим потоком промывочной жидкости по колонне бурильных труб. Бурение, как правило, осуществляется в мягких породах.
В СК.Б ВПО «Союзгеотехника» в 1973 г. разработан комплекс технических средств КГК-ЮО для бурения скважин глубиной до 100 м в породах II—IV категорий с пропластками пород до VI—VII категорий по буримости.
Новый способ бурения скважин позволил значительно повысить скорости бурения: механической—в 3,4; технической— в 2,9; цикловой — в 2,4 раза. Средняя производительность бурения составила 3500, а максимальная — 9000 м/ст.-мес.
Повышение производительности бурения обусловлено увеличением механической
скорости, сокращением времени спускоподъемных операций, отсутствием операции по
извлечению керна из бурового снаряда и др. Выход керна и шлама (всей выбуренной
породы) при этом достигает, как правило, 100%; средняя углубка за рейс — 35 м
(при максимальной 80 м). При бурении скважин с использованием комплекса КГК-ЮО промывочная жидкость
подается в межтрубное пространство специальной двойной.бурильной колонной. У
забоя скважины она поступает в центральную внутреннюю колонну и, захватывая
выбуренные керн и шлам, выносит их к промывочному сальнику, проводит через
керноотводящий рукав и доставляет в лотки керноприемника. В комплекс КГК-ЮО (рис. 67) входят следующие технические средства: а) буровая установка УРБ-2А-2ГК, разработанная на базе буровой установки
УРБ-2А-2. Основные отличия этих установок заключаются в следующем. Из комплекта
установки УРБ-2А-2 исключены: компрессор, буровой насос НБ-40, герметизатор
устья скважины, патрон для шнеков, промывочный сальник, шпиндель, грузоподъемные
приспособления. Взамен перечисленных технических средств в состав УРБ-2А-2ГК
включены: буровой насос НБ4-320/63, специальный сальник, элеватор, аварийный
домкрат, стеллаж, прицеп-емкость, керноприемное устройство, три светильника типа
СЗЛ-ЗОО-1, направляющий трос, система промывки, центратор, внесены некоторые
изменения в конструкцию мачты б) система промывки состоит из бурового насоса НБ4-320/63, различных
приспособлений и устройств и предназначена для подачи в скважину промывочной
жидкости и отвода ее потока с керном и шламом в керноприемное устройство; в) керноприемное устройство предназначено для отбора керна и шлама,
поступающего на поверхность из скважины; г) прицеп-емкость обеспечивает замкнутую циркуляцию промывочной жидкости в
процессе углубки скважины и служит для транспортировки бурильных труб и другого
инструмента; д) стеллаж предназначен для укладки бурильных труб при подъеме бурового
снаряда из скважины; е) комплект бурового инструмента включает специальные двойные бурильные
трубы, породоразрушающий и другой инструмент
Промывочный сальник (рис. 68) обеспечивает подачу промывочной жидкости в межтрубное пространство двойной бурильной колонны и отвод восходящего потока жидкости с керном и шламом в керноприемное устройство через керноотводящую линию.
Корпус имеет штуцер с резьбой для присоединения нагнетательного рукава бурового насоса. Керноотводящая линия 5 крепится к корпусу сальника и поддерживается стяжкой.
В наружной трубе смонтирована внутренняя труба 4 с наконечником па верхнем конце. Пружина 3, расположенная между
корпусом 1 и внутренней трубой 4, обеспечивает поджатие всех центральных труб бурильной колонны и герметичность их соединения.
На внутренней трубе имеются центрирующие ребра и упоры, обеспечивающие синхронность ее работы со шпинделем.
Элеватор совместно с подвижным вращателем, на шпинделе которого он установлен, предназначен для проведения спуско-подъемных операций, наращивания бурильных труб, а также их свинчивания и развинчивания. Корпус элеватора связан со шпинделем фигурной втулкой; крутящий момент передается через шлицы, выполненные на наружной поверхности шпинделя.
При свинчивании соединений бурильных труб вращение элеватору передается через траверсу и шлицы шпинделя.
После свинчивания вращатель бурового станка опускается до соединения ниппеля шпинделя с муфтой бурильной трубы. При этом происходит разъем шлицевого соединения траверсы со шпинделем и свинчивание резьбовых соединений осуществляется без вращения элеватора. Развинчивание соединений производится при нижнем положении элеватора на шпинделе.
Система промывки включает вентиль, соединенный с рукавами: нагнетательным, керноотводящим и сливным.
Вентиль состоит из корпуса и пробки, которая имеет два яруса радиальных сверлений (нижний — для нагнетания жидкости от насоса к забою; верхний — для обратного потока с керновым материалом), и продольный паз, позволяющий соединять керноотводящую линию с нагнетательной линией насоса. Поворотом вентиля на 90° соединяют нагнетательную линию насоса с тем или иным ярусом сверлений для подачи жидкости в кольцевую или в центральную полости бурильной колонны,
т. е. ведется прямая или обратная промывка.
Керноприемное устройство состоит из рамы, транспортера с ручным приводом, керноприемных лотков и пескосборника.
Заполненные керном лотки перемещаются по транспортеру. Сбор шлама осуществляется из пескосборника, установленного на поддон керноприемника. Керн из лотков и шлам из пескосборника перегружают в керновые ящики, а пустые лотки ставят под загрузку.
Комплект бурового инструмента (КБИ-5) включает буровые коронки, керноприемные трубы, специальные бурильные трубы, компенсаторы, а также вспомогательный (специальные ключи) и ловильный инструмент.
Бурильная колонна (рис. 69) состоит из наружной и внутренней труб и их соединений: наружная включает ниппель 3, собственно трубу I и муфту 2\ внутренняя (легкосплавная) труба 4 имеет штуцеры и центрирующие ребра 5. Торцы штуцеров представляют собой сферические поверхности и конические расточки, которые, соприкасаясь в собранной колонне, обеспечивают герметичность соединений. Внутренние трубы имеют возможность осевого перемещения относительно наружных на 35 мм. Для предотвращения образования зазоров между штуцерами труб внутренней колонны, а также деформации при сборке бурильной колонны применяются трубные винтовые компенсаторы, выполненные в виде разъемного корпуса, внутри которого по резьбе перемещается букса, связанная шлицами со сменными трубками различной длины. Сжатие внутренних труб, расположенных ниже компенсатора, осуществляется путем вращения трубки. Компенсаторы включают в бурильную колонну через 50—70 м.
Герметичность соединений внутренней колонны повышается также за счет давления на них подпружиненной трубы промывочного сальника с усилием 700—1400 Н.
Концентричное расположение внутренних и наружных труб в колонне осуществляется с помощью центрирующих ребер, которые имеются на штуцерах.
Керноприемная труба состоит из корпуса и внутреннего патрубка. Корпус с одной стороны соединяется с буровой колонной, с другой — с нижней трубой бурильной колонны. Осевое перемещение патрубка ограничено центраторами в полости между верхним торцом коронки и уступом корпуса. В керноприемной трубе имеются два типа патрубков: один с гладкой внутренней поверхностью, другой с керноломом на внутренней поверхности.
Бурение скважин ведется при обратной промывке. Промывочная жидкость нагнетается буровым насосом через сальник в межтрубное пространство двойной колонны бурильных труб, на расстоянии 20—30 мм от забоя скважины захватывает керн и шлам и по внутреннему каналу выносит его на поверхность. Применение непрерывного транспортирования выбуренного материала позволяет бурить скважину без подъема труб до полного износа породоразрушающего инструмента, что сокращает время проведения спускоподъемных операций и позволяет получать 100 %-ный выход разбуренного материала (керна и шлама).
ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ
Поскольку установка предназначена для бурения скважин в основном по породам II—IV категорий по буримости, применяются специальные твердосплавные коронки диаметром 76; 84 и 92 мм одной конструктивной схемы.
Коронки диаметром 76 мм применяются главным образом в устойчивых породах. Коронки диаметром 84 мм имеют расширяющие ребра и предназначены для бурения вспучивающихся и неустойчивых пород II—IV категорий по буримости. Породоразрушающий инструмент диаметром 92 мм используется только для бурения в мощных толщах сыпучих отложений и плывунов. Бурение до проектной глубины, как правило, осуществляется при частоте вращения 150—225 об/мин.
Количество подаваемой промывочной жидкости в скважину рекомендуется в пределах 140—180 л/мин, а в трещиноватых породах — 200—250 л/мин. При бурении с гидротранспортом необходимо периодически расхаживать инструмент, что производится при превышении величины крутящего момента, характерной для нормального процесса бурения. Высота подъема бурового инструмента над забоем при расхаживании и его частота в зависимости от вида В ближайшие годы глубина бурения с комплексом КГК-ЮО возрастет до 300 м, что существенно расширит область его применения. Увеличение глубины будет достигнуто в результате создания новой двойной бурильной колонны из алюминиевых труб и новых коронок повышенной износостойкости (армированных резцами из синтетических алмазов).
