Колонковое бурение

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время бурение скважин, многоцелевое производство  и современная промышленность предлагает большой выбор технических средств и технологий, в которых требуется разбираться, чтобы принять правильное решение. В условиях рыночной экономики и жесткой конкуренции между недропользователями к специалистам геологам предъявляются соответствующие требования, так как от его квалификации и знаний, порой на уровне интуиции, может зависеть успех всего предприятия.

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛОНКОВОМ  БУРЕНИИ

Колонковое бурение является основным техническим способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Оно также широко применяется при инженерно-геологических и  гидрогеологических  исследованиях и при структурно-картировочных изысканиях нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, это бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым способом могут буриться шурфы и разведочные шахты. Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам.

1. Оно позволяет извлекать из скважины столбики породы — керна, по которым можно составить геологический разрез месторождения и опробовать полезное ископаемое.

2.Колонковым способом можно бурить скважины под различными углами к горизонту,  различны-ми породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости. Из подземных выработок можно бурить восстающие скважины.

3.Бурить скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое        оборудование.

Инструмент для колонкового  бурения :

- коронка;

-колонковая труба;

-тройной переходник;

-шламовая труба;

-колонна бурильных труб;

-ниппельные или муфтово-замковые  соединения;

-промывочный сальник.

Для спуско-подъемных операций применяют различные ключи, элеваторы и подкладные вилки.

Коронки представляют собой короночные кольца, изготовленные из трубных заготовок, в рабочий конец которых вставлены резцы из твердых сплавов или алмазы. Верхняя часть короночного кольца имеет наружную правую трапецеидальную резьбу, а ее внутренняя поверхность расточена на конус.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ  ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

Инструмент, предназначенный для бурения скважин, называется буровым инструментом и подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный.

2.1. Технологический инструмент

Технологический инструмент предназначен непосредственно для бурения. Набор инструмента, соединенного в определенной последовательности, называется буровым снарядом. Вспомогательный инструмент — это буровой инструмент, предназначенный для обслуживания технологического инструмента при бурении. Аварийный инструмент предназначен для ликвидации различного рода осложнений, препятствующих нормальному процессу бурения, а специальный - для обслуживания специфических операций в скважинах.

2.1.1. Колонковый набор

Колонковый набор состоит из съемного керноприемника, извлекаемого за канат через бурильные трубы после наполнения его керном, и наружного колонкового набора. В состав наружного колонкового набора входят алмазная коронка, расширитель, колонковая труба и 2 верхних переходника. Этот снаряд поднимается из скважины вместе с бурильными трубами при смене алмазной коронки.

Съемный керноприемник имеет следующие узлы: кернорватель, керноприемная труба, подшипниковый узел, сигнализатор самозаклинивания керна, запорный узел  с головкой в виде грибка, за который извлекается керноприемник. Кернорватель пружинного типа включает в себя кольцо, корпус с конусной проточкой и упорное кольцо.

Керноприемник вводят в открытую бурильную колонну, зажатую на устье трубодержателем. Он спускается в жидкости под действием силы тяжести. Для ускорения доставки керноприемника к забою практикуют досылку его напором промывочной жидкости. Для извлечения керна нужно отвинтить корпус кернорвателя от керноприемной трубы. При смене кернорвательного кольца следует из корпуса предварительно извлечь упорное пружинное кольцо. Керноприемная труба в колонковом наборе подвешена на штоке подшипникового узла, благодаря чему она остается неподвижной при бурении. При срыве керна наружная колонковая труба перемещается вверх относительно керноприемной трубы и сжимает пружину штока. При этом торец корпуса кернорвателя упирается в коронку, и основное усилие срыва керна воспринимается не тонкостенной керноприемной трубой, а наружным снарядом.

Для предотвращения истирания керна при его подклинивании в наборе предусмотрен сигнализатор, содержащий резиновые манжеты, которые, сжимаясь от осевого усилия при самозаклинивании, увеличиваются в размере и перекрывают кольцевой зазор, тем самым прекращают поступление промывочной жидкости к забою. Повышение давления отмечается манометром бурового насоса

Фиксацию съемного керноприемника от перемещения вверх при бурении выполняет запорный узел, состоящий из двух стопоров, разжимаемых пружиной. При подъеме керноприемника овершотом на стопоры надвигается возвратная втулка, и они углубляются в корпус.

В рабочем положении один из стопоров своей верхней боковой гранью упирается в выступ на торце переходника на бурильные трубы. За счет этого вращение бурового снаряда передается только верхней части подшипникового узла и исключается проворачивание керноприемника в опорном кольце, которое ограничивает своим верхним торцом ход керноприемника вниз и центрирует его в верхней части. В нижней части снаряда в корпусе расширителя установлен стабилизатор.

2.1.2. Бурильная колонна

Бурильная колонна - связующее звено между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности. Она предназначена для подвода энергии (механической, гидравлической, электрической к долоту), обеспечения подачи бурового раствора к забою, создания осевой грузки на долото, восприятия реактивного момента долот забойного двигателя.

Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины.

Бурильные замки соединяют между собой отдельные бурильные трубы. Переводники предназначены для соединения элементов бурильных колонн, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также для присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Центраторы бурильной колонны служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, создают необходимую жесткость в нижней части бурильной колонны и обеспечивают нагрузку на долото в заданных пределах.

2.2 Вспомогательный инструмент

Вспомогательный инструмент предназначен, в основном для сборки – разборки бурового снаряда и для обсадки скважины обсадными трубами. Представлен обсадными трубами, полуавтоматическим элеватором с пробкой (грибком), элеватором, шарнирным ключом, подкладной вилкой.

Таблица 1

Основные размеры обсадных труб ниппельного соединения и ниппелей к ним (в мм)

Параметры                                                                                     Нормы

Наружный диаметр трубы 

и ниппеля D                                           73+0,35; 89±0,40; 108+ ±0,86; 127+ + 1,02;  ±146 ±1,17;

Толщина стенки труб                                5,0±0,4;  5,0+0,4;  5+0,63;  5,0+0,63;  5,0±0,63;

Внутренний диаметр 

  ниппеля                                                           62,0;   78,0;   95,5;     114,5;    134,5; 

 

Наружный диаметр наружной

 резьбы                                                                          68,5;   84,5;  103,0;  122,0;  141,0;

Наружный диаметр внутренней

 резьбы                                                                         68,54;   84,55;  103,05;  122.06;  141,06;

Длина резьбы                                                                          40;     40;    60;    60;  60; 

Внутренний диаметр   резьбы                                    67,0;    83,0;  101,5;   120,5;  139,5;

Длина трубы L                                                                        1500; 3000; 4500; 6000

Масса 1 м труб, кг                                                                8,4;   10,4;   13,0;   16,0 ;  17,4;

Для удержания снаряда в  подвешенном состоянии применяются трубные хомуты и трубодержатели. Для свинчивания и развинчивания обсадных труб применяются двух- или трехшарнирные ключи. Каждый ключ может  быть  использован для свинчивания и развинчивания двух размеров обсадных труб.

Для предохранения нижнего конца обсадной колонны от повреждений при спуске и во время бурения к нижнему ее концу присоединяетсябашмак обсадных труб.

2.3. Аварийный (ловильный) инструмент

Ловильный инструмент  - это  приспособления и механизмы, используемые для извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны, её отдельных элементов, забойных двигателей или посторонних предметов. Пo назначению ловильный инструмент  условно делят на основной (ловители, овершоты, метчики, колокола, магнитные фрезеры и др.), применяемый для непосредственного соединения c аварийным объектом и последующего его удаления из скважины, и вспомогательный, служащий для изучения аварийного объекта и подготовки к ликвидации аварии.    

Ловители  используют для извлечения оставшейся в скважине части бурильной колонны путём соединения её c верхним концом посредством захвата снаружи трубы или замка.

Ловитель состоит из корпуса, в котором установлены подвижные в осевом направлении плашки, фиксируемые шпонками от проворота относительно корпуса. B нижней части ловитель соединяется на резьбе c направляющей воронкой, в верхней - c переходником или трубой. Ha плашках по их внутренней поверхности выполнена левая винтовая нарезка. Контактирующие поверхности корпуса и плашек выполнены коническими, что обеспечивает надёжный захват верх. конца аварийной трубы.

Извлечение аварийной бурильной колонны (дл. до 400 м) путём захвата её верхнего конца под замок производится овершотом. Овершот состоит из корпуса, внутри которого установлены пружинные пластины, захватывающие замок бурильной трубы. Полностью пропустив замок, пластины устанавливаются своими верхними торцами против опорного торца замка, что обеспечивает захват трубы при подъёме овершота.

Если верхний конец аварийной колонны оканчивается внутренней резьбой, то для проведения ловильных работ используют метчики. Метчики c правой резьбой применяются для извлечения      оставшейся колонны целиком, c левой - для отвинчивания и извлечения колонны по частям. Часто метчики используют c центрирующим приспособлением, что повышает точность его попадания в отверстие аварийной колонны. Сигналом, свидетельствующим o правильном попадании метчика в отверстие, служит скачок давления на насосе, подающем промывочную жидкость.

Bслучаях, когда для ликвидации аварии требуются большие крутящие моменты и осевые усилия, применяют колокола, соединяющиеся c аварийной трубой по её наружной поверхности, или труболовки, использующиеся при больших глубинах и малых кольцевых зазорах между <wbr>стенкой скважины и аварийной трубой.  Ловильная втулка труболовки выполняется продольно разрезанной c конической внутренней поверхностью (угол уклона ок. 2°). Такой же угол имеет контактирующая c ней поверхность корпуса труболовки. C помощью направляющего конуса, выполненного на конце корпуса, труболовку вводят в аварийную трубу. При опускании ловильная втулка сначала упирается в торец трубы и перемещается в верхнее положение, где под действием части массы рабочей колонны и благодаря наличию разреза сжимается и заходит внутрь трубы. B дальнейшем при натяжении рабочей колонны ловильная втулка распирается вследствие взаимодействия c корпусом по коническим поверхностям и врезаетцся в тело аварийной трубы, обеспечивая надёжный захват. Конструкция труболовки исключает деформацию трубы при её захвате.

Для очистки забоя скважины от посторонних металлических предметов применяется магнитный фрезер, состоящий из переходника, корпуса, верхнего и нижнего полюсов, втулки, магнита и коронки.

Для разрезки трубы изнутри применяют внутренние труборезки. Расчленение аварийной колонны производят также c помощью торпед, для определения места размещения которых в скважине используется магнитный локатор. C помощью локатора регистрируют местонахождение муфтовых и замковых соединений.

 

 

3. БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ

Буровой установкой называется комплекс бурового и энергетического оборудования, а также сооружений (вышка или мачта, буровое здание), служащий для бурения скважин. Колонковое бурение производится установками, состоящими из бурового агрегата, который размещен в буровом здании, и буровой вышки или мачты. Буровой агрегат включает буровой станок, буровой насос для промывки скважины, силовые приводы к ним, аппаратуру контроля и регулирования процесса бурения.