Способы вращательного бурения ск

Способы вращательного бурения скважин

Буровой скважиной называется цилиндрическая горная выработка сравнительно малого диаметра и большой длины. На рис. 1 дана скважина и показаны основные ее элементы. Минимальные диаметры скважины 15—26 мм, максимальные 4000— 5000 мм и более (скважины-шахты). Глубина скважин различна: от нескольких метров до нескольких километров. В настоящее время успешно осуществляются проекты бурения скважин на глубину 10—15 км. Любая скважина имеет следующие элементы: устье — начало скважины, забой — нижняя часть (дно), стенки — боковая поверхность скважины. Бурение скважин осуществляется в горных породах.

Основными процессами бурения являются:

разрушение горной породы на забое скважины;
удаление разрушенной породы с забоя на поверхность;
закрепление неустойчивых стенок скважины.

Разрушение горных пород может осуществляться различными способами. Наибольшее практическое применение имеет механическое разрушение породоразрушающими инструментами. Классификация различных способов бурения породоразрушающими инструментами представлена на рис. 2.

При механических способах бурения в породах создаются напряжения, превышающие предел их прочности. К механическим способам разрушения горных пород породоразрушающими инструментами относятся: неглубокое вибробурение, вращательное, ударно-вращательное и ударное бурение. Вибробурение или вибропогружение грунтоноса в мягкие породы осуществляется на глубину до 25—30 м. В качестве вибраторов применяют поверхностные (механические) и забойные (гидро и пневмовибраторы).

Ударно-вращательное бурение применяется в твердых породах. С помощью пневмо и гидроударников на вращающуюся с нагрузкой коронку или долото наносится до 1500— 2000 удар/мин. Пневмоударники работают от энергии сжатого воздуха, гидроударники — от энергии струи жидкости.

Ударное бурение осуществляется за счет ударов долота, сбрасываемого на забой с некоторой высоты. Для увеличения силы удара к долоту присоединяют ударную штангу. С помощью канатного замка ударный инструмент после каждого удара поворачивается на определенный угол. Это позволяет наносить удары по новому участку забоя. Поэтому этот вид бурения называют ударно-поворотным, а в зависимости от того,

на чем опускается в скважину ударный инструмент, ударно-канатным или ударноштанговым.

В отличие от ударно-штангового бурения ударно-канатное осуществляется без промывки, и разрушенную в забое породу приходится извлекать после каждой серии ударов специальным инструментом-—желонкой. Желонка опускается на желоночном канате после подъема ударного инструмента. При ударах по забою клапан желонки пропускает внутрь разрушенную породу (шлам), а при подъеме опускается в гнездо и герметизирует корпус желонки.

Вращательное бурение бывает без промывки и с промывкой или продувкой скважины. Без промывки производится вращательное шнековое бурение. Вынос на поверхность разрушенной породы осуществляется шнековой колонной, являющейся транспортером. Шнековая колонна состоит из отдельных между собой звеньев шнеков, представляющих собой трубу с приваренной к ней ребром по спирали стальной лентой. Шнековое быстровращательное бурение применяют в мягких горных породах (сухих нелипких).

Медленновращательное бурение применяется также при бурении мягких пород — ложками, змеевиками, обуривающими грунтоносами на небольшую глубину.

Вращательное бурение глубоких скважин осуществляется, как правило, с промывкой забоя скважины или с продувкой сжатым воздухом. Промывочная жидкость не только охлаждает буровой инструмент и очищает забой от шлама, но и закрепляет стенки скважины от обвалов и водопоглощений.

Бурение с промывкой или продувкой разделяется по характеру привода на бурение с двигателями на поверхности, когда вращение породоразрушающему инструменту передается через колонну бурильных труб, и забойными двигателями. Забойный двигатель находится непосредственно над породоразрушающим инструментом, а бурильные трубы в процессе бурения, как правило, не вращаются.

Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. Гидравлические забойные двигатели называются турбобурами, а электрические электробурами. Схемы бурения роторного, турбинного и электробуром приведены на рис. 3. Преимущество забойных двигателей в том, что вся мощность двигателя передается породоразрушающему инструменту, на вращение бурильной колонны энергия не расходуется.

Электробур представляет собой погружной электродвигатель, установленный в верхней части длинного герметичного цилиндра, наполненного маслом. Питание электроэнергией производится с поверхности через кабель, проложенный внутри бурильных труб. Концы кабеля, заделанные в бурильные замки, автоматически соединяются при свинчивании бурильных труб в колонну. Испытания электробура на нефтяных месторождениях Башкирии показали, что при работе с электробуром по сравнению с турбобуром значительно уменьшается расход промывочной жидкости, в 2—3 раза сокращается расход бурильных труб и появляется возможность эффективного бурения скважин с продувкой.

При вращательном бурении разрушение породы осуществляется с помощью режущих и истирающих инструментов (долота режущего типа; пикобуры; алмазные и дробовые долота; кольцевые коронки — алмазные, твердосплавные и дробовые) или дробящих инструментов (шарошечные долота). Вращательное бурение разделяют на бескерновое, при котором порода забоя разрушается полностью, и колонковое, при котором порода забоя разрушается по кольцу, в результате чего центральная часть забоя остается неразрушенной в виде колонки породы (керна), откуда и происходит название — колонковое бурение. В зависимости от применяемого породоразрушающего инструмента получаются различной конфигурации забои — сплошной, кольцевой, ступенчатый и др.

Закрепление неустойчивых стенок скважины достигается:

созданием гидростатического давления промывочной жидкости (вода, глинистый раствор и др.), заполняющей скважину; 2) образованием плотной глинистой корочки при промывке скважины глинистым раствором; 3) установкой в скважине колонны обсадных труб: 4) методом электрохимического закрепления.