Колонковое бурение

 

Передвижные буровые установки  монтируются на одной или нескольких рамах, установленных на санях, колесных или гусеничных тележках. Такие установки  применяют при небольших расстояниях  между скважинами и перемещают буксировкой  автомобилями или тракторами.

 

Самоходные установки  монтируются на базе автомашин, тракторов.

 

Буровые станки служат для  вращения колонны бурильных труб с колонковым набором, регулировки  осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с подачей бурового снаряда по мере углубления скважины, а также для осуществления спуско-подъемных операций при бурении скважины, креплении ее обсадными трубами и специальных работах.

 

Основные узлы станка для  колонкового  бурения: а) вращатель бурового снаряда; б) многоступенчатая коробка передач для регулирования частот вращения и подъема; в) лебедка для осуществления спуско-подъемных операций; г) главный фрикцион для включения и отключения станка от двигателя; д) механизм подачи бурового снаряда и регулятор нагрузки на породоразрушающий инструмент, е) пульт управления с контрольно-измерительной аппаратурой.

 

Конструктивная схема  станка и  установки в целом  существенно  определяется типом  вращателя и механизмом подачи. Вращатели по своей конструкции подразделяются на шпиндельные, роторные и подвижные. Вращатель  бурового станка является основным рабочим механизмом, выполняющим технологические операции при бурении.

 

Осевую нагрузку на забой  скважины регулирует механизм подачи бурового станка. В зависимости от конструкции  механизма подачи буровые  станки бывают: с гидравлической подачей; винтовой дифференциальной подачей; рычажной подачей; комбинированной рычажно-дифференциальной подачей; подачей с барабана лебедки (роторные станки). Преимущественно  применяют шпиндельные станки с  гидравлической системой подачи, Вращение и подача бурильной колонны в  этом случае осуществляется с помощью  шпинделя.

 

 

Установки, оборудованные  шпиндельным  или подвижным вращателем с гидравлической подачей, обладают следующими преимуществами:

 

1) могут бурить вертикальные, наклонные  и восстающие скважины;

 

2) обеспечивают возможность  регулирования осевого усилия  на забой (создание принудительного  усилия или разгрузки забоя);

 

3) позволяют производить  плавную  подачу бурового снаряда  с  требуемой скоростью;

 

4) позволяют определять  вес снаряда  в скважине;

 

5) гидравлическая подача  может быть использована как  гидравлический домкрат при извлечении  труб и ликвидации аварий.

 

Все эти преимущества предопределили распространенность шпиндельного и  подвижного вращателя с гидравлической подачей на установках колонкового бурения, используемых при разведке твердых полезных ископаемых. В роторных установках ротор (вращатель) в отличие от шпинделя вращается лишь в горизонтальной плоскости и неподвижен относительно вертикальной оси, поэтому не может обеспечить дополнительную осевую нагрузку (разгрузку на буровой снаряд).

 

 

 

4.ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

 

 В зависимости  от категории пород можно задавать разные режимы бурения, параметрами которого является частота вращения бурового снаряда, осевая нагрузка и объем подачи промывочной жидкости в единицу времени. Режимы бурения разные для победитового и алмазного бурения. Коронки также изготовляются разными по конструкции для разных категорий пород.

 

Нагрузка на коронку задается, исходя из количества основных (объемных) резцов, их размеров и твердости  пород. Общая  нагрузка на коронку  должна быть равна  С= m*q

 

где m— число объемных (основных) резцов; q — рекомендуемое давление на 1 резец, Η.

 

Частота вращения коронки  должно быть n=60V / η Dср где V – окружная скорость коронки 0,6-1,6 м/с, Dср – средний диаметр коронки, м

 

Подача промывочной жидкости определяется, исходя из скорости восходящего  потока Vn и диаметра скважины; Vπ = 0,25— 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vπ. При бурении в трещиноватых и абразивных породах необходимо снижать окружную скорость и осевую нагрузку.

 

Промывка при алмазном бурении  должна обеспечивать хорошее  охлаждение алмазов, так как они  при сильном  нагреве они графитизируются. Скорость восходящего потока между бурильной колонной и стенками скважины должна быть в пределах 0,4— 0,8 м/с.

 

 

При наполнении колонковой трубы керном буровой инструмент поднимают на поверхность. Для этого  над коронкой помещают кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы осторожно и последовательно извлекается, документируется и укладывается в керновые ящики.

 

 

 4.1. Конструкция скважины

 

Конструкцией скважины называется схема её устройства, в которой  указывается начальный, промежуточные  и конечный диаметры применяемого породоразрушающего инструмента, диаметры и длина обсадных колонн, глубина скважины, места и способы тампонирования.

 

 

Конструкция скважины зависит  от: физико-механических свойств горных пород, слагающих геологический разрез; конечного диаметра и глубины скважины;

цели и способа бурения.

 

Таким образом, при выборе конструкции  скважины определяющими  факторами  служат геологические  условия и  номенклатура технических  средств.

 

Диаметры скважины выбираются из условия  обеспечения эффективного решения  поставленной задачи (получение  качественной пробы в необходимом  количестве, проведение комплекса намеченных наблюдений, исследований и пр.). При  разведке твёрдых полезных ископаемых минимальный диаметр керна обусловливается  необходимостью обеспечения надежной массы пробы, которая устанавливается  с учетом требований к опробованию  в зависимости от типа месторождения  и распределения в полезном ископаемом ценного компонента.

 

Разработано множество рекомендаций по минимальным диаметрам керна, обеспечивающим представительное опробование  различных генетических типов месторождений  руд. Однако при проектировании конструкции  геологоразведочных скважин указанные  рекомендации нельзя считать универсальными и стандартными для всех случаев  опробования рудной зоны. В каждом конкретном случае, ориентируясь на рекомендации, необходимо учитывать специфику  геологических условий месторождения, цели и задачи разведки, а также  возможность использования имеющейся  в наличии скважинной геофизической  аппаратуры.

 

Необходимо учитывать, что  возможность  сохранения керна и  получения  его в необходимом  количестве в значительной мере зависит  от вида полезного 

 ископаемого, способа  бурения и типа породоразрушающего инструмента.

 

Конечный диаметр гидрогеологической скважины определяется диаметром устанавливаемого в ней фильтра и габаритами водоподъемника, которые, в свою очередь, зависят от расчетной производительности скважины.

 

Разработку конструкции  скважины начинают с конечного диаметра, причем стараются всегда выбрать наиболее простую, но вместе с тем надежную конструкцию, которая обеспечила бы бурение до проектной глубины без каких-либо осложнений. Одним из главных вопросов является определение минимально допустимого диаметра керна и скважины при перебуривании полезного ископаемого. В табл. 2 приведены величины минимально допустимых диаметров керна и скважины.

 

Приняв конечный диаметр, намечают участки скважины для закрепления  обсадными трубами. После определения  количества колонн обсадных труб становится ясным, какого диаметра должна быть скважина при забуривании. Обсадные трубы необходимы для:

- закрепления устья скважины, придания ей первоначального направления и отвода выходящей из нее промывочной жидкости в циркуляционную систему;

- перекрытия неустойчивых и разрушенных пород с целью предупреждения их обвалов;

разобщения водоносных горизонтов, которое для большей надежности выполняется с тампонированием, т. е. заполнением затрубного пространства глиной или цементным раствором;

-предохранения полезного ископаемого на забое от загрязнения осыпающимися породами, залегающими выше;

-перекрытия трещиноватых пород, зон тектонических разломов, горных выработок, пустот с целью прекращения поглощения промывочной жидкости.

 

Колонны обсадных труб устанавливаются  в скважине концентрично, и обычно каждая из них выводится на поверхность. Первая с поверхности, наибольшая по диаметру колонна, служит для закрепления  устья скважины, предохранения его  от размывания, а также для отвода промывочной жидкости из скважины.

 

В некоторых случаях для  экономии обсадных труб при свободном  спуске в скважину применяется их установка  впотай, т. е. без вывода колонны до устья скважины. Достигается это путем отвинчивания или вырезки на определенной глубине и извлечения из скважины верхней части обсадной колонны.

 

 

После того, как будут  намечены количество, диаметры и глубины  списка колон обсадных труб, выбирают типы и диаметры породо - разрушающих инструментов для бурения скважины на отдельных интервалах. Изучение фактических конструкций скважин позволило разработать их типовые проекты. В основу классификации рациональных типовых конструкций скважин, разработанной Е. А. Козловским, положены факторы:

- специфика геолого-технических условий бурения отдельных видов полезных ископаемых;

- конечный диаметр скважины, число колонн обсадных труб, спускаемых в скважину, число изменений диаметра породоразрушающего инструмента после закрепления;

- вышележащего ствола скважины обсадными трубами;

- получение качественной геологической информации и проведение требуемого комплекса скважинных исследований.

 

 

Типовые конструкции скважин  позволяют  расширить область  внедрения прогрессивных способов бурения и применения форсированных  режимов с одновременным уменьшением  аварийности, связанной с поломками  бурильных труб из-за несовершенства конструкции скважин.

 

 

 

 

 

Типовые конструкции скважин  позволяют  расширить область  внедрения прогрессивных способов бурения и применения форсированных  режимов с одновременным уменьшением  аварийности, связанной с поломками  бурильных труб из-за несовершенства конструкции скважин.

 

4.2. Забуревание скважины

 

Забуревание скважины - комплекс операций в начале бурения скважины, завершающийся установкой направляющей трубы. При этом особое внимание уделяется строгому соблюдению заданного направления скважины в верхней малоустойчивой зоне коры выветривания.

 

 

5. БОРЬБА С  АВРИЯМИ В СКВАЖИНАХ КОЛОНКОВОГО  БУРЕНИЯ

 

5.1. Общие сведения

 

Называют такие отклонения от нормального  хода работ, которые  приводят к преждевременному выходу из строя части или всего  оборудования (инструмента) и непроизводительному  простою скважины, в результате нарушения  технологического процесса бурения. Аварии могут быть с наземным оборудованием (с буровой вышкой, станком, двигателем, насосом, талевой системой) и внутри скважины. В результате аварии может  частично или полностью выйти  из строя оборудование и инструмент; иногда аварии приводят к потере скважины.

 

Осложнением при бурении  называют такую ненормальную ситуацию в скважине, при которой дальнейшая ее проходка становится невозможной, либо бурение  продолжается, но резко  снижается  его производительность.

 

Аварии и осложнения требуют  для их ликвидации больших затрат времени и средств, поэтому буровой  персонал должен знать причины возникновения  и основные мероприятия по предупреждению и ликвидации аварий и осложнений при бурении скважин

 

Аварии всех видов разделяют  на две категории:

- регистрируемые

- учитываемые.

 

Регистрации подлежат все  аварии, независимо от времени, затраченного на их ликвидацию (включая  внутриеменные аварии, длящиеся менее 8 ч); учитываются аварии, на ликвидацию которых затрачено более 8 ч.

 

Началом аварии считается  момент ее возникновения, хотя обнаружен  он может быть позже; концом аварии считается момент восстановления условий  для продолжения бурения. Если авария произошла во время ликвидации первоначально  возникшей аварии (осложнение аварии), она отдельно не учитывается, а время  на ее ликвидацию суммируется со временем ликвидации первоначально возникшей  аварии.

 

При возникновении  аварии и невозможности ее ликвидировать  в течение одной смены бурильщик  сообщает об этом буровому мастеру  и производит первоочередные работы по ликвидации аварии и недопущению  ее усложнения. Буровой мастер ставит в известность об аварии главного инженера предприятия (партии, экспедиции) и производит работы по согласованию с ними.

 

 

5.2. Ликвидация  аварий

 

Общие рекомендации по ликвидации аварий изложены по принципу - от более  простых к более сложным. В каждом конкретном случае следует

внимательно разобраться  в схеме аварии, ее причине, возможных  осложнениях;

составить на основании этих данных подробный план ликвидации аварии;

при аварийных работах  следует систематически контролировать их ход, при необходимости своевременно вносить коррективы.

 

Следует помнить, что работы по ликвидации аварий трудоемкие; ошибки, допущенные при ликвидации аварий, ведут к возникновению  новых, более сложных аварий, что приводит к потерям и непроизводительным затратам рабочего времени.

 

При  расследовании аварии устанавливают причины, приведшие  к аварии, виновников аварии, намечают мероприятия по ликвидации данной аварии и по предупреждению подобных аварий в дальнейшем. На ликвидацию сложной  аварии составляется план, в котором  предусматривают: мероприятия по ликвидации аварии; сроки проведения работ, мероприятия  для предотвращения несчастных случаев  и осложнений; работника, ответственного за исполнение плана работ по ликвидации аварии.